.
.
.
تعیین «اشباع هسته» و «اُفت اندوکتانس بر اثر بارگذاری جریان مستقیم» در خودالقاها – روش اول
می دانیم که خودالقایی یا اندوکتانس سیم پیچ ها بر اثر عبور جریان از آنها کاهش می پذیرد و با رسیدن هسته به حالت «اشباع»، مقدار آن به کمینه ی مقدار خود خواهد رسید.
در مدار زیر هسته ی سیم پیچ مورد آزمایش (سیم پیچ سمت راست) را به کمک یک پیچش دوم (پیچش سمت چپ) مغناتیسی می کنیم. برای این منظور، در سیم پیچ دوم (با تعداد دور n2) جریان مستقیم برقرار می سازیم.
.
.
از این پدیده می توان نتیجه گرفت که می توان مقدار خودالقایی یا اندوکتانس هر سیم پیچی را (و از جمله آنهایی را که در مدارهای تشدید قرار می گیرند) زیر مقادیر مختلف جریان مستقیم تعیین کرد، زیرا مقدار خودالقاییِ اندازه گیری شده، با حاصلضرب جریان مستقیم گذرنده از یک سیم پیچ و تعداد دورهای n2 در آن متناظر خواهد بود.
بنابراین می توان گفت: مقدار خودالقاییِ هر سیم پیچی با دو برابر کردن جریان و نصف کردن تعداد دور آن ثابت باقی می ماند.
.
یک مثال
می خواهیم مقدار خودالقایی یک سیم پیچ شامل 20 دور پیچش را در شرایطی که جریان DC برابر با 10 آمپر از آن عبور کند، تعیین کنیم. چون منبعی که 10 آمپر جریان تولید کند در دسترس نداریم، تعداد 100 دورسیم به عنوان سیم پیچ دوم روی هسته می پیچیم و آن را با جریان 2 آمپر تغذیه می کنیم (2 آمپر × 100 دور = 10 آمپر × 20 دور). خودالقایی ای که اندازه گیری می شود، برای یک سیم پیچ 20 دوری که 10 آمپر از آن عبور کند هم معتبر است.
با استفاده از این راه و روش می توانیم «اُفت خودالقایی» سیم پیچ و از طریق آن «اشباع هسته» را تعیین کنیم.
.
تـ.وجـه داشته باشید که:
- در مدارهای تشدید، نفسِ پیچیدن یک سیم پیچ دیگر باعث تغییر فرکانس تشدید خواهد شد، زیرا بین سیم پیچ اصلی و سیم پیچ دوم، که روی آن پیچیده می شود، یک اثر خازنی به وجود می آید. بنابراین، پس از این مرحله باید فرکانس تشدید دوباره تعیین گردد.
- منابع تامین جریان مقاومت داخلی اندکی دارند و با وصل کردن سیم پیچ دوم به یک منبع تغذیه، عملاً و از چشم مدار، مانند این است که سیم پیچ را اتصال کوتاه کرده باشیم. این امر سبب بارگذاری شدید مدار تشدید و میرایی سیگنال خواهد شد. قرار دادن سیم پیچ هایی با خودالقایی بالا (که همزمان توانایی تحمل جریان های بالا را داشته باشند) در مسیر ورود جریان به سیم پیچ دوم، می تواند این مشکل را برطرف کنند.
- البته روشن است که این روش اندازه گیری روش ایده آلی نیست، اما وقتی دستگاه های گران قیمت اندازه گیری در دسترس نباشند، راه حل مناسبی خواهد بود.
.
یک مثال
باید امتحان شود که از یک سیم پیچ با اندوکتانس 100 میکروهانری تا چه میزان جریان می توان گذراند، طوری که اندوکتانس آن از 50 میکروهانری کمتر نشود.
برای رسیدن به پاسخ، ابتدا با این سیم پیچ مدار بالا را می سازیم. هنوز از سیم پیچ دوم ( در تصویر سیم پیچ سمت چپ) جریانی عبور نداده ایم. با به دست آمدن فرکانس تشدید تقریبی 9 کیلوهرتز و در فرمول هایی که در بخش های پیشین این سری مقاله داده شدند، مقدار خودالقایی را اندازه گیری می کنیم. این مقدار برابر 100 میکروهانری به دست می آید.
حالا، فرکانس تشدید این مدار را برای اندوکسیونی برابر با 50 میکروهانری امتحان می کنیم. بنا بر فرمولی که برای همه ی ما آشناست، مقدار آن 12/4 کیلوهرتز به دست می آید:
.
.
حالا خروجی مولد سینوسی را روی این فرکانس تنظیم می کنیم. در این حال، جریان گذرنده از سیم پیچ سمت چپ را تا نقطه ای بالا می بریم که در آن ولت متر AC ما دوباره روی یک «ماکسیمم» واقع شود. حالا سیم پیچ ما اندوکتانسی برابر 50 میکروهانری دارد. حاصلضرب تعداد دور n2 و جریان عبوری از سیم پیچ سمت چپ، نتیجه ی مورد نظر است، زیرا این حاصلضرب برای این سیم پیچ مقدار ثابتی را نشان می دهد. با تقسیم کردن این عدد بر تعداد دور سیم پیچ سمت راست، مقدار بیشینه ی جریان مجاز قابل گذر از سیم پیچ سمت راست به دست می آید که تا آن مقدار جریان، خودالقایی سیم پیچ از 50 میکروهانری کمتر نخواهد شد.
.
تعیین «اشباع هسته» و «اُفت اندوکتانس بر اثر بارگذاری جریان مستقیم» در خودالقاها – روش دوم
بر اثر بالارفتن جریان عبوری از یک سیم پیچ، خودالقایی آن کاهش می یابد. این افت خودالقایی سیم پیچ تا زمانی ادامه پیدا می کند که هسته ی سیم پیچ «اشباع» شود. در اینجا یک مقدار کمینه (مینیمم) به دست می آید که دیگر بالاتر رفتن جریان بر آن تاثیری نخواهد گذاشت. در مدارهای منبع تغذیه ی کلیدگری (سوئیچینگ) چون از سیم پیچ ها جریان های خیلی بزرگی عبور می کند، دانستن این امر اهمیت ویژه دارد که یک سیم پیچ را تا چه شدت جریانی می توان بارگذاری کرد، بدون این که هسته ی آن به حالت اشباع برسد، و سیم پیچ به یک سیم پیچ با هسته ی هوا مبدّل شود.
اگر یک ولتاژ ثابت بر سیم پیچی اِعمال شود، جریانی در آن برقرار خواهد شد که از مقدار صفر شروع شده و به طور یکنواخت بالا می رود. شیب بالا رفتن به خودالقایی سیم پیچ وابسته است: هر چه خودالقایی بزرگ تر، شیب افزایش جریان آرام تر. نظر به این که بالارفتن جریان سیم پیچ باعث افت خودالقایی آن می شود، شیب افزایش جریان سیم پیچ به مرور زمان شدیدتر خواهد شد. این پدیده را می توان به کمک یک اسیلوسکوپ (در بهترین حالت با یک اسیلوسکوپ حافظه دار) مشاهده کرد.
در این اندازه گیری به یک منبع تغذیه و یک مقاومت شنت دقیق نیاز داریم. منبع تغذیه باید دارای یک ولتاژ تثبیت شده و یک محدودکننده ی جریان باشد. رگوله بودن ولتاژ منبع، تغذیه ی یکنواخت سیم پیچ را، حتی وقتی که شیبِ افزایشِ جریان خیلی تُند باشد، تامین می کند. ضرورت وجود مدارِ محدود کننده ی جریان در این است که چند میلی ثانیه پس از شروع شیب جریانی سیم پیچ، آن را صفر کند.
منبع تغذیه باید قادر باشد که خیلی سریع نسبت به تغییرات در بار (مصرف کننده) واکنش نشان دهد. مشخصاً باید بتواند در 100 میکروثانیه تغییر در جریان به میزان 2 آمپر را تحمل کند. سرعت واکنش اکثر منبع تغذیه های معمولی در حدود 60 میلی آمپر در میلی ثانیه است که بسیار کُند بوده و برای این کار مناسب نیستند.
مقاومت شنت باید مقدار اهمی خیلی کوچکی داشته باشد تا افت ولتاژ روی دو سر آن خطای اندازه گیری زیادی ایجاد نکند. من از یک مقاومت 0/033 اهم (33 میلی اهم) استفاده می کنم اما مقادیر تا 0/27 اهم (270 میلی اهم) هم قابل قبول هستند.
.
.
روی پرده ی اسکوپ حافظه دار، پس از وصل جریان، نموّ منحنی افت ولتاژ روی مقاومت شنت نقش می بندد. اگر یک اسکوپ حافظه دار دو کاناله در دسترس باشد، می توان در کانال دوم به طور همزمان ولتاژ منبع تغذیه ی 10 ولتی را نیز زیر نظر داشت تا اُفت احتمالی این ولتاژ بر اثر تغییر بار قابل تشخیص باشد.
.
یک مثال
ولتاژ روی مقاومت شنت در اولین 360 میکروثانیه پس از وصل جریان، از صفر به 70 میلی ولت می رسد. این ولتاژ در 200 میکروثانیه ی بعدی 55 میلی ولت دیگر بالا می رود و روی 125 میلی ولت قرار می گیرد. همزمان روی کانال دوم اسکوپ دیده می شود که ولتاژ تغذیه در بازه ی زمانی اول روی تقریباً 10/3 ولت واقع است، و در بازه ی دوم به مقدار متوسط 9/4 ولت کاهش پیدا می کند.
با وجود این که در بازه ی دوم ولتاژ تغذیه کاهش یافته و کمتر از ولتاژ در بازه ی اول شده است، اما شدت افت ولتاژ در بازه ی دوم شیب بیشتری داشت، و این موضوعی است که با افت خودالقایی در ارتباط می باشد.
.
.
حال، از روی این مقادیر مشخصه های پیچش قابل تعیین هستند. از جدول بالا می توان دریافت که مقدار AL با حاصلضرب تعداد دور و جریان (که آن را «بارگذاری هسته» می نامیم) کاهش می یابد. در نتیجه، می فهمیم که اگر لازم باشد از یک سیم پیچ 40 نانوهانری در مداری با جریان بالاتری استفاده کنیم، باید تعداد دور آن را مقداری بیشتر کنیم.
در جدول پایین دو نوع از یک سیم پیچ 40 نانوهانری با یک هسته ی معین مقایسه شده اند. زیر جریانی برابر 7 آمپر، تعداد دور 19 ضرورت پیدا می کند. تحت جریان 15 آمپری، اما، داشتن 25 دور لازم است تا بهم خوردگیِ مقدار AL را جبران کند. « بارگذاری هسته» های سیم پیچ های هر دو مثال ما با بارگذاری ها در جریان اندازه گیری های بازه های اول و دوم منطبق هستند.
.
.
توجه کنید:
مقادیری که برای خودالقایی با روش های بالا تشریح شدند، برای یک «بازه» تعیین می شوند و نه برای یک «نقطه».
.
.
مطالب مرتبط:
سیم پیچ ها، خودالقاها، سلف ها - 1: روش تعیین مقاومت داخلی خودالقاها
سیم پیچ ها، خودالقاها، سلف ها - 2- روش تعیین «خودالقایی» یا «اندوکتانس» سیم پیچ ها
اداپتوری برای سنجش اندوکتانس خودالقاها
ساخت سنجش‌گری برای وارسی خودالقایی سیم‌پیچ‌ها
چگونه هسته های فرّیت را از محل چسباندن باز کنیم؟
.
.
|
www.etesalkootah.ir || 2016-01-16 © 2015 www.etesalkootah.ir © All rights reserved. تمامی حقوق برای www.etesalkootah.ir محفوظ است. بیان شفاهی بخش یا تمامی یک مطلب از www.etesalkootah.ir در رادیو، تلویزیون و رسانه های مشابه آن با ذکر واضح "اتصال کوتاه دات آی آر" بعنوان منبع مجاز است. هر گونه استفاده کتبی از بخش یا تمامی هر یک از مطالب www.etesalkootah.ir در سایت های اینترنتی در صورت قرار دادن لینک مستقیم و قابل "کلیک" به آن مطلب در www.etesalkootah.ir مجاز بوده و در رسانه های چاپی نیز در صورت چاپ واضح "www.etesalkootah.ir" بعنوان منبع مجاز است. |
این گفتگو را در یک انجمن خواندم و استفاده کردم. چون با مطلب این مقاله ربط داشت، برای استفاده ی همه خوانندگان تقدیم می کنم:
نفر اول: اگر مثلا هسته، یک آهن باشه و بخوایم با استفاده از اون یک اهنربا الکتریکی بسازیم اگر این هسته آهنی به اشباع بره، آیا به این مفهوم هست که ما هرچی جریان سیم پیچ رو زیاد بکنیم تاثیری بر نیروی هسته مغناطیسی نداره؟ یا این موضوع اصلا به اون موضوع بالایی ربطی نداره؟
منظورم اینه که فرض کنیم من یک هسته دارم که چون جریان یک آمپر (فرضی) از سیم پیچش داره میگذره، اشباع شده حالا من میخوام با این هسته یک جرم مثلا 100 گرمی رو بلند بکنم. با جریان یک آمپر این وزنه بلند نمیشه من میخوام بدونم که آیا اگر جریانش رو افزایش بدم می تونم اون وزنه رو بلند بکنم یا نه؟
نفر دوم: منظور از اشباع یه هسته اینه که دیگه توی اون هسته اتمی وجود نداره که با میدان مغناطیسی هم جهت نشده باشه .
به بیان دیگه ، وقتی که یک هسته آهنی رو توی یک میدان مغناطیسی قرار میدیم ، بر اثر میدان مغناطیسی که سیم پیچ ایجاد می کنه اتم های فلز آهن در یک جهت قرار می گیرند و هر چه قدر که نیروی میدان مغناطیسی بیشتر بشه اتم های بیشتری هم جهت میشن و قدرت آهنربایی هم بیشتر میشه . ولی این کار محدودیت داره ، اونم تا زمان اشباع هسته آهنیه و وقتی که تمام اتم های اون هسته آهنی با میدان مغناطیسی هم جهت شدند، دیگه با افزایش جریان نمی تونیم قدرت آهنربایی رو افزایش بدیم و اگر منحنی هسته ها رو هم نگاه کنید تا رسیدن به نقطه اشباع به صورت سربالایی حرکت می کنه و وقتی که به نقطه اشباع رسید دیگه بالا نمیره .
این کار فقط یک راه حل داره اونم استفاده کردن از یک هسته آهنی بزرگتره .
نفر اول: حالا یک سوال دیگه! من یک تکه آهن قراضه رو برداشتم (منظور هیچ اطلاعات دقیقی نسبت به ضریب مغناطیسیش و اینجور پارامتر هاشو ندارم) و دورش مثلا 200 دور سیم نمره فلان پیچیدم. با چه آزمایشی میتونم جریان اشباع رو پیدا بکنم.
نفر دوم: برای این کار احتیاج به وسایل آزمایشگاهیه دقیق هست ولی فکر کنم که یه جورایی هم میشه فهمید . البته تلرانس اون بالا میشه...
خوب شما الان اون سیم پیچ با هسته آهنی رو آماده کردی!!! اول یه آمپرمتر بزار سر راهش. بعد به قطعه آهنی یه یک فنر خیلی کم قدرت یا یه کش نازک وصل کن ، بعد یه سر فنر یا کش رو به یه جایی محکم کن.
حالا به سیم پیچ جریان وارد کن . جریان یه میدان مغناطیسی ایجاد می کنه و باعث جذب اون تکه فلز میشه ولی اون فنر یا همون کش یه نمه جلوی اونو می گیره . با افزایش جریان میدان مغناطیسی قویتر میشه و بیشتر اون قطعه فلز آهنی رو به سمت خودش می کشه. و وقتی که هسته به حالت اشباع برسه دیگه اون قطعه آهنی رو به سمت خودش نمی کشه و توی این مرحله جریانی که آمپرمتر نشون میده باید جریان اشباع باشه!!! چون دیگه قدرت آهنربایی افزایش پیدا نمی کنه.
البته این روش یه روش خیلی خیلی ابتداییه و خطای اون هم زیاده ولی بازم میشه روی جوابش تا حدودی حساب کرد.
نفر اول: من یک سنسور مغناطیسی (UGN3503) خریدم و اونو چسبوندم به هسته حالا قصد دارم جریان رو هی زیاد بکنم و خروجی سنسور رو بخونم. این طوری هم فکر کنم همون کار فنر رو انجام بده.
تا اونجایی که من یادم هست باید سعی بکنم هسته رو در حدود اون انتهای منحنی مغناطیسی بایاس بکنم چون بعد از اون نیروی مغناطیسی خیلی کم باید تغییر بکنه. درست میگم؟
نفر دوم: اگر میشه یه نمه در مورد اون سنسور مغناطیسی توضیح بدین!!! چون من به شخصه تا به حال سنسور مغناطیسی ندیدم. سنسورها واقعا مبحث جالبی از الکترونیک هستند .
اگر میشه یه مشخصات از شکل سنسور و طرز کار سنسور بدین خیلی جالب میشه...
بعدش هم در مورد اشباع هسته.. اینو بگم که حرف شما درسته .. وقتی به انتهای منحنی مغناطیسی یک هسته می رسیم، زاویه بالا رفتن منحنی کم و کمتر میشه و با افزایش بیشتر ولتاژ تعداد کمی از اتم ها که با میدان یکسو نشدن هم یکشو می شن و این کار تا اونجا ادامه پیدا می کنه که دیگه اتمی برای یکسو شدن وجود نداره و در این حالت با افزایش ولتاژ انرژی تبدیل به تلفات (گرما) میشه و در آخر هم سوختن هسته !
خوب طبیعتا هر چه قدر این سنسور شما دقیق تر باشه ، دقیق تر میشه گفت که جریان اشباع هسته چقدره!!!!
نفر اول: این سنسور ها که اسم دقیق شون Hall Effect Sensor هست به دو دسته Linear یا RatioMetric و معمولی تقسیم میشن. مدل خطی شون خروجیش نسبت به شدت میدان مغناطیسی بطور خطی تغییر می کنه که بعضی هاشون دارای خروجی تفاضلی هستن مثل KMZ10B یا یک خروجی با ولتاژ آفست Vcc/2 ولت که اگر مثلا قطب N بهش نزدیک بشه خروجیش از 2/5 ولت شروع به کم شدن می کنه و اگر قطب S خروجی زیاد میشه تا اشباع بشه.
که شماره های زیادی هست مثل UGN3503 یا A3515 . یک مدل دیگه هم داره که دارای یک اشمیت تریگر داخلی با یک خروجی کلکتور باز هست به شماره UGN3113 . در واقع خروجیش یک سوییچ هست که برای کارهایی مثل دور شمار موتورها کاربرد زیادی داره.
از اون مدل خطی که گفتم هم در دور شمارها استفاده میشه که نحوه کارش این طوریه که یک آهن ربا می چسبونن به سنسور و یک قطعه فرومگنت هم می چسبونن به شفت موتور. هر وقت این جسم بیاد نزدیک سنسور خروجیش عوض میشه. پاسخ فرکانسی شون هم در حدود 23 کیلو هرتز هست. :)
نفر دوم: پس این کیلومتر شمارای دیجیتالیه دوچرخه ها از این سنسورها استفاده می کنن.
ما یه بار قرار شد که یه چیزی درست کنیم که احتیاج به این داشت که سرعت چرخش دور چرخ رو داشته باشیم .
من هم رفتم از کلیدهای مغناطیسی استفاده کردم که اصلا جواب نداد.
بعد از یه مدت که روی کلیدش کار کردیم دیگه کلا بی خیال شدیم و الان می فهمم که اشتباه مون از کجا بود.
آقا دمت گرم... نقطه مجهول اون مدار رو برام روشن کردی...
خیلی از برو بچ برقی که مثل من الکترونیک رو دیمی یاد گرفتن!!! وقتی می خوایم که یه چیز درست کنیم تویه یه مسائلی می مونیم که بیا و ببین.