سلف چیست؟ انواع سلف الکتریکی

سلف یا القاگر یک قطعه الکترونیکی منفعل است که انرژی را به صورت یک میدان مغناطیسی ذخیره می‌کند. در ساده‌ترین شکل، یک سلف از یک حلقه سیم یا سیم به صورت مارپیچ تشکیل شده است که این سیم دارای ویژگی القایی است و با جریان مقاومت می‌کند. به طور کلی می‌توان گفت سلف  دارای ظرفیت القای مغناطیسی است. ظرفیت القا مغناطیسی مستقیماً با تعداد دور در سیم پیچ متناسب است و به شعاع سیم پیچ و به نوع ماده ای که سیم پیچ در اطراف آن پیچیده شده نیز بستگی دارد. ما در این پست قصد داریم شما را بیشتر با سلف آشنا کنیم و انواع آن را به شما معرفی کنیم.

سلف چیست؟

در هر سلف، با یک شعاع سیم پیچ معین و با تعداد چرخش‌ها مشخص، هسته هوا منجر به کمترین القا می‌شود. موادی مانند چوب، شیشه و پلاستیک – موادی عایق یا نارسای الکتریکی – اساساً همانند هوا برای سیم پیچ سلف کاربرد دارند. مواد فرو مغناطیسی مانند آهن، آهن لمینت شده و آهن پودری باعث افزایش القا بدست آمده با یک سیم پیچ دارای تعداد معین دور می‌شوند. شکل هسته نیز قابل توجه است. هسته‌های توروئیدی (دونات شکل) برای یک هسته با جنس و تعداد چرخش‌های خاص، القا بیشتری نسبت به هسته‌های میله‌ایی ایجاد می‌کنند.

واحد استاندارد القا هنری است، که به اختصار با H‌ نشان می‌دهند. هنری یک واحد بزرگ است. واحدهای متداول‌تر عبارتند از مگا هنری، μH مخفف1μH = 10-6H)  ) و میلی هنری یا mH 1mH = 10-3H)  ) و نانوهنری 1nH = 10-9H)).

ساخت سلف بر روی تراشه‌های مدار مجتمعIC) ) کمی دشوار است. از سلف‌ها با خازن در کاربردهای مختلف ارتباطات بی سیم استفاده می‌شود. یک سلف متصل به صورت سری یا موازی با یک خازن می‌تواند باعث ایجاد تفاوت در برابر سیگنال‌های ناخواسته شود. در منبع تغذیه تجهیزات الکترونیکی از جمله رایانه و لوازم جانبی آن از سلف‌های بزرگ استفاده می‌شود. در این سیستم‌ها، سلف‌ها به صاف کردن نرم افزار AC کمک کرده و جریان خالص باتری مانند DC را فراهم می‌کنند.

برای ثبت نام در دوره آموزش تابلو برق صنعتی این آموزشگاه با شماره های آموزشگاه تماس بگیرید

از سلف‌ها کجا استفاده می‌شود؟

دیدن سلف‌های گسسته در نمونه مدارهای معمولی برای مبتدیان چندان معمول نیست. بنابراین اگر تازه‌کار خود را شروع کرده‌اید، احتمالاً هنوز با آن‌ها را روبرو نشده‌اید. اما وجود سلف‌ها در منابع تغذیه بسیار رایج هستند، به عنوان مثال، برای ایجاد مبدل باک یا تقویت کننده و همچنین در مدارهای رادیویی برای ایجاد اسیلاتورها و فیلترها معمول است. تقریباً آن‌ها را در هر وسیله الکتریکی که از برق استفاده می‌کند، پیدا خواهید کرد. مانند رله ها، موتورها، بلندگوها و موارد دیگر.

معرفی انواع مختلف سلف الکتریکی

اگر چه انواع مختلف سلف وجود دارد، اما همه آنها مطابق با قوانین یکسانی عمل می‌کنند. هر سلفی یک میدان مغناطیسی را در اطراف رسانا تنظیم می‌کند و همچنین دارای یک مقاومت القایی خاص است.

القا یکی از عوامل اساسی است که مدارهای الکتریکی را تحت تأثیر قرار می‌دهد. هر سیم یا سیم پیچ دارای القا خاصی است که در اثر میدان مغناطیسی تنظیم شده هنگام جریان ایجاد می‌شود. انرژی در این میدان ذخیره می‌شود و عملکرد سیم پیچ به این صورت است که در برابر تغییر جریان در داخل هادی یا سیم پیچ مقاومت نشان می‌دهد.

اشکال مختلف سلف‌ها وجود دارند و همچنین کاربردهای متفاوتی دارند. اندازه آن‌ها بسته به ماده‌ای که برای تولید آن‌ها بکار رفته است، متفاوت است. در طبقه‌بندی اصلی، سلف‌ها به دو دسته سلف‌های ثابت و سلف‌های متغیر تقسیم می‌شوند. یک سلف ثابت همیشه نقره را به عنوان اولین رنگ به عنوان کدگذاری رنگ انتخاب می‌کند. هسته سلف قلب آن است. انواع مختلفی از سلف‌ها با توجه به ماده اصلی مورد استفاده در هسته وجود دارند. اجازه دهید نگاهی به چند مورد از آن‌ها بیندازیم.

انواع مختلف هسته سلف

مانند انواع دیگر قطعات الکتریکی مانند خازن، انواع مختلفی از سلف نیز وجود دارد. با این وجود تعریف دقیق انواع مختلف سلف‌ها کمی دشوارتر است زیرا تنوع کاربردهای سلف بسیار زیاد است. اگرچه تعریف یک سلف با هسته آن امکان‌پذیر است، اما این تنها راه طبقه‌بندی سلف‌ها نیست. اما بر اساس نوع مواد بکار رفته در هسته، سلف‌ها به انواع مختلف زیر دسته بندی می‌شوند.

سلف با هسته هوا (بدون هسته)

سلف با هسته هوا معمولاً یک سلف با یک سیم پیچ ساده است، که هسته‌ایی ندارند. این نوع از سلف چیزی جز هوا به عنوان هسته ندارد. مواد غیرمغناطیسی مانند پلاستیک و سرامیک نیز به عنوان هسته در این نوع سلف استفاده می‌شوند. این سلف‌ها در ابزارهایی با قدرت میدان مغناطیسی بسیار بالا، حداقل سیگنال را از دست می‌دهند. در این سلف شار مغناطیسی مسیر بی نظمی دارد و در نتیجه میزان ظرفیت القای مغناطیسی آن کم است. سلف‌ بدون هسته دارای کویل‌های بزرگتر برای تولید شار بیشتر هستند. کاربرد این سلف‌ها معمولا برای فرکانس بالا شامل گیرنده‌های تلویزیون و رادیو است.

این نوع سلف به طور معمول برای کاربردهای RF که سطح القای مغناطیسی مورد نیاز آن کمتر است، استفاده می‌شود. به دلیل این که از هیچ هسته‌ای در آن استفاده نشده است مزایای مختلفی دارد، هیچ اتلافی در هسته سلف وجود ندارد زیرا هوا بدون اتلاف است و این امر منجر به افزایش سطح Q می‌شود، با فرض اینکه مقاومت سلف یا سیم پیچ کم باشد، در مقابل تعداد چرخش در سیم پیچ بیشتر می‌شود تا همان القای مغناطیسی را داشته باشد و منجر به افزایش اندازه فیزیکی سلف الکتریکی می‌شود.

سلف‌های هسته سرامیکی به عنوان سلف‌های هسته هوا شناخته می‌شوند. سرامیک متداول‌ترین ماده برای هسته‌های سلف است. سرامیک دارای ضریب انبساط بسیار کم حرارتی است‌، بنابراین حتی برای طیف وسیعی از درجه حرارت عملکرد، پایداری القا سلف بالا است. از آنجا که سرامیک خاصیت مغناطیسی ندارد، به دلیل این نوع هسته، مقدار نفوذپذیری افزایش نمی‌یابد. هدف اصلی این هسته فرم دادن به سیم پیچ است. در بعضی موارد، ساختار مناسب نگه داشتن ترمینال‌ها را نیز فراهم می‌کند. مزیت اصلی این سلف ها تلفات هسته‌ای بسیار کم و ضریب کیفیت بالا است. این موارد عمدتا در کاربردهای با فرکانس بالا که مقادیر القا مغناطیسی کم مورد نیاز است، استفاده می‌شوند.

سلف با هسته آهن

این سلف‌ها مواد فرومغناطیسی مانند فریت یا آهن را به عنوان هسته دارند. استفاده از چنین هسته‌ای به دلیل نفوذپذیری مغناطیسی زیاد سلف، به افزایش القا کمک می‌کند. سلف‌های با هسته فرومغناطیس، سلفی با قدرت بالا هستند، اما در فرکانس‌های بالاتر به دلیل پسماند مغناطیسی و هدر رفتن جریان مخالف، این قدرت کم می‌شود. این سلف‌های هسته آهن در ساخت چند نوع ترانسفورماتور استفاده می‌شوند. اما به طور کلی زیاد مورد استفاده قرار نمی‌گیرند.

سلف‌های با هسته آهن پودر شده

همانطور که از نام آن پیداست، هسته اصلی این سلف‌ها دارای مواد مغناطیسی به همراه شکاف‌های هوایی در آن است. اما این نوع ساختار مزیت خاصی به  هسته برای ذخیره انرژی در مقایسه با انواع دیگر سلف‌ها  فراهم می‌کند. این سلف‌ها تلفات جریان گردابی و تلفات پسماند بسیار کمی را ایجاد می‌کنند. سلف با هسته آهن پودر شده با کمترین قیمت در دسترس هستند و از پایداری القایی بسیار خوبی برخوردار هستند.

سلف با هسته فریت

فریت یکی از هسته‌های پرکاربرد برای انواع مختلف سلف است. فریت یک سرامیک اکسید فلز است که در اطراف مخلوطی از اکسید فریک Fe2O3 و اکسیدهای منگنز-روی یا نیکل-روی ساخته شده و به شکل مورد نیاز اکسترود یا فشار داده می شود. سلف با هسته فریت خسارت و هزینه را در فرکانس‌های بالا کاهش می‌‌دهد.

فریت نرم

این مواد توانایی تغییر قطب مغناطیسی خود را بدون مقدار خاصی از انرژی مورد نیاز برای برگشت قطب مغناطیسی را دارند.

فریت سخت

به فریت سخت آهنربای دائمی نیز گفته می‌شود. فریت سخت قطب مغناطیسی خود را حتی پس از حذف میدان مغناطیسی حفظ می‌کند.

سلف هسته فریت با افزایش نفوذپذیری سیم پیچ که منجر به افزایش مقدار القا مغناطیسی می‌شود، به بهبود عملکرد سلف کمک می‌کند. سطح نفوذپذیری هسته فریت استفاده شده در سلف‌ها به ماده فریت بستگی دارد. این سطح نفوذپذیری با توجه به ماده فریت از 20 تا 15000 است. بنابراین القا با هسته فریت در مقایسه با سلف با هسته هوا بسیار زیاد است.

انواع مختلف سلف بر اساس کاربردها و ساختار مکانیکی

سلف ها نیز ممکن است از نظر ساختار مکانیکی دسته‌بندی شوند. تعدادی از انواع استاندارد‌های مختلف فیزیکی وجود دارد که می‌توان سلف‌ها را در آن‌ها طبقه بندی کرد.

سلف مبتنی بر Bobbin

این نوع سل‌ ها روی یک حباب استوانه ای قرار دارند. سلف‌های بوبین ممکن است برای نصب مدار چاپی طراحی شده باشند، حتی نصب سطح آن‌ها ممکن است بسیار بزرگتر باشد و از طریق ابزارهای مکانیکی دیگری نصب شود. برخی از نسخه‌های قدیمی این سلف‌ها حتی ممکن است در شکلی مشابه مقاومت‌های سرب‌دار معمولی باشند. این نوع سلف‌ها از دو نوع سرب تشکیل شده‌اند: سرب محوری و سرب شعاعی. سرب محوری به معنای خروج سرب از دو طرف هسته برای نصب افقی بر روی صفحه PC است. سرب شعاعی به معنای خروج سرب از دو طرف هسته برای نصب عمودی بر روی صفحه PC است.

سلف سرامیکی چند لایه

از این نوع سلف‌ها به طور گسترده‌ای برای فناوری نصب سطحی استفاده می شود. هسته این نوع سلف از فریت یا معمولاً از مواد سرامیکی مغناطیسی ساخته می‌شوند. در واقع سیم پیچ روی بدنه سرامیک قرار دارد.

سلف فیلمی

این شکل از سلف از یک فیلم رسانا به عنوان هسته استفاده می‌کند. سپس فیلم شکل داده می‌شود تا مشخصات هادی مورد نیاز را بدست آورد. سلف فیلمی با سلف‌های تراشه‌ای مرسوم که همراه با سیم مسی هستند متفاوت ساخته شده‌اند. این سلف‌های به عنوان سلف تراشه‌ای برای کاربردهای با فرکانس بالا ساخته شده‌اند.

سلف های توریدال

در سلف‌ توریدال یک کویل به دور یک تورید دایره وار پیچیده می‌شود. فریت یا هیدروکسید آهن اغلب استفاده می‌شود و باعث افزایش نفوذپذیری هسته می‌شود. مزیت توروئید این است که توروید شار مغناطیسی را قادر می‌سازد تا به صورت دایره‌ای در اطراف توروئید حرکت کند و در نتیجه نشت شار بسیار کم است. نقطه ضعف یک سلف توروئیدی این است که برای انجام کار نیاز به یک دستگاه سیم پیچ مخصوص است. مزیت اصلی این نوع سلف‌ها این است که، به دلیل شکل دایره‌ای، تقارن در کل شکل سلف حاصل می‌شود، که به دلیل آن حداقل تلفات در شار مغناطیسی وجود دارد. این سلف‌ها بیشتر در کاربردهای مدار AC استفاده می‌شوند.

سلف های با هسته چند لایه

سلف‌های هسته چند لایه به عنوان هسته، ورق‌های نازک چند لایه از جنس استیل دارند. معمولاً برای یک سلف، اگر ناحیه حلقه برای عبور جریان افزایش یابد، تلفات انرژی بیشتر خواهد بود. در حالی که، در این سلف‌های هسته چندلایه، ورقه‌های استیل نازک برای جلوگیری از جریان‌های گردابی مفید هستند، که عملکرد حلقه را به حداقل می‌رسانند. مزیت اصلی این سلف‌ها به حداقل رساندن اتلاف انرژی است. سلف‌های هسته چند لایه بیشتر در ساخت ترانسفورماتورها استفاده می‌شوند.

سلف متغیر

با حرکت هسته مغناطیسی در داخل و خارج سیم پیچ‌های این سلف‌ها تشکیل می‌شوند. توسط این هسته مغناطیسی می‌توانیم مقدار القایی را تنظیم کنیم. هنگامی که یک سلف هسته فریت داشته باشیم، با حرکت دادن هسته آن در داخل و خارج که سیم پیچ زخمی شده است، می توان سلف هسته فریت متغیر را ایجاد کرد. این نوع سلف‌ها در برنامه‌های رادیویی و با فرکانس بالا در مواردی که تنظیم مورد نیاز است مورد استفاده قرار می‌گیرند. این سلف‌ها به طور معمول از 10 میکروگرم تا 100 میکرومتر متغیر هستند. و البته سلف متغیر 10 نانومتر تا 100 میلی آمپر نیز وجود دارند.

سلف‌های کوپل

به طور کلی دو هادی یا رسانا متصل شده توسط القای الکترومغناطیسی به عنوان سلف‌های کوپل شده شناخته می‌شوند. همانطور که می‌دانیم که هر زمان که جریان AC در یک سلف جریان داشته باشد، در سلف دوم ولتاژ ایجاد می‌کند، که این کار باعث پدیده القایی متقابل می‌شود. سلف‌های کوپل فقط روی این پدیده کار می کنند. این سلف‌ها می‌توانند با انتقال امپدانس از طریق مدار، دو مدار را به صورت الکتریکی جدا کنند. ترانسفورماتور یکی از انواع سلف‌های کوپل شده است.

سلف های قالب‌گیری شده

این سلف‌ها یا توسط عایق‌های پلاستیکی یا سرامیکی قالب‌ریزی شده‌اند. سلف قالب گیری‌شده به طور معمول در شکل‌های استوانه‌ای و میله‌ای با انواع وسیعی از سیم پیچ ها موجود هستند.

همانطور که مشاهده می‌شود، روش‌های مختلفی برای طبقه‌بندی انواع مختلف سلف‌ها وجود دارد. هر کدام مزایای خاص خود را دارند و بنابراین لازم است در مورد گزینه‌های مختلف موجود هنگام انتخاب سلف برای یک برنامه خاص تصمیم گیری شود. منظور از مواد و فن آوری مدرن این است که عملکرد سلف‌ها افزایش یافته و گزینه‌های بیشتری برای طراحان مدار وجود دارد چه برای کاربردهای RF، چه برای مقابله با EMI و چه برای برنامه‌های قدرت.