تحقیق در مورد القای متقابل ( سلف )

بخشی از مقاله

سلف يا سيم پيچ :
سيم پيچ يك سيم يا هادي معمولي است كه پيچانده شده است . به عبارت ديگر يك كلاف سيم مسي روكش دار است كه به دور يك هسته ي آهني پيچيده شده است .
مقاومت اهمي سيم پيچ را مي توان تقريبا صفر فرض نمود ، بنابراين با عبور جريان dc سلف مانند يك هادي عمل مي كند و عكس العمل ندارد ( ولتاژ دو سرش صفر است ) . چنانچه جريان عبوري بخواهد تغيير كند ، سلف با اين تغيير جريان مخالفت نموده و اين مخالفت بصورت ايجاد ولتاژي بنام ولتاژ القايي بروز مي كند . اين خاصيت سلف را خاصيت خود القايي آن

مي گويند كه از خاصيت خودالقايي سيم پيچ در صنعت برق جهت ايجاد ولتاژهاي زياد مثلا در موارد لامپ فلورسنت يا كويل اتومبيل استفاده مي شود. ولتاژ القايي دو سر سلف برابر است با تغييرات جريان نسبت به تغييرات زمان VL = L ( di / dt ) ، اين خاصيت سلف را خاصيت خود القائي آن گويند از خاصيت خود القايي سيم پيچ در صنعت برق جهت ايجاد

ولتاژهاي زياد مثلاً در مدار لامپ فلورسنت يا در برق اتومبيل استفاده ميشود.همچنين در الكترونيك از سيم پيچ براي جلوگيري از عبورجريان AC وعبور جريان DC استفاده ميشود (مسدود كننده AC و عبور دهنده DC)،كه به آن چوك يا Choke مي گويند .بيش ترين استفاده ي سيم پيچ در الكترونيك در مدارهاي هماهنگ ، فيلتر ها ، نوسان ساز ها و ترانسفورماتور مي باشد .

هانري : يك هانري ضريب خودالقايي سلفي است كه اگر تغييرات جريان عبوري از آن يك آمپر بر ثانيه باشد يك ولت ، ولتاژ در دو سرش القا شود .
قانون لنز و جريان القايي : اگر يك سيم هادي در يك ميدان مغناطيسي به نحوي حركت كند كه خطوط ميدان مغناطيسي را قطع كند ، در سيم جريان جاري مي شود كه به آن جريان القايي مي گويند .
سري بستن سلف ها : XLT = XL1 + XL2
موازي بستن سلف ها : 1 / XLT = 1 / XL1 + 1 / XL2

اندوكتانس متقابل سيم پيچ يا LM : هرگاه دو سيم پيچ در مجاورت هم به گونه اي قرار گيرند كه از سيم پيچ اولي جريان متناوبي عبور كند و در سلف دومي ولتاژ القا شود مي گويند بين دو سلف اندوكتانس متقابل وجود دارد ، بدون اينكه بين دو سلف تماس الكتريكي برقرار باشد.
براي مشخص كردن ميزان القاي متقابل پارامتري بنام اندوكتانس متقابل يا LM بصورت زير تعريف مي شود :
اگر جرياني با تغييرات 1 A /S در سيم پيچ اول ولتاژ 1 V در سيم پيچ دوم القا كند ، اندوكتانس متقابل دو سيم پيچ 1 هانري است .
شارژ و دشارژ سلف ها
همانند خازن ،سلف هم قابليت شارژ و دشارژ دارد با تفاوت هاي زير:
1-انرژي درسلف به صورت الكترومغناطيسي است ولي در انرژي ذخيره شده در خازن ازنوع الكترواستاتيكي است .
2-درخازن وجود اختلاف پتانسيل به معناي ذخيره انرژي است ولي در سلف عبور جريان به معناي ذخيره انرژي است.
3-اگرسلف را از منبع جدا كنيم انرژي ذخيره شده درآن از بين مي رود ، ولي خازن با جدايي از منبع انرژي را در خود نگه ميدارد.

ترانسفورماتور يا ترانس(Transformers) :
يكي از كاربردهاي مهم سيم پيچ ، ترانس است كه در الكترونيك عموما براي افزايش و كاهش ولتاژ استفاده مي شود. ولتاژ متناوب ورودي به سيم پيچ اوليه داده مي شود و ولتاژ خروجي از سيم پيچ ثانويه گرفته مي شود .
ساختمان داخلی ترانسفورماتور :

یک ترانسفور ماتور : از سه قسمت تشکیل شده که به شرح زیر میباشد.
سیم پیچ اولیه :این سیم پیچ برای کاهش یا افزایش جریان یا ولتا ژ ورودی میباشد.
هسته:این هسته که جنس آن از فلز است برای ایجاد میدان مغناطیسی و خطوط فلو میباشد.
سیم پیچ ثانویه:این سیم پیچ برای کاهش یا افزایش ولتا ژ خروجی میباشد.

انواع ترانس :
1- ترانس افزاينده ( ولتاژ) – كاهنده جريان : ترانسي است كه تعداد دورهاي ثانويه بيش تر از دورهاي اوليه باشد .
2- ترانس كاهنده ( ولتاژ) – افزاينده جريان : ترانسي است كه تعداد دورهاي اوليه بيش تر از دورهاي ثانويه باشد .
3- ترانس يك به يك ( ترانس ايده آل ) : ترانسي كه تعداد دور اوليه و ثانويه با هم برابر است . ترانس ايزوله را براي ايزوله كردن مدار از برق شهر بكار مي برند ، چون فاز برق شهر نسبت به زمين ولتاژ و خطر برق گرفتگي دارد .

انواع ترانس بر حسب مورد استفاده :
1- ترانس قدرت يا مبدل ولتاژ
2- ترانس سوئيچينگ يا كليدي
3- ترانس صوتي يا مبدل فركانس ( مبدل امپدانس ) : الف – ترانس بلند گو با بدنه ي زرد يا سبز و ب- ترانس رابط با بدنه ي آبي يا زرد .
4- ترانس راديويي شامل : Rf , If
فيلتر ها :
در بسياري مدارات الكترونيك امواجي با فركانس هاي مختلف وجود دارد .مثلا امواج صوتي فركانس 20 HZ تا 20 KHZ را شامل مي شود . يعني يك تقويت كننده ي صوتي بايد امواجي با فركانس هاي مذبور را تقويت كند . در اين موارد احتياج به مداري داريم كه مانع عبور يك فركانس خاص مي شود و فقط فركانس خاصي را عبور دهد . به چنين مداري فيلتر مي گويند .
انواع فيلتر ها :

1- فيلتر پايين گذر : فيلتري است كه از فركانس صفر تا فركانس خاصي را عبور مي دهد و از آن فركانس خاص به بعد را عبور نمي دهد . اين فركانس خاص را فركانس قطع (FC) مي گويند .

2- فيلتر بالاگذرRC : فيلتري است كه از فركانس 0 تا فركانس خاصي را عبور نمي دهد و از آن فركانس خاص (FC) به بعد را عبور مي دهد .
3- فيلتر ميان گذر RLC : فيلتري است كه از فركانس خاصي تا فركانس معيني ( از F1 تا F2) به امواج اجازه عبور مي دهد ، خارج از اين محدوده مانع عبور امواج مي شود .
4- فيلتر ميان نگذر RLC : فيلتري است كه از فركانس خاص تا فركانس معيني به امواج اجازه ي عبور نمي دهد (از F1 تا F2 ) و خارج از اين محدوده اجازه ي عبور مي دهد .
ترانس دیودسر (Transgucer) یا مبدلها :

تعریف: وسیله ای برای تبدیل انرژ ی به انرژی دیگر دونوع میباشد که عبارتند از:
الف: مبدلهای ورودی:
میکروفون : وسیله ای برای تبدیل انرژی صوت به انرژی الکتریکی که انواع مختلفی دارد که به دومورد ذکر میکنیم:

میکروفون زغالی : اینگونه میکروفونها امروزه دیگر کاربرد ندارد چون پاسخ فرکانسی آن بد است.
میکروفون خازنی: این میکروفون در دنیای امروز پر کار بردترین نوع میباشد و دارای قطب مثبت و منفی میباشد.
کلید : کلید برای قطع و وصل جریان میباشد که به دونوع معروف است:
کلید قطع و وصل (کنتاکتی): این گونه کلید ها با فشاردادن در حالت وصل میماند و با فشار دیگر از حالت وصل به حالت قطع میشود .

کلید فشاری: این گونه کلیدها تا زمانی که فشار بدهیم وصل و هر موقع که فشار را قطع کنیم جریان قطع میشود.
ب- مبدلهای خروجی:
1- بلندگو: وسیله ای برای تبدیل انر ژی الکتریکی به انر ژی صوت.
2-رله : رله کلید الکترونیکی است که با رسیدن جریان به پایهای سیم پیچ میلیه فلزی را از حالت (در حال عادی و بدون رسیدن ولتا ژ کنتاکتهای رله به هم اتصال دارند)
را به کنتاکتهای دیگه وصل میکند رله مجموعا پنچ پایه دارد که دو پایه مربوط به سیم پیچ و یک پایه مشترک (com) و یک پایه که در حالت عادی به پایه مشترک وصل است و یک پایه
که بارسیدن ولتا ژ به سیم پیچ با پایه مشترک وصل میشود.

3- ترانسفورماتور(Transformers):
4-موتور الکتریکی : وسیله ای برای تبدیل جریان الکریکی به مکانیکی (دوار) یا چرخشی.
نوسان سازها و سلف ها

سوال وپاسخ از القای متقابل سلف
مثال: از سيم پيچي به ضريب خود القاي 0/2 هانري و مقاومت اهمي ناچيز، جرياني به معادله عبور مي‌نمايد. اختلاف پتانسيل دو سر سيم پيچ چند ولت است؟
پاسخ:
ولت
مثال: تغييرات شدت جريان عبوري از سيملوله نسبت به زمان در يك القاگر به ضريب خودالقايي 15/0 هانري، مطابق شكل زير است. نيروي محركه القاء شده در دو سر سيملوله چند ولت است؟

پاسخ:
انرژي ذخيره شده در سيملوله
توان مصرفي بين دو نقطه از مدار، از رابطهتوان مصرفي بين دو نقطه از مدار، از رابطه P=VI بدست مي‌آيد. براي اين كه بخواهيم انرژي ذخيره شده در سيملوله را به دست آوريم، بايد V اختلاف پتانسيل دو سر سيملوله باشد. اختلاف پتانسيل دو سر سيملوله برابر بوده و توان مصرفي در دو سر سيملوله است.
انرژي ذخيره شده در سيملوله

مثال: از سيملوله‌اي كه تعداد دور واحد طول آن 250 حلقه برمتر، است جرياني به شدت 2 آمپر مي‌گذرد. در صورتيكه طول سيملوله و شعاع سطح مقطع آن باشد، انرژي موجود در فضاي مياني سيملوله را بدست آوريد.
پاسخ:

خوالقايي
در صورتي كه سيملوله‌اي به صورت زير، به مولد جريان مستقيمي متصل شده باشد، در لحظات وصل كليد، جريان عبوري از سيملوله از صفر به مقدار I مي‌رسد. بنابراين شار عبوري از درون سيملوله در حـال افــزايش است. در اين حالت، تغييرشار عبوري از درون سيملوله به علت تغيير جريان عبوري از سيملوله است و به همين دليل به اين پديده، پديده خود القايي گفته مي‌شود. در اثر ايجاد نيـروي محركه خود القايي، مدتي طول مي‌كشد كه جريان درون سيملوله به مقــدار ثابت و معيني برسد.

در لحظات بستن كليد، به جاي سيملوله مي‌توان پيلي با نيروي محركه در نظر گرفـت. در صورتي كه سيملوله داراي مقاومت خطي به علت مقاومتدار بودن سيمهاي سيـملولـه بـاشـد،
جريان القايي عبوري در لحظات اوليه را مي‌توان از رابطه زير نيز پيدا كرد:

در مدار شكل بالا تغييرات جريان عبوري نسبت به زمان به صورت زير مي‌باشد.
هر چه ضريب خود القايي سلف بيشتر باشد، مدت زماني كه طول مي‌كشد تا جريان به مقدار ثابت و معين خود برسد بيشتر خواهد بود.

در لحظاتي كه بخواهيم كليد را باز نماييم، جريان از I به صفر مي‌رسد. بنابراين شار عبوري از درون سيملوله در حال كاهش است. در نتيجه در مدار نيروي محركه القايي بوجود مي‌آيد كه با كاهش شار عبوري از درون سيملوله مخالفت مي‌نمايد. بنابراين در لحظات باز كردن كليد، سيملوله مانند مولدي عمل مي‌نمايد كه قطب منفي‌اش به قطب مثبت مولد متصل شده است.

به شكل توجه كنيد. اين آزمايش نشان دهنده اثر خود القايي در درون سلف مي‌باشد. سيم پيچي كه تعداد حلقه‌هاي آن بسيار زياد است، با يك لامپ به صورت موازي قرار گرفته است. دو سر لامپ را به يك باتري با ولتاژ 120 ولت متصل كرده‌ايم. به محض بستن كليد K، لامپ براي چند لحظه پر نور مي‌شود و سپس حالت عادي خود را پيدا مي‌نمايد. در حالتي كه كليد باز مي‌شود. لامپ دوباره پر نور مي‌شود و در لحظه بستن كليد، در سيم پيچ نيروي محركه خودالقايي ايجاد شده، مانند مقاومت زياد عمل مي‌‌نمايد. به همين دليل است كه جريان بيشتر از لامپ عبور مي‌كند.

القاي متقابل
دو سيملوله A و B را در نظر بگيريد. در مدار سيملوله A رئوستايي قرار داده شده است و جريان I در مدار A برقرار مي‌باشد.