سلف چیست و نقش آن در برق قدرت

برق قدرت یا مهندسی قدرت از زیرشاخه های اصلی مهندسی برق می باشد. مهندسین برق قدرت از تولید تا توزیع برق و همچنین تبدیل انواع روش های الکتریکی به شکل های مختلف انرژی در این رشته سر و کار دارند.

در رشته مهندسی برق قدرت با انواع تجهیزاتی که می شود سیستم را از خطرات احتمالی محافظت کرد این دانشجویان و مهندسین آینده آشنا می شوند. یکی از این موارد رله می باشد که با توجه به خطا یا خرابی در سیستم مثل اتصال کوتاه قسمتی را از شبکه جدا می کند تا هزینه های خرابی زیادی را به بار نیاورد.

سلف نیز جزوی از این وسیله ها می باشد که در خود رله نیز وجود دارد. سلف ‌ها با ذخیره موقت انرژی در یک میدان الکترومغناطیسی و سپس آزاد کردن آن به مدار، نوسانات یا جهش‌های جریان را کاهش می ‌دهند. نام دیگر سلف، القاگر می باشد که ذخیره موقت انرژی را به صورت یک میدان مغناطیسی انجام می دهد.

در هر وسیله الکتریکی یا منبع تغذیه از سلف استفاده می شود. یعنی هر جا برق هست، سلف نیز وجود دارد. مثل تراسفورماتور، اسپیکر، آهن ربا های الکتریکی، میکروفون، رله، سلونوئید ها، مبدل، آرمیچر و غیره.

سلف ها در مدارهای الکتریکی برای کاهش EMI با کاهش نویز فرکانس بالا به منظور برآوردن الزامات انتشار EMC و ایمنی استفاده می شوند. سازمان های استاندارد سازگاری الکترومغناطیسی یعنی EMC، در سراسر جهان شامل استانداردهای CISPR، IEC، ISO و EN هستند. مقررات FCC اجباری است و برای دستگاه ‌هایی مانند رایانه، منابع تغذیه حالت سوئیچ، گیرنده ‌های تلویزیون، فرستنده ‌ها و دستگاه‌ های صنعتی، علمی و پزشکی (ISM) که تشعشعات RF ساطع می‌کنند اعمال می ‌شوند.

پیشنهاد ویژه: دوره آموزش تعمیرات برد الکترونیکی ، آموزش آردوینو ، آموزش تابلو برق صنعتی و آموزش plc بصورت عملی و تضمینی با 30% تخفیف در آموزشگاه فن آموزان. برای ثبت نام و دریافت مشاوره رایگان با شماره 02191321001 تماس بگیرید.

سلف ها در چه کاربردهایی استفاده می شوند؟

سلف ها عمدتاً در برق و دستگاه های الکترونیکی برای این اهداف عمده استفاده می شوند:

• مسدود کردن، تضعیف یا فیلتر کردن/صاف کردن نویز فرکانس بالا در مدارهای الکتریکی
• ذخیره و انتقال انرژی در مبدل های توان (dc-dc یا ac-dc)
• ایجاد نوسانگر های تنظیم شده
• تطبیق امپدانس

تفاوت خازن و سلف

مقاومت در برابر تغییر ولتاژ و ایجاد میدان الکتریکی و ذخیره ان توسط خازن انجام می شود. در حالی که سلف مقاومت در برابر تغییر جریان را به عهده داشته و میدان مغناطیسی را تولید می کند.

انواع سلف ها و کاربرد آنها را در ادامه مقاله بررسی می کنیم.

انواع سلف و کاربرد آنها

سلف ها انواع مختلفی دارند. بسته به نوع مواد آنها سلف ها به انواع سلف بر اساس هسته، کاربرد ها و ساختار مکانیکی آن ها دسته بندی می شوند.

• انواع سلف بر اساس هسته

1. سلف با هسته هوا (Air Core Inductor)

سلف های هسته سرامیکی به عنوان سلف با هسته هوا شناخته می شوند. سرامیک رایج ترین ماده مورد استفاده برای هسته های سلف است. سرامیک دارای ضریب انبساط حرارتی بسیار پایینی است، بنابراین حتی برای طیف وسیعی از دماهای عملیاتی، پایداری اندوکتانس سلف بالا است. از آنجایی که سرامیک خاصیت مغناطیسی ندارد، میزان نفوذپذیری آن به دلیل مواد هسته افزایش نمی یابد.

مزیت اصلی این سلف ها تلفات هسته بسیار کم و ضریب کیفیت بالا است. این سلف ها عمدتاً در کاربردهای فرکانس بالا استفاده می شوند که در آن مقادیر اندوکتانس پایین مورد نیاز است.

نسبت ولتاژ به نرخ تغییرات جریان را اندوکتانس گویند که واحد آن هانری (H) می باشد. عوامل موثر در مقدار اندوکتانس به دور تعداد دور حلقه، طول، قطر و هسته سلف به قرار زیر وابسته می باشد.

• تعداد حلقه، دور یا پیچ آن ها (دور بیشتر) = اندوکتانس بیشتر
• طول آن ها در درو یکسان (طول کمتر) = اندوکتانس بیشتر
• قطر سلفی با دور یکسان = اندوکتانس بیشتر
• سلف با هسته = اندوکتانس بیشتر

2. سلف با هسته آهنی (Iron Core Inductor)

در جاهایی که نیاز به سلف های با اشغال فضای کم مورد نیاز است، سلف های هسته آهنی بهترین گزینه هستند. سلف با هسته آهنی در تجهیزات صوتی مورد استفاده می باشند.. این نوع سلف ها کاربرد های بسیار محدودی دارند.

3. سلف با هسته فریتی (Ferrite Core Inductor)

فریت به عنوان ماده فرومغناطیسی نیز شناخته می شود که یکی از هسته های پرکاربرد سلف ها می باشد. ترکیب کلی فریت ها XFe2O4 است. X نمایانگر ترکیبات موادی که عمدتاً به راحتی مغناطیس می شوند مانند منگنز-روی (MnZn) یا نیکل-روی (niZn). این سلف ها در جاهایی که فرکانس بالا وجود دارند مورد استفاه می باشند تا خسارت های وارده را کم کنند. فریت دارای دو نوع فریت نرم و فریت سخت می باشد.

• فریت نرم: مهمترین مزیت فریت نرم این است که میدان مغناطیسی خود را بدون افت جریان معکوس می کنند.
• فریت سخت: به فریت سخت آهنرباهای دائمی نیز می گویند که پس از حذف میدان مغناطیسی، قطب مغناطیسی خود را حفظ می کنند.

سلف با هسته فریت با افزایش نفوذپذیری سیم پیچ به بهبود عملکرد سلف کمک می کند که منجر به افزایش مقدار اندوکتانس می شود. سطح نفوذ پذیری هسته فریت مورد استفاده در سلف ها به مواد فریت بستگی دارد. این نفوذ پذیری وابسته به مواد فریت (از 20 تا 15000) می باشد.  بنابراین در مقایسه با سلف هسته هوا، اندوکتانس در هسته فریت بسیار بالا می باشد.

4. سلف با پودر آهن (Iron Powder Inductor)

این نوع سلف فقط حاوی تقریباً 100٪ آهن است. هنگامی که این توان آهنی تحت فشار بسیار بالا فشرده شده و با یک ماده چسبنده مانند اپوکسی یا فنولیک مخلوط می شود، به ما یک هسته جامد می دهد. با این عمل پودر آهن مانند یک ساختار جامد مغناطیسی تشکیل می شود که از شکاف هوای پراکنده تشکیل شده است.

با توجه به این شکاف هوا، در مقایسه با هسته فریت، می تواند شار مغناطیسی بالایی را ذخیره کند. این مشخصه اجازه می دهد تا قبل از اشباع شدن سلف، سطح جریان DC بالاتری از سلف عبور کند. این منجر به کاهش نفوذپذیری هسته می شود. این سلف ها دارای پایداری ضریب دمایی بالایی هستند و عمدتاً در منابع تغذیه سوئیچینگ کاربرد دارند.

5. سلف با هسته چند لایه (Laminated Core Inductor)

سلف با هسته چند لایه با چیدمان تعداد زیادی ورقه بر روی یکدیگر ساخته و تولید می شوند. این لمینت ها یا لایه ها، ممکن است از مواد مختلف و با ضخامت های متفاوت ساخته شده باشند. بنابراین این ساختار انعطاف پذیری بیشتری دارد. این لمینیت ها از فولاد ساخته شده اند که بین آن ها مواد عایق قرار گرفته است.

لایه ها به موازات میدان مغناطیسی چیده می شوند تا از تلفات جریان گردابی بین لایه ها جلوگیری شود. سلف های با هسته چند لایه در آشکارسازهای فرکانس پایین مورد استفاده قرار می گیرند. این سلف ها بیشتر در ترانسفورماتورها برای فرکانس های بالای چندین کیلوهرتز استفاده می شوند.

6. سلف بر پایه بوبین (Bobbin based inductor)

این نوع سلف ها روی بوبین استوانه‌ای بسته می‌شوند، بنابراین به عنوان سلف ‌های بر پایه یا مبتنی بر بوبین نامیده می‌شوند. عمده کاربرد این سلف ها بر روی بردهای مدار چاپی می باشد.

سلف بر پایه بوبین دو نوع سرب محوری و سرب شعاعی می باشند. از سرب محوری برای نصب افقی روی برد کامپیوتر استفاده می شود و از سرب شعاعی برای نصب عمودی بر روی برد کامپیوتر استفاده می شود.

7. سلف حلقوی (Toroidal Inductor)

این سلف معمولاً از مواد مختلفی مانند فریت، آهن پودری و غیره تشکیل شده است. آرایش این سلف ها حداقل تلفات را در شار مغناطیسی ایجاد می کند. همچنین دارای راندمان انتقال انرژی بالا و مقادیر اندوکتانس بالا در کاربردهای فرکانس پایین است. این سلف ها عمدتاً در دستگاه های پزشکی، تنظیم کننده های سوئیچینگ، تهویه مطبوع، یخچال ها، مخابرات، آلات موسیقی و غیره استفاده می شوند.

8. سلف سرامیکی چند لایه (Multi-layer Ceramic Inductors)

سلف سرامیکی چند لایه از چندین لایه تشکیل شده است. عموماً تعداد دورهای بیشتر، اندوکتانس بیشتر نیز دارد. در این سلف های چند لایه نه تنها القای سلف افزایش می یابد، بلکه ظرفیت بین سیم ها نیز افزایش می یابد. بیشترین مزیت این سلف ها این است که با دادن فرکانس های کاری پایین تر می توانیم نتایج اندوکتانس بالاتری نیز بدست آوریم.

سلف سرامیکی چند لایه در فرکانس‌های بالا برای از بین بردن نویز، در ماژول‌های پردازش سیگنال مانند شبکه‌های محلی بی‌سیم، بلوتوث، در سیستم‌های ارتباطی سیار و غیره کاربرد دارند.

9. سلف فیلم (Film Inductor)

در سلف فیلم از یک فیلم رسانا بر روی هسته استفاده می کنند. سلف فیلم ها در اندازه نازک برای مبدل های DC به DC مناسب هستند که به عنوان منبع تغذیه در تلفن های هوشمند و دستگاه های تلفن همراه عمل می کنند.

10. سلف متغیر (Variable Inductor)

نحوه کار سلف متغیر با حرکت هسته مغناطیسی در داخل و خارج از سیم پیچ های سلف می باشد. با این هسته مغناطیسی می توانیم مقدار اندوکتانس را تنظیم کنیم. به عنوان مثال سلف هسته فریت را در نظر می گیریم که با حرکت دادن هسته آن به داخل و خارج، می توان سلف هسته فریت متغیر را تشکیل داد.

این نوع سلف ها در کاربردهای رادیویی و فرکانس بالا که در آن نیاز به تنظیم وجود دارد استفاده می شود. این القاگرها معمولاً از 10 μH تا 100 μH و در اخیرا با توجه به پیشرفت ها از 10nH تا 100 mH متغیر ساخته می شوند. واحد μH نشان دهنده میکرو هنری، mH میلی هنری و nH نانو هنری می باشد.

11. سلف های قالبی (Molded inductors)

سلف های قالبی در شکل‌ های میله ‌ای و استوانه ‌ای با عایق های پلاستیکی یا سرامیکی قالب گیری و ساخته می شوند.

سلف ها برای تطبیق امپدانس چگونه استفاده می شوند؟

تطبیق امپدانس معمولاً شامل تطبیق امپدانس یک منبع قدرت با امپدانس یک بار الکتریکی است. زمانی که امپدانس بار با امپدانس منبع تطبیق داده شود، حداکثر توان از منبع به بار منتقل می شود و بازده مدار را بهبود می بخشد. اگر بار در مقایسه با منبع خازنی باشد، می توان از سلف ها برای مقابله با ظرفیت بار و در نتیجه مطابقت با امپدانس استفاده کرد.

سلف ها چگونه به برد مدار متصل می شوند؟

سلف های سطحی – Surface mount (SM) در بالای یک برد مدار چاپی – printed circuit board (PCB) روی پدهای دارای خمیر لحیم کاری قرار می گیرند و سپس لحیم کاری می شوند.

سلف‌های سوراخ دار ( Through-hole (TH)) در بالای PCB با سرب‌ ها از طریق سوراخ ‌های روی برد نصب می‌شوند و سپس در قسمت پشتی آن لحیم کاری موجی می‌شوند.

سلف ها در مبدل های قدرت چگونه استفاده می شوند؟

در منابع تغذیه حالت سوئیچ، از سلف ها برای ذخیره انرژی و انتقال انرژی به یک بار خروجی یا خازن استفاده می شود. سلف ها در مبدل های قدرت برای فیلتر کردن جریان ریپل (ripple) در خروجی کار می کنند. مقادیر اندوکتانس بالا منجر به جریان موج دار کمتری می شود که باعث بهبود کارایی و کاهش EMI می شود.

سلف ها در مدارهای تنظیم شده چگونه استفاده می شوند؟

مدارهای تنظیم شده برای ارسال یا دریافت سیگنال های فرکانس رادیویی یا مایکروویو استفاده می شود. همچنین سلف‌ ها را می ‌توان با خازن ‌ها ترکیب کرد تا مدارهای LC تنظیم ‌شده مانند اسیلاتورها را ایجاد کنند.

آموزشگاه فنی حرفه ای فن آموزان دوره های تخصصی ویژه اشتغال و بازار کار نظیر آموزش تعمیرات موبایل ، آموزش تعمیرات پکیج ، آموزش برق ساختمان ، آموزش نصب دوربین مدار بسته ، آموزش هوشمند سازی ساختمان ، آموزش تعمیرات لوازم خانگی و بیش از هشتاد دوره پردرآمد دیگر را تحت نظارت سازمان فنی حرفه ای کشور و بصورت عملی در کارگاههای مجهز برگزار می کند. برای دریافت اطلاعات بیشتر و مشاوره رایگان با شماره 02191321001 تماس بگیرید.