سلف چیست؟

کنترل صنعتی اصلی بینگسن

اندوکتانس یک ویژگی فیزیکی در یک مدار است که نحوه مقاومت اجزای مدار در برابر تغییرات جریان و تولید ولتاژ را توصیف می‌کند. برای توضیح دقیق و ساده این مفهوم، بیایید آن را در چند بخش بررسی کنیم:

۱. جریان و میدان مغناطیسی
اول از همه، مهم است که بدانیم وقتی جریان از یک سیم عبور می‌کند، یک میدان مغناطیسی تولید می‌کند. این یک اصل اساسی الکترومغناطیس است. قدرت یک میدان مغناطیسی به بزرگی جریان بستگی دارد: هرچه جریان بزرگتر باشد، میدان مغناطیسی تولید شده قوی‌تر است.

۲. القای الکترومغناطیسی
در ادامه، القای الکترومغناطیسی را معرفی خواهیم کرد. قانون القای الکترومغناطیسی فارادی به ما می‌گوید که یک میدان مغناطیسی در حال تغییر می‌تواند در رساناهای اطراف ولتاژ ایجاد کند. این بدان معناست که اگر یک میدان مغناطیسی داشته باشید و شدت آن تغییر کند، می‌تواند ولتاژ را در سیم‌های مجاور "تحریک" یا "القا" کند.

۳. عملکرد اندوکتانس
بنابراین، اندوکتانس چگونه کار می‌کند؟ وقتی یک سیم (مانند یک سیم‌پیچ) دارید و الکتریسیته را به داخل آن اعمال می‌کنید، یک میدان مغناطیسی تولید می‌شود. اگر جریان شروع به تغییر کند (افزایش یا کاهش)، میدان مغناطیسی اطراف آن نیز تغییر خواهد کرد. طبق قانون فارادی، این میدان مغناطیسی در حال تغییر، یک ولتاژ القایی روی سیم ایجاد می‌کند که سعی می‌کند جریان اصلی را بدون تغییر حفظ کند. این پدیده، نمودی از اندوکتانس است.

اگر جریان افزایش یابد، سلف یک ولتاژ معکوس تولید می‌کند و سعی در کاهش جریان دارد. اگر جریان کاهش یابد، سلف یک ولتاژ مستقیم تولید می‌کند و سعی در افزایش جریان دارد. به همین دلیل است که سلف‌ها گاهی اوقات به عنوان "اینرسی" جریان توصیف می‌شوند و در برابر تغییرات جریان مقاومت می‌کنند.

۴. کویل و اندوکتانس
در کاربردهای عملی، به منظور افزایش اثر القایی، سیم‌ها معمولاً به شکل کویل پیچیده می‌شوند. هر سیم درون کویل به دلیل میدان مغناطیسی تولید شده توسط کویل‌های مجاور، بر یکدیگر تأثیر می‌گذارد و این باعث می‌شود که اندوکتانس کل کویل بسیار بزرگتر از یک هادی مستقیم باشد.

۵. کاربرد
سلف‌ها کاربردهای عملی زیادی دارند. به عنوان مثال، در تجهیزات برق، می‌توان از سلف‌ها برای هموار کردن نوسانات ولتاژ استفاده کرد؛ در تجهیزات ارتباط بی‌سیم، از آن به همراه خازن‌ها برای ایجاد مدارهای نوسانی استفاده می‌شود که می‌توانند سیگنال‌های فرکانس‌های خاص را فیلتر کنند.

(1) فیلتر برق
سلف‌ها در مدارهای قدرت، به ویژه در منابع تغذیه سوئیچینگ، برای صاف کردن جریان و ولتاژ، کاهش نویز و جهش‌ها استفاده می‌شوند. آن‌ها برای سرکوب نویز فرکانس بالا و تأمین برق DC پایدار برای مدارها استفاده می‌شوند.
(2) مدار رزونانس و انتخاب فرکانس
سلف‌ها و خازن‌ها با هم برای ایجاد مدارهای رزونانس استفاده می‌شوند که می‌توانند سیگنال‌ها را در فرکانس‌های خاص انتخاب یا تقویت کنند. این امر در دستگاه‌های ارتباطی بی‌سیم مانند رادیوها و تلفن‌های همراه بسیار مهم است، زیرا می‌توان از آن برای فیلتر کردن و تنظیم فرکانس استفاده کرد.

(3) ذخیره و انتقال انرژی
سلف‌ها به عنوان اجزای ذخیره انرژی در مدارها، به ویژه در منابع تغذیه پالسی و کاربردهای ذخیره انرژی موقت، عمل می‌کنند. در ترانسفورماتورها، سلف‌ها برای انتقال انرژی بین مدارهای مختلف از طریق کوپلینگ مغناطیسی استفاده می‌شوند و امکان تغییر در سطح ولتاژ و جریان را فراهم می‌کنند.
(4) محدود کردن جریان و حفاظت اضافه جریان
در مدارهای راه اندازی و تغذیه موتورهای الکتریکی، سلف‌ها می‌توانند نرخ افزایش جریان و پیک جریان را محدود کنند و از این طریق محافظت در برابر اضافه جریان را فراهم کرده و از آسیب به مدار جلوگیری کنند.

(5) پردازش سیگنال
در پردازش سیگنال آنالوگ، از سلف‌ها برای فیلتر کردن سیگنال‌های فرکانس بالا، تطبیق امپدانس و سیگنال‌های تأخیر استفاده می‌شود. آن‌ها در طراحی‌های مختلف فیلتر رایج هستند.
(6) سرکوب تداخل الکترومغناطیسی (EMI)
از القای مغناطیسی برای سرکوب و فیلتر کردن تداخل الکترومغناطیسی (EMI) استفاده می‌شود که می‌تواند از ورود نویز به مدار و همچنین انتشار نویز از مدار جلوگیری کند و در نتیجه از تداخل با سایر دستگاه‌ها جلوگیری کند.

(7) حسگرها
در برخی از فناوری‌های حسگر، از سلف‌ها برای تشخیص تغییرات در میدان‌های مغناطیسی استفاده می‌شود که ممکن است مربوط به موقعیت، سرعت یا سایر کمیت‌های فیزیکی باشد.
(8) اصلاح ضریب توان
در سیستم‌های قدرت AC، سلف‌ها و خازن‌ها به صورت ترکیبی برای بهبود ضریب توان، کاهش مصرف توان راکتیو و در نتیجه افزایش راندمان استفاده از انرژی الکتریکی استفاده می‌شوند.

۶. واحد اندازه‌گیری
واحد اندوکتانس هانری (H) است که به نام دانشمند آمریکایی جوزف هنری نامگذاری شده است. اگر اندوکتانس یک سیم‌پیچ ۱ هانری باشد، هر بار که جریان با سرعت ۱ آمپر در ثانیه تغییر کند، ولتاژ القایی ۱ ولت روی سیم‌پیچ ایجاد می‌شود.

خلاصه
بنابراین، به طور کلی، اندوکتانس مشخصه قطعه‌ای است که با تولید ولتاژ معکوس در داخل قطعه، در برابر تغییرات جریان مقاومت می‌کند تا با تغییرات سریع جریان مقابله کند. این اصل ساده، طیف گسترده‌ای از کاربردها را در فناوری الکترونیک و مهندسی برق، از ساده‌ترین فیلترینگ توان گرفته تا تنظیم پیچیده فرکانس رادیویی، دارد.