اتصال کوتاه

.

.

در بازار دستگاه‌های کوچک و بزرگ اندازه‌گیری متعددی برای سنجش خودالقایی سیم‌پیچ‌ها می‌توان یافت که اندوکتانس افزاره‌های القایی را با دقت خیلی خوبی می‌سنجند. اما آن چه که یافت می‌نشود و یا به ندرت یافت می‌شود، دستگاهی است که اندوکتیویته‌ی سیم‌پیچ را در تناسب و وابستگی به جریان گذرنده از آن بسنجد. در سیم‌پیچ‌های هوایی، سیم‌پیچ‌هایی که هسته ندارند، این آزمایش ضرورتی ندارد. اما در سیم‌پیچ‌های هسته‌دار، «ضریب خودالقایی» یا همان اندوکتیویته یا اندوکتانس سیم‌پیچ با تغییر جریان سیم‌پیچ، در بازه‌ی بزرگی دچار تغییر می‌شود و این تغییر تا زمان رسیدن هسته به مرحله‌ی «اشباع» ادامه پیدا می کند.

در سیم‌پیچ‌هایی که نقش صافی یا فیلتر را بر دوش دارند، و در ترانسفورماتورهایی که قرار باشد در منبع‌تغذیه‌های کلیدگری (سوییچینگ) با ساز و کار «فلای‌بک» به کار روند، داشتن این اطلاعات ضرورت تعیین‌کننده دارد. به این منظور، من یک دستگاه اضافی طراحی کردم که در کنار یک اسیلوسکوپ دیجیتالی می تواند بازه‌ی مفیدِ کاریِ هر سیم‌پیچی را بر پرده‌ی نمایش اسکوپ عرضه کند.

.

.

درباره‌ی مدار

آی.سی. 555 به طور تقریبی در هر دو ثانیه یک پالس به پایه‌ی شماره 4 آی.سی. UC3842 می فرستد. آی.سی. 3842 مدار مجتمعی است که به طور اختصاصی برای کاربرد در منبع تغذیه‌های کلیدگری طراحی شده است. با مراجعه به «داده برگ» این آی.سی. می‌توان با ساختمان داخلی و ساز و کار عملکردی آن آشنا شد.  با رسیدن پالس، آی.سی. اخیر به ماسفت فرمان هدایت می دهد. به محض این که جریان گذرنده از مقاومت 5 به مقدار از پیش تعیین شده‌ی خود برسد، ماسفت فرمان قطع را از آی.سی. دریافت خواهد کرد. این مقدار از پیش تعیین شده، «مقدار آستانه‌ای»، را می‌توان با چرخاندن محور پتانسیومتر 10 کیلواهمی، که روی پانل دستگاه نصب می شود، تا 10 آمپر تغییر داد. پتانسیومترهای «تریمر» که روی فیبر مدار چاپی نصب می‌شوند، دامنه‌ی تغییرات جریان را در بازه‌ی دلخواه قرار می‌دهند.

در لحظه‌ی هدایت ماسفت، اندوکتوری که باید تعیین هویت شود و رفتار خودالقایی‌اش تحت جریان‌های مختلف امتحان گردد، ولتاژ ثابتی برابر 20 ولت دریافت خواهد کرد. این ولتاژ از یک آی.سی. رگولاتور L200 با ولتاژ خروجی قابل انتخاب تامین می شود. همزمان، تغییرات و شیب جریان سیم‌پیچ آزمایشی، به واسطه‌ی یک کانکتور BNC به یک اسکوپ دیجیتالی (دیجی اسکوپ) می‌رود و در آنجا به نمایش در می‌آید. روی ورودی ورتیکال اسکوپ به ازای هر آمپر جریان گذرنده از سیم‌پیچ، 100 میلی‌ولت قرار خواهد گرفت.

جریان گذرنده از سیم‌پیچ مطابق با رابطه‌ی U x t = L x I به صورت خطی نسبت به زمان تغییر می‌کند.

.

یک کاربرد این دستگاه در دنیای واقعی

من برای انجام پروژه‌ی بعدی خود به یک منبع تغذیه‌ی آزمایشگاهی چهار ربعی، با دو خروجی 42 ولتی و با بیشینه توان 120 وات احتیاج دارم. چون ترانسفورماتوری که به این کار بخورد را در اختیار ندارم و اگر مجبور به خرید آن شوم، باید قیمت بسیار بالایی برای آن بپردازم، تصمیم گرفتم به جای آن، یک منبع تغذیه‌ی کلیدگری طراحی کنم که تقریباً تمام وسایل مورد نیاز آن را در کشوی میزم دارم. برای ساختن این منبع تغذیه، به هسته‌هایی با «فاصله‌هوایی» نیاز دارم. برای ترانسفورماتور این مدار، هسته‌ی ترانسی اختیار دارم که از دو نیمه‌ی E-شکل تشکیل شده است که فاصله‌هوایی ندارد، به اضافه‌ی قرقره‌ی مربوط به آن. هر یک از «نیم‌هسته»‌ها دارای اندازه‌های 42×42×14 میلی‌متر هستند. فاصله‌‌هواییِ ضروری را خودم به راحتی و به کمک یک ماشین سمباده (فلکس) روی هسته درآوردم به این ترتیب که بازوی وسط یکی از نیم‌هسته‌ها را مقداری سمباده زدم و آن را کوتاه کردم. هسته‌های فریتی بسیار سخت و شکننده هستند و صفحه‌سمباده‌ای مناسب با این کار باید تدارک دید. بهترین انتخاب، صفحه‌ای است که معمولاً برای سمباده‌زدن ابزارها و فولادهای سخت (HSS) به‌کار گرفته می‌شود. با کمی تحمل و حوصله، و چند بار آزمایشِ منحنی مغناتیسی‌شدن با دستگاه خودم، بالاخره توانستم فاصله‌هوایی صحیح را به دست آورم.

هسته‌های من می‌توانند تا 230 آمپر (23 دور سیم ضربدر 10 آمپر) را تحمل کنند و تا این مقدار بارگذاری شوند. این عدد برای منبع تغذیه‌ی مورد نظر من کافی خواهد بود.

طرح این منبع تغذیه را در نوشتار جداگانه‌ای خواهم آورد.

.

آزمایش با سیم‌پیچ هسته هوایی

.

.

در تصویر بالا نتیجه‌ی آزمایش سیم‌پیچی با 23 دور و بدون هسته دیده می‌شود. روشن می‌شود که در یک سیم‌پیچ هوایی، شیب افزایش جریان همواره خطی باقی می‌ماند زیرا که پدیده‌ی اشباع هسته اتفاق نمی‌افتد.

در اینجا، جریان از 5/1 آمپر در طول زمان 3/2 میکروثانیه تا 10 آمپر بالا رفته است. با داشتن این مقدارها می توان اندوکتیویته‌‌ی سیم‌پیچ را حساب کرد. می‌دانیم که ولتاژ روی سیم‌پیچ 20 ولت است. پس داریم:

.

.

فاصله‌ی میان دو خط عمودی در پرده‌ی اسکوپ، همان بازه‌ای است که محاسبات در آن صورت می‌پذیرد.

.

آزمایش با هسته‌ی بدون فاصله‌هوایی

.

.

اشباع هسته پس از گذشت 60 میکروثانیه و روی یک آمپر اتفاق می‌افتد. از دو آمپر به بالا هسته دیگر منشاء اثری نیست و پاسخ این سیم‌پیچ مانند پاسخ سیم‌پیچ‌های هوایی است.

.

آزمایش با هسته و فاصله‌هوایی

.

.

در این حالت، فاصله‌هوایی تا مقدار جریان 10 آمپر دقیقاً درست است. حالا حد مغناتیسی‌شدن در مرز 23 دور پیچش × 10 آمپر = 230 آمپر قرار دارد.

خودالقایی در اینجا برابر است با:

.

.

.

مدار را به کمک یک برنامه‌ی آزاد رسم کردم. برای ساختن مدار از فیبر پرسوراخ حاضری (ویروبورد) استفاده کردم که طرح آن و روش چینش افزاره‌ها بر آن در تصویرهای زیر دیده می‌شوند.

.

.

.

.

.

مطالب مرتبط:

طراحی یک منبع تغذیه کلیدگری با آرایش «فلای بک» - 2

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

سیم پیچ ها، خودالقاها، سلف ها - 3: تعیین «اشباع هسته» و «اُفت اندوکتانس بر اثر بارگذاری جریان مستقیم»

اداپتوری برای سنجش اندوکتانس خودالقاها

چگونه هسته های فرّیت را از محل چسباندن باز کنیم؟

روش آسان تفکیک و تشخیص فریت‌هایی که در اختیار داریم

.

.

.

.