آموزش طراحی سیم پیچ سلف (هسته هوا، فریت و توریدال)

سیم پیچی سخت نیست اما بسیار وقت گیر است. بسته به ناحیه استفاده و اندوکتانس مورد نیاز، روش های مختلفی برای ساخت سیم پیچ وجود دارد.

سیم پیچی یک سیم پیچ، نسبت به یک سیم پیچ فرومغناطیسی، میدان مغناطیسی را متمرکز کرده و باعث افزایش القا می شود. نسبت القا بعد و قبل از اینکه هسته ای به قطر سیم پیچ در داخل آن قرار داده شود، نفوذپذیری نسبی نامیده می شود(نشانگر μr). مواد مختلفی که معمولاً مورد استفاده قرار می گیرند، نفوذ پذیری نسبی متفاوتی دارند(4000 برای فولاد الکتریکی مورد استفاده در ترانسفورماتور های اصلی، حدود 300 برای فریت های مورد استفاده در ترانسفورماتور SMPS و حدود 20 برای هسته های پودر آهن مورد استفاده در VHF). هر ماده هسته فقط باید در محدوده فرکانس مشخص شده استفاده شود، خارج از آن هسته شروع به ایجاد زیان می کند. هسته های دیافراگم، چند دیافراگم، پات و سایر هسته های محصور شده، میدان مغناطیسی درون هسته را محصور می کنند و باعث افزایش کارایی میشوند و عملا تداخل را به صفر می رسانند.

سلف های هسته ای هوا

سیم پیچ هسته دار برای سیم پیچ کم القایی، که در آن تداخل از اهمیت بالایی برخوردار نیست، خوب است. سیم پیچ هایی با تعداد دور کم و سیم نسبتاً ضخیم بر روی جسمی استوانه ای مانند مته یا قوطی پیچیده می شوند، سپس برداشته می شوند و سیم پیچ خود را پشتیبانی می کنند، گاهی اوقات سیم پیچ برای پایداری مکانیکی بالاتر در رزین پوشانده می شود. سیم پیچ های بزرگتر با دور های زیاد معمولاً روی یک شکل دهنده غیر فرومغناطیسی مانند یک لوله پلاستیکی تو خالی یا یک قطعه سرامیکی (برای سیم پیچ های RF با قدرت بالا) پیچیده می شوند و سپس با چسب بر روی شکل دهنده محکم می شوند. برای چرخاندن آن ها ابتدا باید قطر سیم مورد نیاز را محاسبه کنید، زیرا تأثیر زیادی بر کل طول سیم پیچ دارد.

فرمول قطر سیم به این صورت است :

(√I)*0.6=d, where I is RMS or DC current and d is wire diameter.

I همان RMS یا جریان DC است و d قطر سیم است.

اگر از سیم پیچ ها در سطح قدرت پایین استفاده شود، قطر سیم اهمیت چندانی ندارد، 0.3 میلی متر برای بیشتر برنامه ها و 0.12 میلی متر اگر سیم پیچ های مورد استفاده ، در گیرنده های رادیویی ترانزیستور باشند برای برنامه های آماده مناسب است. اگر سیم پیچ در سرویس نوسانگر استفاده می شود، سیم باید برای جلوگیری از اثرات تاب سفت باشد، زیرا آنها می توانند القا را تا حدی تغییر دهند و باعث بی ثباتی فرکانس (تحریک) شوند. شما باید بدانید که سیم پیچ باید چه قطری داشته باشد. توصیه می شود که قطر سیم پیچ 50 تا 80 درصد طول سیم پیچ برای Q بهینه باشد و این ها بستگی به میزان فضای سیم پیچ دارند. اگر سیم پیچ از خود پشتیبانی می کند می توانید از پیچ یا مهره استفاده کنید، سیم ها را داخل شیار ها بپیچید و سپس سیمِ سیم پیچ را نگه دارید، پیچ را باز کنید و آن را بردارید. این یک سیم پیچی بسیار یکنواخت خواهد بود.

در زیر فرمول اندوکتانس برای یک سیم پیچ استوانه ای آورده شده است :

L = µ_r  ( n² . ᴫ² . r² / l ) 0.00000126

L = اندوکتانس در هنری
μr = نفوذپذیری نسبی هسته
n = تعداد دور
π = عدد پی
r = شعاع سیم پیج به متر
l = طول سیم به متر
و عدد طولانی نفوذپذیری فضای خالی است

فرمول دیگری برای اندوکتانس :

L = ( n2 . d2) / 18d + 40l

این فرمول در هنگام پیچاندن یک سیم پیچ یک لایه با تمام پیچ هایی که به صورت نزدیک پیچیده شده اند و فاصله ای بین آن ها وجود ندارد، استفاده می شود. واحدها همانند فرمول فوق هستند، به استثنای d که قطر سیم پیچ در متر است.

یک ماشین حساب بسیار خوب برای سیم پیچ توسط Serge Y. Stroobandt ساخته شده است، در  که نام آن ON4AA است.

پیشنهاد میکنم پروژه سلف سنج با آردوینو را مشاهده کنید.

نحوه ساخت سلف هسته هوا

برای سیم پیچی سیم پیچ هوای معمولی به یک شکل دهنده، منبع سیم، مقداری کاغذ سنباده خوب یا چاقوی مدل سازی (نشان داده نشده) و کمی نوار چسب superglue یا دو طرفه برای نگه داشتن سیم در جای خود نیاز دارید.

بعد از طراحی سیم پیچ نوبت به سیم پیچی آن می رسد. اگر در حال ساخت سیم پیچ هسته دار هستید، بهتر است از یک شکل دهنده پلاستیکی برای سیم پیچ استفاده کنید، زیرا شکل دهنده پلاستیکی غیر فرومغناطیسی است و الکتریسیته را هدایت نمی کند، و در عملکرد سیم پیچ تاثیری نخواهد داشت. بعد، یک نوار از نوار دو طرفه را با طول سیم پیچ برش دهید و آن را به شکل دهنده بچسبانید، سپس سوراخ هایی را در قسمت قبلی که سیم پیچ به پایان می رسد و انشعابات ایجاد کنید، لایه پوشش روی نوار را بردارید، ابتدا با عبور از سوراخی که ایجاد کرده اید و سپس پیچاندن آن، به طور معمول، سیم توسط نوار دو طرفه نگه داشته می شود، متناوباً، می توانید سیم پیچ را پس از چند چرخش با چسب سیانو اکریلات، به بقیه بچسبانید، بقیه سیم پیچ را بچرخانید و هر 1 سانتی متر بچسبانید (چسب فوق العاده نیز گفته می شود، از دستکش استفاده کنید، پاک کردن آن از پوست بسیار سخت است و باعث آماس می شود). برای انشعابات، یک طول سیم را به یکدیگر بچرخانید، آن را از سوراخ قالب گیر رد کنید و طبق معمول ادامه دهید. پس از پیچیدن نوار با استفاده از کاغذ سنباده خوب یا چاقوی مدل سازی سعی کنید پیچ ​​ها را ببندید و انتهای آن را با آهن لحیم کاری کنید. برای اندازه گیری اندوکتانس یا GDM می توانید از متر LCR استفاده کنید.

آموزش تصویری ساخت سلف هسته هوا

مرحله 1: سیم به طور شکل دهنده پیچیده میشود و سوراخ ها سیم را در جای خود نگه می دارد.

مرحله 2: در تصویر زیر، فیلم حفاظتی برداشته شده، سیم پیچی شروع شده و سیم یک انشعاب خم شده به هم پیچ خورده است.

مرحله 3: سپس یک سوراخ در قالب گیر و از طرف دیگر قرار دهید.

مرحله 4: سیم های سیم پیچ را به یک قطعه PCB با استفاده از قلع بچسبانید.

مرحله 5: سرانجام القا سیم پیچ با استفاده از LCR متر اندازه گیری می شود. همچنین می توانید از آردوینو برای اندازه گیری میزان القا سیم پیچ استفاده کنید و یا می توانید از GDM استفاده کنید. (مشاهده کنید: ساخت سلف سنج با آردوینو)

سیم پیچی سلف با میله فریت

سیم پیچی سلف روی میله های فریت (به عنوان مثال آنتن های Ferrite Rod در گیرنده های رادیویی) شبیه سیم پیچی هسته هوا است، اما از آنجا که نمی توانید یک میله فریت را سوراخ کنید، باید به نوار یا چسب دو طرفه اعتماد کنید تا سیم را محکم نگه دارد . از آنجا که این نوار همیشه به فریت نمی چسبد، بهتر است ابتدا میله را با یک تا سه لایه نوار پوشاننده کاغذ درست در جایی که سیم پیچ قرار دارد بپوشانید و نوار را روی آن بچسبانید. برای نگه داشتن سیم به جای جسب دو طرفه می توانید از چسب فوق العاده استفاده کنید.

میله فریت را در مته برقی قرار دهید، دقیقاً مانند یک مته و آن را به آرامی بچرخانید، میله به خودی خود می چرخد​​، به این ترتیب می توانید هسته های القایی با کیفیت بالا و اندوکتانس بالا را با چرخش های بسیار سریع بسازید! اگر قالب گیری های پلاستیکی میله ای دارید، ابتدا روی آنها سیم پیچی کنید و سپس آنها را روی سیم پیچ قرار دهید و در جای خود بچسبانید.

در سمت چپ یک سیم پیچ آنتن کارخانه ای در یک گیرنده پخش وجود دارد، جایی که سیم پیچ با یک عنصر پلاستیکی روی یک سیم پیچ قرار می گیرد که به میله محکم شده است. سیم با رزین اپوکسی در جای خود نگه داشته می شود. در سمت راست، یک سیم پیچ کوچک روی یک میله فریت ساخته شده است که با روش های توضیح داده شده در بالا ساخته شده است.

سیم پیچی سیم پیچ توریدال

محاسبه سیم پیچ های توریدال کاملاً راحت است، اما در مقابل سیم کمی مشکل است. سیم پیچ های توریدال کاربردهای متنوعی دارند، مانند سلف های فیلتر در SMPS، چوک های RFI، ترانسفورماتورهای قدرت SMPS، فیلترهای ورودی RF، بالون ها، ترانسفورماتورهای جریان و سایر موارد.

القا سیم پیچ توریدال در nanohenries (هنگامی که شاخص القا AL در nH / N2 داده می شود) را می توان با استفاده از این فرمول محاسبه کرد :

L(nH)=AL(nH/N2)*Turns2

پس از تبدیل، فرمولی برای تعداد دورهای لازم برای القا مورد نیاز دریافت می کنیم :

دور مورد نیاز = [L(nH) /  AL(nH/N2)]1/2

برای سیم پیچی سیم پیچ، شما به یک سیم پیچ توریدال نیاز دارید، یک منبع سیم (سیم پیچ های انحرافی از تلویزیون های CRT قدیمی منبع خوبی برای آن هستند)، مقداری کاغذ سنباده خوب و کمی چسب آبکی.

برای چرخش یک توروئید ابتدا باید طول مناسبی از سیم را ببرید، زیرا نمی توانید یک سیم را از سوراخ عبور دهید. برای محاسبه سیم مورد نیاز، دور مقطع حلقه را در تعداد دورهای لازم ضرب کنید. این حالت گاهی اوقات در صفحه داده به صورت mlt (میانگین طول در هر دور) بیان می شود. در این وب سایت، یک ماشین حساب آنلاین وجود دارد که به طراحی سیم پیچ های حلقوی کمک می کند، فقط سیم پیچ خود را انتخاب کنید، القا مورد نیاز را به آن وصل کنید و مقدار سیم و پیچ های مورد نیاز را می دهد.

مرحله 1 : ابتدا یک انتهای سیم را از سوراخ عبور دهید، اطمینان حاصل کنید که حدود 4 سانتی متر بیرون مانده است.

مرحله 2 : 1 سانتی متر تا 2 سانتی متر را آزاد بگذارید و بقیه را با استفاده از چسب آبکی محکم کنید.

مرحله 3 : از سیم باقیمانده برای سیم پیچی بقیه سیم پیچ استفاده کنید، برای پیچیدن راحت تر، انتهای آن را به میخ وصل کنید.

از آنجا که انتظار می رود سیم پیچ در صورت عدم وجود LCR متر حرفه ای دارای اندوکتانس کم (در حدود 3.6μH) باشد، بهتر است از GDM استفاده کنید.