כיצד פועל המשרן?

משרן אינו אלא חוט מבודד הכרוך בחוזקה סביב ליבה מגנטית. הליבה יכולה להיות חומר פרומגנטי או פלסטיק, או במקרים מסוימים חלולה (אוויר). זה מסתמך על העיקרון שהשטף המגנטי מתפתח סביב המוליך נושא הזרם. אם אתה יודע על קבלים, אתה תכיר את העובדה שקבלים אוגרים אנרגיה על ידי אחסון מטענים שווים והפוכים בלוחות שלהם. באופן דומה, משרן אוגר אנרגיה בצורה של שדה מגנטי המתפתח סביבו. משרנים מגיבים אחרת ל-AC ו-DC. אבל לפני שמתעמקים ב"איך פועלים משרנים". בואו נסתכל על המבנה והמאפיינים שלו.

מבנה המשרן:

פשוט מאוד לבנות משרנים מכל שאר הרכיבים המשמשים באלקטרוניקה. זהו מדריך להכנת משרן פשוט. יש צורך רק בחוט מבודד וחומר ליבה מגנטית כדי לעטוף את הסליל. ליבה מגנטית היא לא יותר מחומר שחוטים עוטפים אותו, כפי שמוצג בתמונה למעלה. ישנם סוגים שונים של משרנים בהתאם לחומר הליבה המשמש. כמה חומרי הליבה הנפוצים בהם משתמשים הם ברזל, מגנטים מברזל וכו'. בנוסף לסוג חומר הליבה, הוא מגיע גם בגדלים וצורות שונות, כולל צילינדר, מוט, טורוד ויריעה. לעומת זאת, ישנם משרנים ללא כל ליבה מגנטית פיזית. הם נקראים משרנים חלולים או משרנים חלולים. הליבה המגנטית ממלאת תפקיד חשוב בשינוי השראות של המשרן.

איך עובד המשרן

נתחיל בקביעה ש"שטף מגנטי יופק על מוליך נושא זרם." באופן דומה, כאשר זרם חשמלי עובר דרך משרן, הוא יוצר סביבו שטף מגנטי. במילים אחרות, האנרגיה המופעלת על המשרן מאוחסנת בצורה של שטף מגנטי. השטף המגנטי יתפתח בכיוון ההפוך לזרימת הזרם. לכן המשרן עמיד בפני שינויים פתאומיים בזרם הזורם דרכו. יכולת זו של משרנים נקראת השראות, ולכל משרן תהיה השראות מסוימת. זה ניתן על ידי הסמל L וביחידות של הנרי.

השראות של המשרן תלויה בצורת הסליל, במספר הסיבובים של פיתול הליבה המגנטית, בשטח הליבה המגנטית ובחדירות חומר הליבה המגנטית. השראות של המשרן ניתנת על ידי הנוסחה הבאה

L = μN2A/L

L - השראות סליל

μ - חדירות של חומר הליבה

A - שטח סליל (מ"ר)

N - מספר סיבובים בסליל

l - אורך ממוצע של סליל (מ')

משרנים במעגלי AC:

כפי שהוזכר קודם לכן, משרנים פועלים בצורה שונה ממקורות אות AC מאשר DC. כאשר אות AC מופעל על משרן, הוא יוצר שדה מגנטי המשתנה עם הזמן מכיוון שהזרם שמייצר את השדה המגנטי עצמו משתנה בזמן. על פי חוק פאראדיי, תופעה זו יוצרת מתח השראות עצמי על המשרן. המתח המושרה עצמית מבוטא על ידי VL. למעשה, המתחים הנוצרים בשני קצוות המשרן פועלים בכיוון ההפוך לזרמים המתנגדים להם. המתח בשני הקצוות של המשרן ניתן על ידי הנוסחה הבאה

VL =L di / dt

VL - מתח מושרה עצמית

di/dt - שינוי בזרם ביחס לזמן

אם זרם של 1 אמפר זורם דרך משרן הנרי ביחס לשנייה אחת, הוא יווצר על המשרן

"v. כעת אתה יכול לראות כיצד הזרם הזורם דרך המשרן משפיע על המתח שנוצר בשני הקצוות. המתח המתקבל הוא ההפך מהזרם שזורם דרך המשרן.

VI מאפיינים של משרנים:

הבה נתייחס לעקומת המאפיין VI של המשרן כדי להבין טוב יותר את המושגים לעיל. כאשר מחזור חיובי של אות AC עובר דרך המשרן, הזרם גדל. אנו יודעים שהמשרן שונא שינויים בזרם, ולכן הוא מייצר מתח מושרה כנגד הזרם שגורם לו. אתה יכול לראות זאת ב-0 מעלות באיור שלמעלה, כאשר המתח המושרה יהיה המקסימלי כאשר הזרם יתחיל לעלות. ברגע שהזרם מגיע למקסימום, המתח המושרה הופך לשלילי בניסיון למנוע מהזרם לרדת.

מחזור זה חוזר על עצמו, ומהאיור שלמעלה נוכל לראות שהמתח המושרה שנוצר במשרן יפעל על הזרם המשתנה שזורם דרכו. כאן, אומרים שהמתח והזרם נמצאים מחוץ לפאזה ב-90 מעלות. כך, באמצעות אותות זרם חילופין, המשרן אוגר ומשחרר אנרגיה בצורה של שדה מגנטי במחזור רציף.

משרנים במעגל זרם ישר:

כעת אנו מבינים כיצד פועלים משרנים עם מקורות אות AC. בואו נראה איך הוא מגיב בשימוש עם מקור אות DC. נזכיר שהנוסחה של המתח המושרה בשני קצוות המשרן ניתנת על ידי הנוסחה הבאה

VL =L di / dt

בעת שימוש במקור אות DC, השינוי בזרם ביחס לזמן יהיה אפס, וכתוצאה מכך אפס מתח המושרה בשני קצוות המשרן. במילים פשוטות, במעגל זרם ישר, המשרן מתנהג כמו חוט רגיל פשוט, והחוט שלו מייצר התנגדות מסוימת. עם זאת, יש יותר כאשר משתמשים במשרן עם מקור אות DC במעגל אמיתי. במעגל אמיתי, לזרם לוקח זמן קצר מאוד להגיע למקסימום מאפס. ברגע זה, יהיה מתח מושרה בשני קצוות המשרן, שיהיה מקסימום שלילי כאשר הזרם יתחיל לנוע מאפס למקסימום. ברגע שהזרם מגיע למצב DC יציב, המתח המושרה יורד בחדות לאפס ומתיישן. כאשר נעשה בו שימוש עם מקור אות DC, המשרן יציג קוצים במתח המושרה בטווח קצר.

תגובה אינדוקטיבית:

דבר נוסף שחשוב לדעת על משרנים הוא תגובתיות. זוהי ההתנגדות האופיינית לרכיבים כגון קבלים ומשרנים לאותות חשמליים AC. התגובה שמציג המשרן נקראת תגובה אינדוקטיבית וניתנת על ידי הנוסחה

XL=2πFL

מהנוסחה ניתן להסיק שהתגובה עולה ככל שתדירות אות ה-AC עולה, תוך התחשבות שהמשרן שונא זרמים משתנים, ולכן הוא מפגין תגובתיות גדולה יותר לאותות בתדר גבוה. כאשר התדר קרוב לאפס או שהאות DC עובר דרכו, התגובה הופכת לאפס, בדיוק כמו המוליך שדרכו עובר אות הכניסה.