پیش‌گیری مغناطیسی: این چیست؟

Electrical4u

ميدان: Electrical Basics

China

مغناطیس‌پذیری چیست؟

مغناطیس‌پذیری (که به آن مغناطیس‌مقاومت یا عایق مغناطیسی نیز گفته می‌شود) به مقاومتی اشاره دارد که مدار مغناطیسی در برابر تولید جریان مغناطیسی ارائه می‌دهد. این ویژگی ماده است که در برابر ایجاد جریان مغناطیسی در یک مدار مغناطیسی مقاومت می‌کند.

Reluctance of Transformer Core.png — مغناطیس‌پذیری هسته ترانسفورماتور

در یک مدار الکتریکی، مقاومت در برابر جریان الکتریکی در مدار مقاومت می‌کند و انرژی الکتریکی را مصرف می‌کند. مغناطیس‌پذیری در یک مدار مغناطیسی مشابه با مقاومت در یک مدار الکتریکی است زیرا در برابر تولید جریان مغناطیسی در مدار مغناطیسی مقاومت می‌کند اما انرژی را مصرف نمی‌کند بلکه انرژی مغناطیسی ذخیره می‌کند.

مغناطیس‌پذیری مستقیماً متناسب با طول مدار مغناطیسی و معکوساً متناسب با سطح مقطع مسیر مغناطیسی است. این یک کمیت اسکالر است و با حرف S نشان داده می‌شود. توجه داشته باشید که یک کمیت اسکالر فقط با یک مقدار عددی توصیف می‌شود و برای تعریف آن نیازی به جهت نیست.

Reluctance of Magnetic Bar.png — مغناطیس‌پذیری میله مغناطیسی

به صورت ریاضی می‌توان آن را به صورت زیر بیان کرد

$\begin{align*} S = \frac {l}{\mu_0 \mu_r A} \end{align*}$

که در آن، l = طول مسیر مغناطیسی به متر

$\mu_0$ = دسترس‌پذیری فضا (وکیوم) = $4 \pi * 10^-^7$ هنری/متر

$\mu_r$ = دسترس‌پذیری نسبی یک ماده مغناطیسی

$A$ = مساحت مقطعی به متر مربع ( $m^2$ )

در AC و همچنین DC، مغناطیس‌کاهی نسبت قدرت مغناطیسی (m.m.f) به جریان مغناطیسی در مدار مغناطیسی است. در میدان متناوب AC یا DC، مغناطیس‌کاهی نیز متناوب است.

بنابراین می‌توان آن را به صورت زیر بیان کرد

$\begin{align*} Relectance (S) = \frac {m.m.f}{flux} = \frac {F}{\phi} \end{align*}$

مغناطیس‌کاهی در مدار مغناطیسی سری

مانند مدار الکتریکی سری، مقاومت کل برابر با مجموع مقاومت‌های فردی است،

$\begin{align*} R = R_1 + R_2 + R_3 +.............+R_n \end{align*}$

که در آن، $R = \frac {\rho l}{A} (\rho = Resistivity)$

به طور مشابه، در مدارهای مغناطیسی سری، مجموع مقاومت مغناطیسی برابر با مجموع مقاومت‌های مغناطیسی تک تک قسمت‌ها در مسیر بسته جریان مغناطیسی است.

$\begin{align*} S = S_1 + S_2 + S_3 +.............+S_n \end{align*}$

که در آن، $S = \frac {l}{\mu_0 \mu_r A}$

چه کسی نفوذپذیری است؟

نفوذپذیری یا نفوذپذیری مغناطیسی به عنوان توانایی یک ماده برای اجازه عبور خطوط قدرت مغناطیسی از آن تعریف می‌شود. این ویژگی به توسعه میدان مغناطیسی در یک مدار مغناطیسی کمک می‌کند.

واحد SI نفوذپذیری هنری بر متر (H/m) است.

از نظر ریاضی، $\mu = \mu_0 \mu_r$ H/m

که در آن، $\mu_0$ = نفوذپذیری فضای آزاد (vakuum) = $4 \pi * 10^-^7$ هنری بر متر

$\mu_r$ = نفوذپذیری نسبی یک ماده مغناطیسی

این نسبت چگالی جریان مغناطیسی (B) به نیروی مغناطیسی‌ساز (H) است.

$\begin{align*} \mu = \frac {B}{H} \end{align*}$

نفوذپذیری نسبی

نفوذپذیری نسبی به عنوان درجه‌ای تعریف می‌شود که ماده را به عنوان رساننده بهتری از جریان مغناطیسی نسبت به فضای آزاد معرفی می‌کند.

این با علامت $\mu_r$ نشان داده می‌شود.

چیست رلوکتیویتی؟

رلوکتیویتی یا مانع‌خواهی خاص به عنوان مانعی که توسط یک مدار مغناطیسی با طول واحد و سطح مقطع واحد ارائه می‌شود، تعریف می‌شود.

ما می‌دانیم که مانع‌خواهی S $S = \frac {l} {\mu_0 \mu_r A}$

وقتی l = ۱ متر و A = ۱ متر مربع باشد، داریم

$\begin{align*} S= \frac {1} {\mu_0 \mu_r (1)} = \frac {1} {\mu_0 \mu_r} =\frac {1} {\mu} \ ( \mu = \mu_0 \mu_r ) \end{align*}$

$\begin{align*} S (Specific \,\, Reluctance) = \frac {1} {Absolute \,\, Permeability (\mu)} \end{align*}$

واحد آن متر بر هنری است.

این مفهوم در مدار الکتریکی مشابه مقاومت ویژه (رزویستیویتی) است.

نفوذپذیری در برابر مقاومت مغناطیسی

نفوذپذیری به معکوس مقاومت مغناطیسی تعریف می‌شود و با حرف P نمایش داده می‌شود.

$نفوذپذیری (P) = \frac {1} {مقاومت مغناطیسی(S)}$

گذراوی مغناطیسی	مقاومت مغناطیسی
گذراوی مغناطیسی معیاری برای سهولت ایجاد جریان مغناطیسی در مدار مغناطیسی است.	مقاومت مغناطیسی مخالف ایجاد جریان مغناطیسی در مدار مغناطیسی عمل می‌کند.
با حرف P نشان داده می‌شود.	با حرف S نشان داده می‌شود.
$Permeance = \frac{flux}{m.m.f}$	$Reluctance = \frac{m.m.f}{flux}$
واحد آن وبر/آمپر تور یا هنری است.	واحد آن آمپر تور/وبر یا ۱/هنری یا هنری-1 است.
این مفهوم در مدار الکتریکی مشابه با رسانایی است.	این مفهوم در مدار الکتریکی مشابه با مقاومت است.

واحدهای مغناطیسی مقاومت

واحد مغناطیسی مقاومت آمپر-دور در وبر (AT/Wb) یا ۱/هنری یا H-1 است.

بعد مغناطیسی مقاومت

$\begin{align*} S = \frac {l}{\mu A} \end{align*}$

$\begin{align*} \begin{split} \ S = \frac {M^0 L^1 T^0} {M^1 L^1 T^-^2 I^-^2 * M^0 L^2 T^0} \ \ = \frac {M^0 L^1 T^0} {M^1 L^3 T^-^2 I^-^2} \ \ = M^-^1 L^-^2 T^2 I^2 \ \end{split} \end{align*}$

فرمول مغناطیسی مقاومت

(۱) $\begin{equation*} S = \frac {l}{\mu_0 \mu_r A} \end{equation*}$

که در آن، $\mu = \mu_0 \mu_r$ (در یک مدار الکتریکی $\epsilon = \epsilon_0 \epsilon_r$ )

بنابراین، $S = \frac {l}{\mu A}$

که در آن، $\mu$ = نفوذپذیری مواد مغناطیسی

$\begin{align*} Reluctance (S) = \frac {m.m.f}{flux} \end{align*}$

(٢) $\begin{equation*} S = \frac {NI}{\phi} \end{equation*}$

با مقایسه معادله (۱) و (٢)، داریم

$\begin{align*} \frac {l}{\mu_0 \mu_r A} = \frac {NI}{\phi} \end{align*}$

با تغییر ترتیب جملات، داریم

(٣) $\begin{equation*} \frac {\phi}{\mu_0 \mu_r A} = \frac {NI}{l} \end{equation*}$

اما $\frac {\phi}{A} = B$ و $\frac {NI}{l} = H$

با قرار دادن این موارد در معادله (٣) خواهیم داشت،

$\begin{align*} \frac {B}{\mu_0} = H \end{align*}$

$\begin{align*} B = \mu_0 \mu_r H = \mu H \ (where, \mu = \mu_0 \mu_r) \end{align*}$

نیروی مغناطیسی محرک (M.M.F)

نیروی مغناطیسی محرک به عنوان نیرویی تعریف می‌شود که تمایل دارد جریان مغناطیسی را در یک مدار مغناطیسی ایجاد کند.

این نیرو برابر با حاصل ضرب جریان عبوری از سیم پیچ و تعداد دورهای سیم پیچ است.

بنابراین، $m.m.f = NI$

واحد آن آمپر-دور (AT) است.

بنابراین، $AT = NI$

کار انجام شده برای جابجایی یک واحد قطب مغناطیسی (1 Wb) در تمام مدار مغناطیسی را نیروی مغناطیسی محرک (m.m.f) می‌گویند.

این مانند نیروی الکتروموتاور (e.m.f) در یک مدار الکتریکی است.

برخی از کاربردهای مغناطیس‌پذیری

برخی از کاربردهای مغناطیس‌پذیری عبارتند از:

درترانسفورماتور، مغناطیس‌پذیری به طور اصلی برای کاهش تاثیراشباع مغناطیسیاستفاده می‌شود. فاصله‌های هوا ثابت در ترانسفورماتور مغناطیس‌پذیری مدار را افزایش می‌دهد و بنابراین قبل از اشباع، انرژی مغناطیسی بیشتری ذخیره می‌کند.
موتور مغناطیس‌پذیری برای بسیاری از کاربردهای سرعت ثابت مانند زمان‌سنج الکتریکیزمان‌سنج، دستگاه‌های سیگنال‌دهی، دستگاه‌های ضبط و غیره استفاده می‌شود که بر اساس اصل مغناطیس‌پذیری متغیر کار می‌کند.
یکی از ویژگی‌های اصلیمواد مغناطیسی سختاین است که مغناطیس‌پذیری قوی دارد که برای ایجاد مغناطیس‌های دائمی استفاده می‌شود. مثال: فولاد تنگستن، فولاد کبالت، فولاد کروم، آلنیکو و غیره….
مغناطیس بلندگو با یک ماده مغناطیسی نرم مانند آهن نرم پوشانده شده است تا تاثیر میدان مغناطیسی پخش شده را به حداقل برساند.
بلندگوهای چند رسانه‌ای از نظر مغناطیسی محافظت شده‌اند تا تداخل مغناطیسی به تلویزیون (TV) و لامپ‌های کاتدی (CRT) را کاهش دهند.