مضرات یک سیم پیچ شار مغناطیسی چیست؟

من به عنوان تأمین کننده سیم پیچ های شار مغناطیسی ، من درک عمیقی از این دستگاه ها دارم ، نه تنها از مزایای آنها بلکه مضرات آنها. در این وبلاگ ، برخی از اشکالات مرتبط با سیم پیچ های شار مغناطیسی را به اشتراک می گذارم تا یک نمای جامع برای کاربران بالقوه ارائه شود.

1. مصرف انرژی

یکی از مضرات اصلی کویل های شار مغناطیسی مصرف انرژی نسبتاً بالایی است. هنگامی که یک سیم پیچ شار مغناطیسی در حال کار است ، برای تولید میدان مغناطیسی مورد نظر نیاز به تأمین مداوم انرژی الکتریکی دارد. این امر به این دلیل است که میدان مغناطیسی با جریان جریان الکتریکی از طریق سیم پیچ تولید می شود. طبق قانون آمپر ، قدرت میدان مغناطیسی (B) مستقیماً متناسب با جریان (i) است که از طریق سیم پیچ جریان می یابد. بنابراین ، برای دستیابی به یک میدان مغناطیسی قوی تر ، جریان بالاتری مورد نیاز است که به نوبه خود منجر به افزایش مصرف انرژی می شود.

برای کاربردهای صنعتی که در آن از کویل های شار مغناطیسی بزرگ استفاده می شود ، مانند دستگاه های تصویربرداری با رزونانس مغناطیسی (MRI) یا فرآیندهای تشکیل الکترومغناطیسی ، صورتحساب انرژی می تواند قابل توجه باشد. این تقاضای انرژی بالا نه تنها هزینه های عملیاتی را افزایش می دهد بلکه پیامدهای زیست محیطی نیز دارد. از آنجا که ما در تلاش برای استفاده از انرژی پایدارتر هستیم ، مصرف بالای انرژی کویل های شار مغناطیسی می تواند یک اشکال مهم باشد.

2. تولید گرما

ارتباط نزدیکی با مصرف انرژی مسئله تولید گرما است. هنگامی که یک جریان الکتریکی از سیم پیچ عبور می کند ، مقاومت مواد سیم پیچ باعث می شود که برخی از انرژی الکتریکی به دنبال قانون ژول تبدیل شود (P = I²R ، جایی که P قدرتی است که به عنوان گرما از بین می رود ، من جریان است و R مقاومت سیم پیچ است). این تولید گرما می تواند چندین اثر منفی داشته باشد.

در مرحله اول ، گرمای بیش از حد می تواند کارایی سیم پیچ را کاهش دهد. با افزایش دمای سیم پیچ ، مقاومت مواد سیم پیچ نیز افزایش می یابد ، به این معنی که انرژی بیشتری به عنوان گرما هدر می رود و کمتر برای تولید میدان مغناطیسی استفاده می شود. ثانیا ، درجه حرارت بالا می تواند به عایق سیم پیچ آسیب برساند. عایق برای جلوگیری از مدارهای کوتاه بین چرخش سیم پیچ بسیار مهم است. اگر عایق به دلیل گرمای بیش از حد آسیب دیده باشد ، می تواند منجر به عدم موفقیت سیم پیچ شود. در بعضی موارد ، حتی ممکن است خطر ایمنی مانند خطر آتش سوزی ایجاد شود.

برای کاهش مشکل تولید گرما ، سیستم های خنک کننده اغلب مورد نیاز است. این سیستم های خنک کننده مانند آب - خنک کننده یا خنک کننده هوا ، به پیچیدگی و هزینه سیستم کلی اضافه می کنند. به عنوان مثال ، در سیستم های سیم پیچ شار مغناطیسی صنعتی بزرگ ، مدارهای خنک کننده آب لازم را نصب می کنند که به پمپ های اضافی ، لوله و نگهداری نیاز دارند.

3. یکنواختی میدان مغناطیسی محدود

کویل های شار مغناطیسی ، به ویژه طرح های ساده ، ممکن است یکنواختی میدان مغناطیسی محدود داشته باشند. در بسیاری از برنامه ها ، مانند تحقیقات علمی یا تولید دقیق ، یک میدان مغناطیسی یکنواخت ضروری است. با این حال ، دستیابی به یک میدان مغناطیسی کاملاً یکنواخت در یک حجم زیاد بسیار چالش برانگیز است.

قدرت و جهت میدان مغناطیسی می تواند در منطقه مورد علاقه متفاوت باشد. در نزدیکی لبه های سیم پیچ ، میدان مغناطیسی ممکن است ضعیف تر باشد یا در مقایسه با مرکز جهت گیری متفاوتی داشته باشد. این یکنواختی می تواند منجر به نتایج نادرست در آزمایشات یا عملکرد زیر بهینه در فرآیندهای تولید شود. به عنوان مثال ، در بازرسی ذرات مغناطیسی ، یک میدان مغناطیسی غیر یکنواخت ممکن است باعث ایجاد نشانه های کاذب یا از دست دادن نقص واقعی شود.

برای بهبود یکنواختی میدان مغناطیسی ، غالباً طراحی سیم پیچ پیچیده تر یا کویل های جبران خسارت اضافی مورد نیاز است. به عنوان مثال ،سیم پیچ هلمولتزنوعی پیکربندی سیم پیچ شار مغناطیسی است که می تواند یک میدان مغناطیسی نسبتاً یکنواخت را در یک منطقه کوچک بین دو سیم پیچ فراهم کند. با این حال ، این طرح های تخصصی در مقایسه با طرح های ساده سیم پیچ ، تولید گران تر و دشوارتر هستند.

4. تداخل الکترومغناطیسی (EMI)

کویل های شار مغناطیسی می توانند تداخل الکترومغناطیسی (EMI) ایجاد کنند. میدان مغناطیسی در حال تغییر تولید شده توسط سیم پیچ می تواند جریانهای الکتریکی را در هادی های مجاور القا کند ، که می تواند عملکرد طبیعی سایر دستگاه های الکترونیکی را مختل کند. این یک مشکل مهم در محیط های مدرن الکترونیکی - غنی است.

در یک آزمایشگاه ، EMI از یک سیم پیچ شار مغناطیسی می تواند در تجهیزات اندازه گیری حساس مانند اسیلوسکوپ ها یا طیف سنج ها اختلال ایجاد کند و منجر به قرائت نادرست شود. در تنظیمات صنعتی می تواند عملکرد سیستم های کنترل ، موتورها یا دستگاه های ارتباطی را مختل کند. به عنوان مثال ، در کارخانه ای که از سیم پیچ های شار مغناطیسی برای فرآیندهای تشکیل فلز استفاده می شود ، EMI می تواند باعث نقص در خطوط تولید خودکار شود.

برای کاهش EMI ، اقدامات محافظ ضروری است. از مواد محافظ ، مانند محفظه های فلزی یا رسانا ، می توان برای مهار میدان مغناطیسی و جلوگیری از دخالت آن در سایر دستگاه ها استفاده کرد. با این حال ، این راه حل های محافظ به هزینه و اندازه سیستم کلی می افزاید.

5. هزینه و پیچیدگی نگهداری

کویل های شار مغناطیسی ، به ویژه آنهایی که در برنامه های کاربردی بالا استفاده می شوند ، می توانند برای خرید و نگهداری گران باشند. هزینه سیم پیچ به خودی خود به عواملی مانند اندازه ، تعداد چرخش ها ، نوع مواد هادی و قدرت میدان مغناطیسی مورد نیاز بستگی دارد. مواد هادی با کیفیت بالا ، مانند مس با مقاومت کم ، می تواند هزینه سیم پیچ را به میزان قابل توجهی افزایش دهد.

نگهداری کویل های شار مغناطیسی نیز پیچیده است. همانطور که قبلاً ذکر شد ، تولید گرما نیاز به بازرسی منظم از سیستم های خنک کننده دارد. عایق سیم پیچ باید به صورت دوره ای بررسی شود تا اطمینان حاصل شود که هیچ نشانه ای از خسارت وجود ندارد. علاوه بر این ، برای جلوگیری از اتصالات سست ، اتصالات الکتریکی سیم پیچ باید حفظ شود ، که می تواند باعث ایجاد قوس و آسیب بیشتر به سیم پیچ شود.

برای سیستم های سیم پیچ بزرگ و مغناطیسی بزرگ یا تخصصی ، مانندبدون سیم پیچ هلمولتز لحظه مغناطیسییاکویل هلمولتز مربع، تعمیر و نگهداری ممکن است به دانش و ابزارهای تخصصی نیاز داشته باشد. این بدان معناست که شرکت ها باید یا تکنسین های آموزش دیده را استخدام کنند یا کار تعمیر و نگهداری را برون سپاری کنند ، که هر دو به هزینه کلی اضافه می کنند.

با وجود این مضرات ، کویل های شار مغناطیسی به دلیل توانایی منحصر به فرد در تولید میدان های مغناطیسی هنوز طیف گسترده ای از برنامه ها را دارند. در شرکت ما ، ما دائماً در حال بهبود طراحی و عملکرد کویل های شار مغناطیسی خود هستیم تا این اشکالات را به حداقل برسانیم. اگر برای کاربرد خاص خود در حال خرید کویل های شار مغناطیسی هستید ، می فهمیم که این مضرات عوامل مهمی هستند که باید در نظر بگیرند. تیم متخصصان ما می توانند اطلاعات و راهنمایی های مفصلی را در اختیار شما قرار دهند تا به شما در تصمیم گیری بهترین تصمیم کمک کنند. ما متعهد به ارائه محصولات با کیفیت بالا و خدمات عالی مشتری هستیم. اگر سؤالی دارید یا می خواهید در مورد نیازهای خود بیشتر بحث کنید ، لطفاً برای مذاکره تهیه با ما تماس بگیرید.

منابع

• Halliday ، D. ، Resnick ، R. ، & Walker ، J. (2014). اصول فیزیک. ویلی
• Purcell ، EM ، & Morin ، DJ (2013). برق و مغناطیس. انتشارات دانشگاه کمبریج.
• گریفیتس ، دی جی (2017). مقدمه ای بر الکترودینامیک. انتشارات دانشگاه کمبریج.