الملف الكهربائي وأنواع الملفات واستخداماتها

يولد الملف الكهربائي (Inductor أو Coil) مجالًا مغناطيسيًا نتيجة مرور التيار عبر الملف. يمكن استخدامه في الدوائر لحجب أو إعادة تشكيل التيار المتردد، ويستخدم في دوائر الرنين بأجهزة الراديو أو أنواع مختلفة من المذبذبات. يمكنه أيضًا حماية المعدات الحساسة من ارتفاعات الجهد المدمرة. وفي هذا المقال شرح للملف (المحث) الكهربائي

محتويات

ما هو الملف الكهربائي؟

الملف الكهربائي (lnductor) هو سلك مصنوع من مادة موصلة مثل النحاس معزول وملفوف على حول قلب حديدي أو هوائي، وعند مرور تيار كهربائي في الملف يتولد مجال مغناطيسي حوله. وتختلف الملفات بعضها عن بعض من حيث عدد الملفات، ومساحة مقطع السلك الملفوف، وابعاد قلب الملف، ونوع مادة الإطار التي يُلف حولها السلك.

يشير خط أو خطان متوازيان بجانب الملف إلى أنه ملفوف حول قلب صلب من مادة يمكن مغنطتها، بينما يشير خط أو خطان منقطان إلى أنه ملفوف حول قلب يحتوي على جزيئات معدنية، مثل برادة الحديد. أما في حالة عدم وجود أي خط أو نقاط فهذا يشير إلى أنه ملفوف حول قلب هوائي.

كيف يعمل الملف الكهربائي

عند توصيل الملف بمصدر تيار كهربائي يمكن للكهرباء التي تمر عبر سلك توليد مجال مغناطيسي حول السلك، وعلى العكس من ذلك يمكن للمغناطيس المتحرك بالقرب من السلك أن يحفز تيارًا كهربائيًا في السلك وفقًا لظاهرة الحث الكهرومغناطيسي.

يستخدم هذا المبدأ في المولد الكهربائي ، وأيضًا في المحولات حيث يولد التيار المتردد في الملف الأولي مجال مغناطيسي متغير في القلب، ويتحول الفيض المغناطيسي الموجود في القلب إلى تيار متردد في الملف الثانوي.

المحاثة lnductance

المحاثة (lnductance) تعرف بأنها إعاقة الملف لمرور التيار الكهربائي به نتيجة لتولد للملف خاصية تسمى قوة دافعة كهربائية (emf) بين طرفي الملف، ناتجة عن تكون مجال مغناطيسي حوله عند مرور التيار الكهربائي به، ولأن قطبية هذه القوة الدافعة الكهربائية المتولدة تكون معاكسة لقطبية القوة الدافعة الكهربائية للمصدر، فإنها ستدفع تيارًا معاكسًا للتيار الأصلي المار في الدارة؛ ما يعيق مروره.

يقوم الملف بتخزين الطاقة الكهربائية على شكل مجال مغناطيسي حول الملف، وهذه الطاقة يتم تفريغها في الملف عند ضعف التيار المار في الدارة الكهربائية، أو انقطاعه.

مقدار الطاقة المخزونة في الملف يمكن إيجادها من العلاقة التالية

W = 0.5 × L × I²

حيث أن (W) هي الشغل وتقاس بالجول، (L) المحاثة وتقاس بالهنري، (I) التيار ويقاس بالأمبير.

برمز لمحاثة الملف بالحرف (L)، وتقاس بوحدة تسمى هنري (H)، وهى وحدة كبيرة تستخدم عوضًا عنها أجزاؤها الصغرى، مثل: ميللي هنري mH ومايكرو هنري µH.

ميللي هنري mH	10^-3 هنري H
مايكرو هنري µH	10^-6 هنري H
نانو هنري nH	10^-9 هنري H

العوامل المؤثرة في قيمة المحاثة

عدد لفات الملف: بازدياد عدد لقات الملف تزداد شدة المجال المغناطيسي حول الملف وتزداد محاثته (L).
مساحة مقطع الملف: كلما زادت مساحة مقطع الملف زادت محاثته (L).
طول الملف: كلما زاد طول الملف انخفض مقدار الحث الذاتD.
نوع مادة القلب المغناطيسي: كلما كانت نفاذية مادة القلب الملفوف عليها الملف أكبر، كانت المحاثة (L) أكبر.

أنواع الملفات الكهربائية

يمكن تصنيف الملفات الكهربائية من حيث نوع القلب، أو ثبات قيمتها، أو الترددات التي تعمل عليها إلى ما يأتي :

أنواع الملفات الكهربائية وفق نوع القلب:
- ملف ذو قلب الهوائي
- ملف ذو قلب الحديدي
- ملف ذو قلب فرايت
أنواع الملفات وفق ثبات قيمتها:
- ملفات ثابتة القيمة
- ملفات متغيرة القيمة
أنواع الملفات من حيث الترددات التي تعمل عليها:
- ملفات التردد المنخفض
- ملفات التردد المتوسط
- ملفات التردد العالي

أنواع الملفات الكهربائية وفق نوع القلب

أ- الملف ذو القلب الهوائي: يتكون من سلك من النحاس المعزول ذي مقاومة صغيرة ملفوف على أسطوانة.
ب- الملف ذو القلب الحديدي: بتكون من سلك ملفوف حول قلب من شرائح الحديد المعزول، ويستخدم قي المحولات الكهربائية، وغيرها من التطبيقات.
ج- ملف ذو قلب فرايت: يتكون من سلك ملفوف حول قلب فرايتي.

أنواع الملفات الكهربائية وفق ثبات قيمتها

أ- ملفات ثابتة القيمة: وتكون قيمنها ثابتة لا تتغير.
ب- ملفات متغيرة القيمة: يمكن التحكم بقيمتها، بحيث يكون أحد أطراف الملف عبارة عن ذراع متحركة يتم عن طريقها تغيير قيمة محاثة الملف.

أنواع الملفات الكهربائية من حيث الترددات التي تعمل عليها

أ- ملفات التردد المنخفض: من الملفات ذات القلب الحديدي غالبًا وتستخدم في الترددات السمعية تتراوح بين 20 هيرتز إلى 20 كيلو هيرتز.
ب- ملفات التردد المتوسط: من الملفات ذات القلت المصنوع من مسحوق الحديد، أو مادة الفرايت، تستخدم في الترددات المتوسطة (التردد المتوسط في أجهزة الراديو ذات تعديل الاتساع AM هو 465 كيلوهرتز)
ج- ملفات التردد العالي: من الملفات ذات القلب الهوائي، تستخدم فوق الترددات العالية التي تزيد عن 2 ميجا هرتز، مثل دوائر التنعيم في أجهزة الراديو.

فحص الملفات

تنعرض بعض الملفات إلى أعطال، ويتم الكشف عنها باستخدام جهاز الأومميتر، بقياس مقاومة الملف، حيث يتعرض الملف إلى أحد الأعطال الآنية:
l . دارة قصر ( Short Circuit): ويحدث هذا العطل عند انهيار عازل أسلاك الملف؛ نتيجة لمرور تيار بقيمة عالية تفوق قدرته على التحمل، أو ارتفاع درجة حرارته عن الحد المقرر، وعندها تكون قيمة مقاومة الملف صغيرة جدًا، تقترب من الصفر (أقل من 1 أوم)
2. دارة مفتوحة ( Open Circuit): ويحدث هذا العطل نتيجة لانقطاع أحد طرفي الملف ما يتسبب في حدوث الدارة المفتوحة، وعندها تكون قيمة المقاومة عالية جدًا (مالا نهاية).

توصيل الملفات الكهربائية

يمكن توصيل الملفات على التوالي أو على التوازي

توصيل الملفات على التوالي

توصيل الملفات على التوالي يتم بتوصيل الملفات بصورة متتالية وأن يمر التيار نفسه في جميع الملفات بينما الجهد يعتمد على قيمة كل ملف

LT = L1 + L2 + L3

مثال: أوجد قيمة المحاثة الكلية للدائرة التالية:

الحل: بعد التأكد من أن جميع الملفات لها نفس سوابق الوحدة (مللي هنري) يتم جمعها مباشرة

L_T = 40 + 75 + 20 + 35 = 170 mH

توصيل الملفات على التوازي

توصيل الملفات على التوازي يتم بتوصيل الملفات بطريقة متوازية بحيث يطرف كل ملف بطرف الملف الآخر ويكون الجهد متساوي على جميع الملفات بينما التيار يعتمد على قيمة طل ملف

LT = 1 / (1/L1 +1/L2 + 1/L3)