نقش اصلی هسته آهنی خالص: از اصول تقویت الکترومغناطیسی تا طراحی مدار مغناطیسی دقیق برای رله ها

در زمینه های الکترومغناطیس و مهندسی برق، اثر هم افزایی سیم پیچ ها و هسته های آهنی سنگ بنای ساخت سیستم های الکترومغناطیسی کارآمد است. هنگامی که یک هسته آهنی در داخل یک شیر برقی پرانرژی قرار می گیرد، هسته آهنی توسط یک میدان مغناطیسی مغناطیسی شده و به یک آهنربای اضافی تبدیل می شود. دو میدان مغناطیسی روی هم قرار می گیرند و مغناطیس کلی را تا حد زیادی افزایش می دهند. به عنوان یک جزء کلیدی از مدار مغناطیسی، پین هسته برای رله وظیفه اصلی متمرکز کردن خطوط مغناطیسی نیرو و کاهش قابل توجه مقاومت مغناطیسی را بر عهده می گیرد و تبدیل و انتقال کارآمد انرژی الکترومغناطیسی را تضمین می کند.

دلیل اینکه هسته پین ​​رله می تواند میدان مغناطیسی را به میزان قابل توجهی افزایش دهد، عدم تمایل مغناطیسی بسیار کم آن است. مدارهای مغناطیسی و مدارهای الکتریکی از قوانین فیزیکی مشابهی پیروی می کنند. شار مغناطیسی همیشه تمایل دارد در مسیری با کمترین عدم تمایل مغناطیسی جریان یابد. از آنجایی که مقاومت مغناطیسی ماده بسیار کمتر از هوا است، خطوط نیروی مغناطیسی پراکنده اولیه در اطراف سیم پیچ بسیار متمرکز هستند و از داخل هسته آهنی جریان می یابند. اگر هسته آهنی برداشته شود، شدت القای مغناطیسی بین سیم پیچ ها به شدت کاهش می یابد. در ساختارهای رله پیچیده، دقت هندسی و پرداخت سطح هسته پین ​​رله مستقیماً بر کیفیت بسته شدن مدار مغناطیسی تأثیر می گذارد. حتی یک شکاف کوچک هوا باعث افزایش بی میلی مغناطیسی می شود و در نتیجه جاذبه الکترومغناطیسی را ضعیف می کند.

برای دستیابی به مغناطیس بهینه در آهنرباهای الکتریکی، هسته آهنی را معمولاً به شکل نعل اسب یا ساختار حلقه بسته مشخص می‌سازند. با این حال، هنگام سیم پیچی سیم پیچ ها باید به ثبات جهت سیم پیچ توجه جدی شود. اگر سیم پیچ های مجاور در یک جهت پیچیده شوند، اثرات مغناطیسی آنها بر روی میله آهنی مغناطیسی نرم برای رله، یکدیگر را خنثی کرده و باعث می شود که هسته آهنی مغناطیسی را نشان ندهد. علاوه بر این، هسته آهنی آهنربای الکتریکی باید از مواد مغناطیسی نرم مانند آهن نرم ساخته شده باشد و هرگز نباید از فولاد سخت استفاده شود. این به این دلیل است که هنگامی که فولاد مغناطیسی می شود، مغناطیس باقیمانده را برای مدت طولانی حفظ می کند و از مغناطیس زدایی تجهیزات به موقع با تغییرات جریان جلوگیری می کند و در نتیجه قابلیت کنترل آهنربای الکتریکی را از دست می دهد. در این فرآیند، استفاده از میله آهنی مغناطیسی با خلوص بالا برای رله، کلید تضمین پاسخ سریع مدار مغناطیسی و مغناطیس باقیمانده کم است.

هنگامی که یک سیم پیچ سلف با یک میله آهن خالص برای رله کار می کند، یک شار مغناطیسی متناوب ایجاد می کند که در طول زمان تغییر می کند. طبق قانون القای الکترومغناطیسی فارادی، خطوط میدان مغناطیسی در حال تغییر، نیروی محرکه الکتریکی را در انتهای سیم پیچ القا می کنند و جریان القایی را تشکیل می دهند که تلاش می کند در برابر تغییر در جریان اصلی مقاومت کند. این نیروی الکتروموتور ایجاد شده توسط تغییر در جریان خود سیم پیچ، "نیروی حرکتی القایی خود{2}" نامیده می شود، که به سیم پیچ سلف ویژگی مشابه "اینرسی" در مکانیک می دهد. برای بهینه‌سازی اینرسی الکترومغناطیسی، استفاده از مواد با نفوذپذیری بالا مانند میله آهن خالص برای رله می‌تواند به طور موثری اندوکتانس را افزایش دهد و در نتیجه عملکرد برتر در مدارهای ذخیره‌سازی انرژی و فیلتر کردن داشته باشد.

در کاربردهای مهندسی عملی، عملکرد سلف ها به طور قابل توجهی تحت تأثیر ویژگی های فرکانس است. در فرکانس‌های پایین، سلف‌ها عمدتاً ویژگی‌های ذخیره‌سازی انرژی و{1}}تداخل فرکانس بالا را نشان می‌دهند. با این حال، در فرکانس‌های بالا، ویژگی‌های امپدانس آن‌ها با اتلاف انرژی، تولید گرما و کاهش اثر القایی همراه است. علاوه بر این، عوامل محیطی مانند رطوبت، خشکی و دمای شدید نیز می توانند عملکرد هسته را تغییر دهند. بنابراین، در تولید سرفصل‌های سرد هسته رله، حفظ پیوستگی الیاف فلزی از طریق فرآیندهای تغییر شکل پلاستیکی دقیق، همراه با بازپخت تسکین تنشی، ضروری است تا از پایداری خواص مغناطیسی آن در شرایط مختلف عملیاتی سخت اطمینان حاصل شود.