العلومالفيزياء

ما هي الدائرة المغناطيسية مع الفجوة الهوائية – Magnetic Circuit with Air Gap؟

اقرأ في هذا المقال
  • ما هي الدائرة المغناطيسية؟
  • فجوة الهواء في الدائرة المغناطيسية
  • استخدامات فجوة الهواء في الدائرة المغناطيسية

ما هي الدائرة المغناطيسية؟

 

عندما يتم تداول تدفق مغناطيسي أو اتباعه من خلال منطقة أو مسار مغلق، يسمّى ذلك “الدائرة المغناطيسية” أو عندما يدور مجال مغناطيسي في مسار مغلق يمثل كخطوط تدفق مغناطيسي في منطقة محصورة يسمّى “الدائرة المغناطيسية”. تتشكل هذه الدائرة المغناطيسية بمغناطيسات دائمة أو مغناطيسات كهربائية وتقتصر على المسار بواسطة نوى مغناطيسية تتكون من مواد مغناطيسية حديدية مثل الحديد وما إلى ذلك.

 

القوة الدافعة المغناطيسية – Magneto Motive Force:

 

قوة الدوران تسمّى القوة الدافعة المغناطيسية (MMF) أو إمكانات الجهد المغناطيسية هي المسؤولة عن إنشاء التدفق المغناطيسي في الدائرة المغناطيسية. تعادل القوة الدافعة المغناطيسية (MMF) عددًا من الأسلاك التي تحمل تيارًا كهربائيًا ولها وحدات من دورات الأمبير.

 

القوة الدافعة المغناطيسية (MMF) هي خاصية لبعض المواد أو الظواهر التي تؤدي إلى مجال مغناطيسي وهي مماثلة للقوة الدافعة الكهربائية (electromotive force) أو جهد الكهرباء. إذا كان التدفق مقسمًا بحيث يكون محاطًا بجزء من الجهاز وجزء إلى آخر، فإنّ الدائرة المغناطيسية تسمّى “دائرة مغناطيسية متوازية” (parallel magnetic circuit)، وإذا كان كل التدفق محصورًا في حلقة واحدة مغلقة، كما هو الحال في المغناطيس الكهربائي على شكل حلقة الدائرة تسمّى “دائرة مغناطيسية متسلسلة” (series magnetic circuit).

 

فجوة الهواء في الدائرة المغناطيسية:

 

الآن إذا تمّ التساؤل عن فجوة الهواء في الدائرة المغناطيسية؟ فإنّ الإجابة ستكون منع التشبع بشكل عام. الهواء هو نوع من أنواع العوازل الكهربائية وكذلك المغناطيسية، أي المنطقة ذات السلبية تستخدم للحصول على نتائج إيجابية. مثل الهواء، يمكن أن يكون مثل الطلاء، والغاز، والفراغ، والألمنيوم وما إلى ذلك لمنع التشبع الأساسي اعتمادًا على تطبيق الاستخدام.

 

لكن في بعض الأحيان في المحولات، تفشل فجوة الهواء في منع التشبع الناتج عن الاستقطاب المفرط لجهد التيار المتردد. الهواء هو جزء غير مغناطيسي من دائرة مغناطيسية يربط تسلسليًا ومغناطيسيًا مع جميع الأجزاء الأخرى في الدائرة لجعل التدفق يتدفق عبر الفجوة. تتميز فجوة الهواء بطابع مهم لتعزيز الأجزاء الكهربائية للتحرك فيزيائيًا في المجالات المغناطيسية، دون لمس بعضها البعض.

 

الفجوة الهوائية في الدائرة المغناطيسية تعني “المقاومة المغناطيسية”، أي الإحجام عن كثافة التدفق المغناطيسي. إنّ إحجام الدائرة المغناطيسية يتناسب مع طولها ويتناسب عكسياً مع مساحة المقطع العرضي لها والخصائص المغناطيسية للمادة المعينة تسمّى نفاذيتها. لحساب الممانعة المغناطيسية:

 

Magnetic Reluctance (R) = L/Aμμo

حيث:

 

L – طول الدائرة.

A – مساحة المقطع العرضي للدائرة

μ – النفاذية.

μo – النفاذية المغناطيسية النسبية.

 

يمكن أن تأخذ فجوة الهواء شكلاً وحجمًا مختلفًا حسب نوع الدائرة المغناطيسية وشكلها. في بعض الدوائر، قد يكون في الواقع جزءًا لا يتجزأ ممّا يضمن الأداء الصحيح للجهاز، ولكن في حالات أخرى يجب أن يكون صغيرًا قدر الإمكان.

 

استخدامات فجوة الهواء في الدائرة المغناطيسية:

 

تُستخدم فجوة الهواء في الغالب في التطبيقات التي ينتهي فيها التشبع المغناطيسي على أنّه خطر كبير حيث يتسبب التشبع المغناطيسي في فقدان المحاثة وزيادة التيار وفقدان الطاقة في الدائرة. لكن تنفيذ فجوة الهواء في دائرة مغناطيسية يؤثر على معلمات المحرِّض “الحثّ” المغناطيسي أيضًا.

 

أي إضافة ممانعة “هواء” في الدائرة يغير منحنى (BH)، “يسمح بدفع المحرِّض عند تيار أعلى، وبالتالي قوة مجال مغناطيسي أعلى، وبالتالي تمديد النطاق قبل أن يحدث التشبع المغناطيسي”، ويقلل الحث ويزيد من تيار التشبع للمحثّ المغناطيسي. المشكلة التي تحلها فجوة الهواء في اللب هي التدفق المفرط الناتج بمستوى عالٍ من التيار في اللفات.

 

ظاهرة أخرى للتدفق في الدائرة المغناطيسية هي أنّ معظم التدفق يقتصر على المسار المقصود باستخدام النوى المغناطيسية “مادة مغناطيسية حديدية”، لكن كمية صغيرة من التدفق تكمل دائمًا مسارها عبر الهواء المحيط الذي يسمّى تدفق التسرب. لذلك عندما يتم وضع فجوة هوائية في النواة المغناطيسية، يتدفق التدفق إلى مسار الهواء المجاور ومثل هذه المسارات للتدفق تسمّى “تهديب التدفق” ممّا يؤدي إلى كثافة تدفق غير موحدة في فجوة الهواء وإسقاط القوة الدافعة المغناطيسية (MMF).

 

الأكبر هو الفجوة الهوائية، وكلما زاد تهديب التدفق والعكس صحيح. تشبه الدائرة المغناطيسية “الموصل” بحيث يمكن للمجال المغناطيسي أن يضع على طول المسار المطلوب. إذا تمّ استخدام مادة عالية النفاذية، فسيتم تخزين القليل جدًا من الطاقة في القلب المغناطيسي. ومع ذلك، فإنّ فجوة الهواء لها ميزة عدم الاستمرارية وبسبب نفاذية منخفضة تخزن كمية كبيرة من الطاقة المغناطيسية، مقارنة بنفس الحجم من النواة المغناطيسية قبل التشبع.

المصدر
Magnetic Circuit with Air GapWhy is an air gap provided in a magnetic circuit?Magnetic CircuitsWhy Do We Need an Air Gap in Magnetic Circuit & How to Calculate it?

مقالات ذات صلة

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

زر الذهاب إلى الأعلى