שנאי זרם מאפשר המרה של זרמים גבוהים לטווח זרם מדיד. הממסרים המשולבים במספר מערכות הגנה מיושמים כך שניתן להשתמש בזרם המסופק על ידי שנאי זרם להפעלתם. כמו כן, נחשב קשה למדידת זרמים מתחלפים בעוצמה גבוהה באמצעות מדדי טווח נמוכים רגילים ולכן שנאי זרם משמשים כשלב ביניים למטרות מדידה ובידוד.
איור 1. מגוון שנאי זרם. תמונה באדיבות קבוצת טלמה.
מגנטי רכיבים, באופן כללי, נעשה שימוש במכשירים אלקטרוניים חשמליים זה עשרות שנים. הם משמשים לבקרה, העברה ומיזוג כוח חשמלי בשלבים שונים ובצורות מרובות.
מעצבים תמיד מחפשים אחר חומרים, טופולוגיות ותהליכים חדשים יותר על מנת לשפר את הביצועים. הייתה תקופה בהיסטוריה בה עיצוב המגנטיקה נחשב יותר לאמנות מאשר למדע. הסיבה לכך היא שהתכנון היה תלוי בעיקר בטכניקות ניסוי וטעייה, נוסחאות אמפיריות ושיקולי כלל אצבע. יתר על כן, נעשו מספר ניסיונות לתקנן את תהליך העיצוב כדי להפוך אותו לאמין יותר ולחזור עליו.
המשך לקרוא כדי ללמוד עוד על עקרון העבודה של שנאי זרם ועל מושגי המפתח המעורבים.
רובוטריקים נוכחיים ומעגל סקירה
שנאי זרם משמשים למדידת הזרם הזורם במעגלי הספק גבוה, בדרך כלל למעגלי מדידה או משוב. השימוש בשנאי זרם מועדף על פני מדידת זרמים באמצעות תריסי זרם בסדרה עם נתיב הזרם, בגלל יתרונות שנאי זרם כמו מתן בידוד בין מעגל ההספק למעגל המדידה, תרומה נמוכה יותר להפסדי הספק, ודחייה טובה במצב המשותף [1]. באופן כללי, שנאי תומך בצימוד AC, מתח ושינוי ברמה הנוכחית יחד עם בידוד DC [2].
איור 2. השימוש בשנאי זרם למדידת זרם גבוה. [3]
שיקולי התכנון המעשי לשנאים הנוכחיים נשלטים על ידי היכולת לנהל ערכים נדרשים של זרמי סלילה ראשוניים ומשניים ביעילות. זה מתורגם לבחירה הנכונה של מוליכים יחד עם היכולת להשיג צימוד כוח הולם. באופן אידיאלי, רצוי לווסת מתח הדוק ללא דליפה וללא הפסדי זרם - היסטריה או אדי - כמו גם עיוות זרם מלהיב כולל נמוך.
אם כל מטרות העיצוב הללו צריכות להיות מושלמות לחלוטין, המוצר שהתקבל עשוי להיות מגושם, ושוב אינו מיועד. לפיכך, זהו איזון קשה ביותר לפגוע במונחים של השגת העיצוב הטוב ביותר האפשרי על בסיס שיקולים אלה.
עבודה עיקרון
שנאי זרם שייכים למשפחת המתמרים הנוכחיים המייצרים זרם משני ביחס לזרם הזורם בצד הראשי בעוצמתו.
הפיתול הראשוני מתוכנן כך שהוא מורכב מסיבוב אחד או יותר בעל שטח חתך גדול ומחובר בדרך כלל בסדרה עם המעגל שיש לחוש אותו לזרימת זרם [4].
לפיתול המשני מספר סיבובים גבוה יותר והוא עשוי מחוט בעל שטח חתך קטן יותר. הפיתול המשני מחובר לסליל ההפעלה של הממסר או למכשיר המדידה הנוכחי.
איור 3. ייצוג של שנאי זרם [4]
אזור היישום עבור סוג מסוים של שנאי זרם נשלט על ידי הדיוק שלו, היחס בין זרמים ראשוניים לשניים, סוג הבידוד המועסק, בנייה מכנית ותנאי הפעלה חיצוניים.
העבודה של השנאי הנוכחי דומה לזו של שנאי כוח קונבנציונליים מכיוון שהם בעצם מתפקדים כשנאי מתח מוגברים. בדרך כלל, ערך הזרם יהיה נמוך יותר בצד המתח הגבוה ולהיפך. לפיכך, כאשר הצד הראשוני מופעל אנרגיה, האמפרות בצד הראשוני יפיקו שדה מגנטי בליבה.
כוח אלקטרומוטורי נוצר בצד המשני בגלל השטף המגנטי שנוצר שמניע בתורו את הזרם המשני. סיבובי אמפר מאוזנים ראשוניים ומשניים, וגם ירידת המתח על פני ראשונית היא הרבה פחות, מה שהופך את הזרם הראשוני ללא תלות בזרם המשני.
תכנון תובנות עבור רובוטריקים נוכחיים
תכנון השנאי הנוכחי הוא פשרה בעלות, במשקל, במספר הסיבובים בפיתול ובביצועים הכוללים שלו [1]. הגדלת אזור הליבה משפרת את הביצועים, אך משפיעה לרעה על העלות והגודל הכללי. ליבות פריט או פלדה משמשות ומספרים גדולים יותר של סיבובים משניים עדיפים. בדרך כלל, עיצוב שנאי זרם טוב מתמקד במתח הנמוך בצד המשני, בשימוש בחומר חדירות גבוהה, בשטח הליבה הגבוה ובסיבובים משניים גדולים.
שיקולים מקובלים לבחירת חומרי ליבה כוללים אובדן ליבה נמוך, ערך רתיעה נמוך וצפיפות שטף נמוכה. נייר, לכה, חומרי קלטת וריאציותיהם משמשים למטרות בידוד.
שנאי זרם יכול להיות סוג פצע או סוג בר. במקרה של יישומי מתח נמוך מסוג פצעים, פותחים סיבובים משניים על בקליט ואחריהם סיבובים ראשוניים עם בידוד מתאים בין השכבות. בסוג הבר, מוט יחיד יוצר את הפיתול הראשוני ועובר במרכז הליבה.
איור 4. שנאים נוכחיים יכולים להיות מסוג בר או סוג פצע.
הפניות עיקריות:
- L. Umanand, SR Bhat, "Design of Magnetic רכיבים עבור ממירי כוח במצב מיתוג ", Wiley Eastern Limited.
- מריאן ק 'קזימיצ'וק, "רכיבים מגנטיים בתדירות גבוהה", ג'ון ווילי ובניו בע"מ
- מרסל דקאר, "מדריך לעיצוב שנאים ומשרנים", 2004.
- שנאי הנוכחי