चुंबकीय कोर कैसे काम करते हैं?

चुंबकीय कोर बिजली ट्रांसफार्मर और इंडक्टर्स से लेकर मोटर्स और सेंसर तक, विद्युत और इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के एक विशाल सरणी में मौलिक घटक हैं। उनके दिल में, ये प्रतीत होता है कि सरल संरचनाएं भौतिक विज्ञान और इलेक्ट्रोमैग्नेटिज्म के जटिल चमत्कार हैं, जो कुशलतापूर्वक ध्यान केंद्रित करने और चुंबकीय प्रवाह को निर्देशित करने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं। यह समझने के लिए कि वे कैसे काम करते हैं, हमें चुंबकत्व के सिद्धांतों और उपयोग की जाने वाली सामग्रियों के विशिष्ट गुणों में तल्लीन करने की आवश्यकता है।

चुंबकत्व और चुंबकीय पारगम्यता की मूल बातें

की अवधारणा पर एक चुंबकीय कोर का संचालन टिका है चुम्बकीय भेद्यता ( $\mu$ ), अपने भीतर एक चुंबकीय क्षेत्र के गठन का समर्थन करने के लिए एक सामग्री की क्षमता। सरल शब्दों में, यह एक उपाय है कि बल की चुंबकीय रेखाएं कितनी आसानी से एक सामग्री से गुजर सकती हैं। हवा या वैक्यूम में एक चुंबकीय पारगम्यता है ( ${\mu }_0$ ) लगभग $4\pi \times 10^{-7}$ एच/एम (प्रति मीटर हेनरी), जो एक संदर्भ के रूप में कार्य करता है।

फेरोमैग्नेटिक सामग्री, जैसे कि आयरन, निकेल, कोबाल्ट, और उनके मिश्र धातु, असाधारण रूप से उच्च चुंबकीय पारगम्यता का प्रदर्शन करते हैं - हवा के मुकाबले हजारों गुना अधिक से अधिक। यह अनूठी विशेषता उनके परमाणु संरचना से उपजी है, विशेष रूप से अप्रकाशित इलेक्ट्रॉनों की उपस्थिति जो छोटे मैग्नेट के रूप में कार्य करती है। इन सामग्रियों में, एक बाहरी चुंबकीय क्षेत्र के प्रभाव के तहत, ये परमाणु मैग्नेट (या चुंबकीय डोमेन ) अपने आप को संरेखित करें, समग्र चुंबकीय क्षेत्र को महत्वपूर्ण रूप से बढ़ाएं।

जब एक कंडक्टर एक विद्युत प्रवाह को ले जाने वाला एक मुख्य सामग्री के आसपास घाव होता है, तो यह एक चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करता है। यदि इस कोर सामग्री में उच्च पारगम्यता है, तो यह प्रभावी रूप से "इकट्ठा" करता है और इन चुंबकीय क्षेत्र लाइनों को केंद्रित करता है, उन्हें अपने शरीर के माध्यम से चैनल करता है। फ्लक्स की यह एकाग्रता एक चुंबकीय कोर का प्राथमिक कार्य है।

मुख्य कार्य और अनुप्रयोग

चुंबकीय प्रवाह को केंद्रित करने के लिए चुंबकीय कोर की क्षमता कई महत्वपूर्ण कार्यों को सक्षम करती है:

• बढ़ी हुई इंडक्शन: एक प्रारंभ करनेवाला में, तार का एक कुंडल एक चुंबकीय क्षेत्र बनाता है। एक कोर के बिना, इंडक्शन (एक चुंबकीय क्षेत्र में ऊर्जा को संग्रहीत करने की क्षमता) अपेक्षाकृत कम है। एक उच्च-पारिश्रमिकता चुंबकीय कोर का परिचय नाटकीय रूप से कॉइल के अधिष्ठापन को बढ़ाता है, जिससे यह अधिक ऊर्जा स्टोर करने और फ़िल्टरिंग, ट्यूनिंग और ऊर्जा भंडारण में अधिक प्रभावी हो जाता है। इंडक्शन ( $एल$ एक कोर के साथ एक कॉइल का कोर की पारगम्यता और मोड़ की संख्या के वर्ग के लिए सीधे आनुपातिक है, और चुंबकीय पथ लंबाई के विपरीत आनुपातिक है।

• कुशल ऊर्जा हस्तांतरण (ट्रांसफार्मर): एक ट्रांसफार्मर में, दो या दो से अधिक कॉइल एक सामान्य चुंबकीय कोर के आसपास घाव होते हैं। जब एक वैकल्पिक वर्तमान प्राथमिक कॉइल के माध्यम से प्रवाहित होता है, तो यह एक बदलते चुंबकीय क्षेत्र को उत्पन्न करता है जो उच्च-पारगम्यता कोर के माध्यम से कुशलता से निर्देशित होता है। यह बदलते चुंबकीय प्रवाह तब द्वितीयक कॉइल में एक वोल्टेज को प्रेरित करता है, जिससे सर्किट के बीच विद्युत ऊर्जा के कुशल हस्तांतरण की अनुमति मिलती है, जिसमें वोल्टेज स्तर ऊपर या नीचे कदम रखा जाता है। कोर कम से कम होता है रिसाव का प्रवाह (चुंबकीय क्षेत्र लाइनें जो दोनों कॉइल को जोड़ती नहीं हैं), जिससे युग्मन दक्षता अधिकतम हो जाती है।

• बेहतर चुंबकीय युग्मन (मोटर्स और जनरेटर): मोटर्स और जनरेटर में, चुंबकीय कोर स्टेटर और रोटर के कुछ हिस्सों का निर्माण करते हैं, जो चुंबकीय क्षेत्रों का मार्गदर्शन करते हैं जो टोक़ पैदा करते हैं या बिजली उत्पन्न करते हैं। कोर यह सुनिश्चित करता है कि चुंबकीय क्षेत्र रेखाएं स्थिर और घूर्णन भागों के बीच प्रभावी ढंग से बातचीत करती हैं, जिससे कुशल ऊर्जा रूपांतरण होता है।

चुंबकीय कोर और उनके गुणों के प्रकार

चुंबकीय कोर सामग्री का विकल्प महत्वपूर्ण है और इच्छित अनुप्रयोग, विशेष रूप से ऑपरेटिंग आवृत्ति और बिजली के स्तर पर बहुत अधिक निर्भर करता है।

1. नरम लोहे कोर: ये सबसे सरल और सबसे पुराने प्रकार के चुंबकीय कोर हैं। नरम लोहे का उपयोग इसकी अपेक्षाकृत उच्च पारगम्यता और कम के कारण किया जाता है प्रतिवाद (बाहरी क्षेत्र को हटा दिए जाने के बाद चुंबकत्व को बनाए रखने की इसकी क्षमता)। वे आमतौर पर इलेक्ट्रोमैग्नेट्स में पाए जाते हैं जहां एक मजबूत, अस्थायी चुंबकीय क्षेत्र की आवश्यकता होती है।

2. सिलिकॉन स्टील कोर (लैमिनेशन): पावर ट्रांसफार्मर जैसे एसी अनुप्रयोगों के लिए, सिलिकॉन स्टील पसंद की सामग्री है। सिलिकॉन के अलावा (आमतौर पर 0.5% से 4.5%) प्रतिरोधकता बढ़ाता है और कम करता है कोर हानि , विशेष रूप से एडी करंट लॉस । आगे की धाराओं को कम करने के लिए, जो एक बदलते चुंबकीय क्षेत्र द्वारा कोर के भीतर प्रेरित धाराओं को प्रसारित कर रहे हैं, ये कोर पतली चादरों से निर्मित होते हैं या लैमिनेशंस यह एक दूसरे से विद्युत रूप से अछूता है। यह एडी वर्तमान रास्तों को तोड़ता है, उन्हें छोटे छोरों में मजबूर करता है और उनके परिमाण को काफी कम कर देता है। हिस्टैरिसीस लॉस , कोर को बार -बार चुंबकित और लोकतंत्रीकरण करने के लिए आवश्यक ऊर्जा के कारण एक अन्य प्रकार का कोर नुकसान भी सामग्री चयन में माना जाता है; सिलिकॉन स्टील में अपेक्षाकृत संकीर्ण हिस्टैरिसीस लूप होता है, जो प्रति चक्र कम ऊर्जा हानि का संकेत देता है।

3. फेराइट कोर: फेराइट्स मुख्य रूप से अन्य धातु तत्वों (जैसे, निकेल, जस्ता, मैंगनीज) के साथ मिश्रित लोहे के ऑक्साइड से बने सिरेमिक यौगिक होते हैं। धातु कोर के विपरीत, फेराइट्स हैं रोधक , जिसका अर्थ है कि उनके पास उच्च प्रतिरोधकता है। यह संपत्ति उन्हें आदर्श बनाती है उच्च आवृत्ति अनुप्रयोग (किलोहर्ट्ज़ से गिगाहर्ट्ज़ रेंज) जहां एडी वर्तमान नुकसान धातु कोर में निषेधात्मक होगा। फेराइट्स को वर्गीकृत किया गया है:

   • नरम फेराइट्स: आरएफ ट्रांसफार्मर, इंडक्टर्स और ईएमआई दमन जैसे अनुप्रयोगों में उपयोग किया जाता है। उनके पास कम जबरदस्ती (आसानी से चुम्बकीय और विमुद्रीकृत) और उच्च आवृत्तियों पर अपेक्षाकृत कम नुकसान होते हैं।

   • हार्ड फेराइट्स: उनकी उच्च जबरदस्ती और प्रतिवाद के कारण स्थायी मैग्नेट के लिए उपयोग किया जाता है।

4. Permalloy कोर: ये निकेल-आयरन मिश्र धातु हैं जो उनकी अत्यधिक उच्च चुंबकीय पारगम्यता और कम जबरदस्ती के लिए जाने जाते हैं, विशेष रूप से कम चुंबकीय क्षेत्र की ताकत पर। वे अक्सर संवेदनशील चुंबकीय सेंसर, चुंबकीय परिरक्षण और उच्च गुणवत्ता वाले ऑडियो ट्रांसफार्मर में उपयोग किए जाते हैं जहां सटीक चुंबकीय प्रदर्शन की आवश्यकता होती है।

5. अनाकार और नैनोक्रिस्टलाइन कोर: ये तेजी से ठंडा पिघले हुए धातु द्वारा गठित सामग्रियों के नए वर्ग हैं, जो एक क्रिस्टलीय संरचना के गठन को रोकते हैं। वे उत्कृष्ट चुंबकीय गुण प्रदान करते हैं, जिसमें बहुत उच्च पारगम्यता, कम कोर हानि और उच्च संतृप्ति प्रवाह घनत्व शामिल हैं, जो उन्हें उच्च-आवृत्ति पावर इलेक्ट्रॉनिक्स और उन्नत प्रेरक घटकों के लिए उपयुक्त बनाते हैं।

कोर नुकसान: एक व्यावहारिक विचार

जबकि चुंबकीय कोर प्रदर्शन को बढ़ाते हैं, वे दोषरहित नहीं हैं। वैकल्पिक वर्तमान परिस्थितियों में चुंबकीय कोर में प्राथमिक प्रकार के नुकसान हैं:

• हिस्टैरिसीस लॉस: जैसा कि उल्लेख किया गया है, यह ऊर्जा गर्मी के रूप में विघटित हो जाती है जब कोर सामग्री में चुंबकीय डोमेन बार -बार चुंबकत्व और विमुद्रीकरण के प्रत्येक चक्र के दौरान खुद को फिर से शुरू करते हैं। यह सामग्री के हिस्टैरिसीस लूप के क्षेत्र के लिए आनुपातिक है।

• एडी करंट लॉस: ये बदलते चुंबकीय क्षेत्र द्वारा स्वयं कोर सामग्री के भीतर प्रेरित अवांछित परिसंचारी धाराओं के कारण होने वाले प्रतिरोधक नुकसान हैं। वे टुकड़े टुकड़े में कोर या फेराइट्स जैसे उच्च-प्रतिरोधकता सामग्री का उपयोग करके कम से कम किया जाता है।

इंजीनियर इन नुकसान को कम करने के लिए कोर सामग्री और डिजाइनों का सावधानीपूर्वक चयन करते हैं, विशिष्ट अनुप्रयोग के लिए उच्चतम संभव दक्षता सुनिश्चित करते हैं।

चुंबकीय कोर अपरिहार्य घटक हैं जो चुंबकीय क्षेत्रों को नियंत्रित और अनुकूलित करने के लिए विद्युत चुम्बकीयवाद और सामग्री विज्ञान के सिद्धांतों का लाभ उठाते हैं। फ्लक्स को केंद्रित करने, नुकसान को कम करने और कुशल ऊर्जा हस्तांतरण को सक्षम करने की उनकी क्षमता उन्हें अनगिनत इलेक्ट्रॉनिक और विद्युत प्रणालियों के कामकाज के लिए महत्वपूर्ण बनाती है जो हमारी आधुनिक दुनिया को शक्ति प्रदान करती हैं। उनके मौलिक संचालन और विभिन्न कोर सामग्रियों के गुणों को समझना किसी के साथ काम करने या डिजाइन करने के लिए आवश्यक है। $ $