Bobin
Elektromanyetik bobin, bobin, spiral veya helezon şeklindeki tel gibi bir elektrik iletkenidir. Elektromanyetik bobinler elektrik mühendisliğinde, elektrik akımlarının manyetik alanlarla etkileşime girdiği uygulamalarda, elektrik motorları, jeneratörler, indüktörler, elektromıknatıslar, transformatörler ve sensör bobinleri gibi cihazlarda kullanılır. Bir manyetik alan oluşturmak için bobinin telinden bir elektrik akımı geçirilir ya da tersine, bobinin iç kısmından geçen harici bir zamanla değişen manyetik alan iletkende bir EMF (voltaj) oluşturur. ⓘ
Herhangi bir iletkenden geçen akım, Ampere yasası nedeniyle iletken etrafında dairesel bir manyetik alan oluşturur. Bobin şeklini kullanmanın avantajı, belirli bir akım tarafından üretilen manyetik alanın gücünü arttırmasıdır. Ayrı tel sarımları tarafından üretilen manyetik alanların hepsi bobinin merkezinden geçer ve orada güçlü bir alan üretmek için toplanır (üst üste gelir). Ne kadar çok tel sarımı olursa, üretilen alan da o kadar güçlü olur. Tersine, değişen bir dış manyetik akı, Faraday'ın indüksiyon yasası nedeniyle tel gibi bir iletkende bir voltaj indükler. İndüklenen voltaj, telin bir bobine sarılmasıyla artırılabilir çünkü alan çizgileri devreyi birden çok kez keser. ⓘ
Bir bobin tarafından üretilen manyetik alanın yönü sağ el kavrama kuralı ile belirlenebilir. Sağ elin parmakları telden geçen geleneksel akım yönünde bir bobinin manyetik çekirdeğinin etrafına sarılırsa, başparmak manyetik alan çizgilerinin bobinden geçtiği yönü gösterecektir. Manyetik çekirdeğin alan çizgilerinin çıktığı ucu Kuzey kutbu olarak tanımlanır. ⓘ
Elektrikli ve elektronik ekipmanlarda kullanılan birçok farklı bobin türü vardır. ⓘ
Bobin ya da makara, içinden elektrik akımı geçebilen, yalıtılmış tel ile bu telin sarılı bulunduğu silindirden oluşan aygıt. ⓘ
Sargılar ve musluklar
Bobini oluşturan tel veya iletkene sargı denir. Bobinin merkezindeki deliğe çekirdek alanı veya manyetik eksen denir. Her bir tel halkasına sarım denir. Dönüşlerin birbirine değdiği sargılarda, akımın tel dönüşleri arasından geçmesini önlemek için telin plastik veya emaye gibi iletken olmayan bir yalıtım kaplamasıyla yalıtılması gerekir. Sargı genellikle yerinde tutmak için plastik veya başka bir malzemeden yapılmış bir bobin formunun etrafına sarılır. Telin uçları dışarı çıkarılır ve harici bir devreye bağlanır. Sargılar uzunlukları boyunca ek elektrik bağlantılarına sahip olabilir; bunlara musluk denir. Uzunluğunun ortasında tek bir kılavuz bulunan bir sargıya merkez kılavuzlu denir. ⓘ
Bobinler, birbirlerinden elektriksel olarak yalıtılmış birden fazla sargıya sahip olabilir. Ortak bir manyetik eksen etrafında iki veya daha fazla sargı olduğunda, sargıların endüktif olarak kuplajlı veya manyetik olarak kuplajlı olduğu söylenir. Bir sargıdan geçen zamanla değişen bir akım, diğer sargıdan geçen zamanla değişen bir manyetik alan yaratacak ve bu da diğer sargılarda zamanla değişen bir gerilime neden olacaktır. Buna transformatör denir. Akımın uygulandığı ve manyetik alanı oluşturan sargıya birincil sargı denir. Diğer sargılar ikincil sargılar olarak adlandırılır. ⓘ
Manyetik çekirdek
Birçok elektromanyetik bobin, manyetik alanı artırmak için merkezde demir gibi ferromanyetik bir malzeme parçası olan manyetik bir çekirdeğe sahiptir. Bobinden geçen akım demiri mıknatıslar ve mıknatıslanmış malzemenin alanı tel tarafından üretilen alana eklenir. Buna ferromanyetik çekirdekli veya demir çekirdekli bobin denir. Ferromanyetik bir çekirdek, bir bobinin manyetik alanını ve endüktansını çekirdek olmadan olacağından yüzlerce veya binlerce kat artırabilir. Ferrit çekirdekli bobin, ferrimanyetik seramik bir bileşik olan ferritten yapılmış bir çekirdeğe sahip bir bobin çeşididir. Ferrit bobinler yüksek frekanslarda daha düşük nüve kayıplarına sahiptir.
- Muhtemelen bazı dar hava boşlukları ile kapalı bir döngü oluşturan bir çekirdeğe sahip bir bobin, kapalı çekirdekli bobin olarak adlandırılır. Bu geometri, manyetik alan çizgileri için kapalı bir yol sağlayarak manyetik relüktansı en aza indirir ve en güçlü manyetik alanı üretir. Genellikle transformatörlerde kullanılır.
- Kapalı çekirdekli bobinler için yaygın bir form, çekirdeğin dairesel veya dikdörtgen kesitli bir torus veya çörek şekline sahip olduğu toroidal çekirdekli bir bobindir. Bu geometri minimum kaçak akıya sahiptir ve minimum elektromanyetik parazit (EMI) yayar.
- Çekirdeği düz bir çubuk veya başka bir döngü olmayan şekle sahip bir bobine açık çekirdekli bobin denir. Bu, kapalı bir nüveden daha düşük manyetik alana ve endüktansa sahiptir, ancak genellikle nüvenin manyetik doygunluğunu önlemek için kullanılır.
Ferromanyetik çekirdeği olmayan bir bobine hava çekirdekli bobin denir. Bu, plastik veya diğer manyetik olmayan formlar üzerine sarılmış bobinlerin yanı sıra sargılarının içinde aslında boş hava boşluğu olan bobinleri de içerir. ⓘ
Bobin türleri
Bobinler, çalışmak üzere tasarlandıkları akımın frekansına göre sınıflandırılabilir:
- Doğru akım veya DC bobinleri veya elektromıknatıslar sargılarında sabit bir doğru akımla çalışır
- Ses frekansı veya AF bobinleri, indüktörler veya transformatörler, 20 kHz'den daha düşük ses frekansı aralığında alternatif akımlarla çalışır
- Radyo frekansı veya RF bobinleri, indüktörler veya transformatörler, radyo frekansı aralığında, 20 kHz'in üzerinde alternatif akımlarla çalışır ⓘ
Bobinler işlevlerine göre sınıflandırılabilir: ⓘ
Elektromıknatıslar
Elektromıknatıslar, genellikle bir şey üzerinde mekanik bir kuvvet uygulamak için bazı harici kullanımlar için manyetik alan üreten bobinlerdir. veya mevcut arka plan alanlarını kaldırın. Birkaç özel türü vardır:
- Solenoid - düz, içi boş bir tel sarmalı şeklinde bir elektromıknatıs
- Motor ve jeneratör sargıları - elektrik motorlarının ve jeneratörlerin rotoru veya statoru üzerinde bulunan ve mili döndürmek (motor) veya bir elektrik akımı üretmek (jeneratör) için birbirlerine etki eden demir çekirdekli elektromıknatıslar
- Alan sargısı - armatür sargısına etki etmek için sabit bir manyetik alan üreten demir çekirdekli bir bobin.
- Armatür sargısı - tork oluşturmak (motor) veya güç üretmek için bir voltaj indüklemek (jeneratör) için alan sargısının manyetik alanı tarafından harekete geçirilen demir çekirdekli bir bobin
- Helmholtz bobini, Maxwell bobini - harici bir manyetik alanı iptal etmeye yarayan hava çekirdekli bobinler
- Degaussing bobini - parçaların manyetikliğini gidermek için kullanılan bir bobin
- Ses bobini - hareketli bobinli bir hoparlörde kullanılan ve bir mıknatısın kutupları arasında asılı duran bir bobin. Ses sinyali bobinden geçirildiğinde titreşir ve bağlı hoparlör konisini hareket ettirerek ses dalgaları oluşturur. Bunun tersi, diyafram gibi bir şey tarafından yakalanan ses titreşimlerinin fiziksel olarak manyetik bir alana daldırılmış bir ses bobinine aktarıldığı ve bobinin terminal uçlarının daha sonra bu titreşimlerin elektriksel bir analogunu sağladığı dinamik bir mikrofonda kullanılır. ⓘ
İndüktörler
İndüktörler ya da reaktörler, bobinden geçen akımdaki değişikliklere karşı koyan bir geri EMF indüklemek için bobinin kendisiyle etkileşime giren bir manyetik alan üreten bobinlerdir. İndüktörler, elektrik devrelerinde devre elemanları olarak, geçici olarak enerji depolamak veya akımdaki değişikliklere direnmek için kullanılır. Birkaç türü vardır:
- Tank bobini - ayarlı bir devrede kullanılan bir indüktör
- Şok - düşük frekanslı AC veya DC'ye izin verirken yüksek frekanslı AC'yi engellemek için kullanılan bir indüktör.
- Yükleme bobini - bir antene endüktans eklemek, onu rezonans haline getirmek veya sinyallerin bozulmasını önlemek için bir kabloya kullanılan bir indüktör.
- Varyometre - Manyetik eksenleri aynı yönde veya karşıt olacak şekilde döndürülebilen, seri iki bobinden, bir dış sabit bobinden ve içinde ikinci bir bobinden oluşan ayarlanabilir bir indüktör.
- Flyback transformatör - Transformatör olarak adlandırılmasına rağmen, bu aslında anahtarlama güç kaynaklarında ve CRT televizyonlar ve monitörler için yatay saptırma devrelerinde enerji depolamaya yarayan bir indüktördür.
- Doyurulabilir reaktör - yardımcı bir sargıda DC kontrol voltajı kullanarak çekirdeğin doygunluğunu değiştirerek AC gücünü kontrol etmek için kullanılan demir çekirdekli bir indüktör.
- Endüktif balast - floresan lambalar gibi gaz deşarjlı lamba devrelerinde lambadan geçen akımı sınırlamak için kullanılan bir endüktör. ⓘ
Transformatörler
Transformatör, iki veya daha fazla manyetik olarak bağlanmış sargıya (veya tek bir sargının bölümlerine) sahip bir cihazdır. Bir bobinde (birincil sargı olarak adlandırılır) zamanla değişen bir akım, diğer bobinde (ikincil sargı olarak adlandırılır) bir voltaj indükleyen bir manyetik alan oluşturur. Birkaç türü vardır:
- Dağıtım transformatörü - Elektrik şebekesinde bulunan ve elektrik hattından gelen yüksek voltajı elektrik müşterileri tarafından kullanılan düşük voltaja dönüştüren transformatör.
- Ototransformatör - sadece bir sargısı olan bir transformatör. Sargının musluklarla erişilen farklı kısımları, transformatörün birincil ve ikincil sargıları olarak işlev görür.
- Toroidal transformatör - çekirdek bir toroid şeklindedir. Bu, kaçak akıyı azalttığı ve daha az elektromanyetik parazite neden olduğu için yaygın olarak kullanılan bir şekildir.
- İndüksiyon bobini veya titreme bobini - DC akımla çalışabilmesi için birincil akımı kesmek üzere titreşimli bir kesici mekanizma kullanan eski bir transformatör.
- Ateşleme bobini - içten yanmalı motorlarda yakıtın yanmasını başlatan bujiyi ateşlemek üzere yüksek voltaj darbesi oluşturmak için kullanılan bir endüksiyon bobini.
- Balun - dengeli bir iletim hattını dengesiz bir hatla eşleştiren bir transformatör.
- Bifilar bobin - iki paralel, yakın aralıklı tellerle sarılmış bir bobin. İçinden aynı yönde AC akımları geçirilirse, manyetik akılar toplanır, ancak sargılardan zıt yönlerde eşit akımlar geçerse, zıt akılar iptal olur ve çekirdekte sıfır akı ile sonuçlanır. Böylece nüve üzerindeki üçüncü bir sargıda gerilim indüklenmeyecektir. Bunlar enstrümanlarda ve Toprak Arıza Kesicileri gibi cihazlarda kullanılır. Ayrıca RF frekanslarında kullanılmak üzere düşük endüktanslı tel sargılı dirençlerde de kullanılırlar.
- Ses transformatörü - Ses sinyalleri ile kullanılan bir transformatör. Empedans eşleştirmesi için kullanılırlar.
- Hibrit bobin - telefon devrelerinde iki telli ve dört telli devreler arasında dönüşüm yapmak için kullanılan 3 sargılı özel bir ses transformatörü ⓘ
Elektrikli makineler
Motorlar ve jeneratörler gibi elektrikli makineler, elektrik enerjisini mekanik enerjiye dönüştürmek için hareketli manyetik alanlarla etkileşime giren bir veya daha fazla sargıya sahiptir. Genellikle bir makinede, makinenin gücünün çoğunun geçtiği bir sargı ("armatür") ve fırçalar veya kayma halkaları ile harici bir elektrik akımı kaynağına bağlanabilen dönen elemanın manyetik alanını ("alan sargısı") sağlayan ikinci bir sargı bulunur. Bir endüksiyon motorunda rotorun "alan" sargısı, rotorda gerekli uyarıcı akımı indükleyen stator sargısı tarafından üretilen dönen manyetik alan ile dönen sargı arasındaki yavaş bağıl hareket tarafından enerjilendirilir. ⓘ
Transdüser bobinleri
Bunlar, zamanla değişen manyetik alanları elektrik sinyallerine çevirmek için kullanılan bobinlerdir ve bunun tersi de geçerlidir. Birkaç türü vardır:
- Sensör veya pikap bobinleri - bunlar harici zamanla değişen manyetik alanları tespit etmek için kullanılır
- Endüktif sensör - yakınından bir mıknatıs veya demir nesne geçtiğinde bunu algılayan bir bobin
- Kayıt kafası - manyetik bant veya sabit disk gibi bir manyetik depolama ortamına veri yazmak için bir manyetik alan oluşturmak üzere kullanılan bir bobin. Tersine, ortamdaki manyetik alanları değiştirmek şeklinde verileri okumak için de kullanılır.
- İndüksiyonla ısıtma bobini - indüksiyonla ısıtma adı verilen bir işlemle, bir nesneyi içinde girdap akımları oluşturarak ısıtmak için kullanılan bir AC bobini.
- Döngü anteni - radyo dalgalarını elektrik akımlarına dönüştürmek için radyo anteni görevi gören bir bobin.
- Rogowski bobini - AC ölçüm cihazı olarak kullanılan toroidal bir bobin
- Müzik aleti manyetiği - elektro gitar veya elektro basta çıkış ses sinyalini üretmek için kullanılan bobin.
- Akı geçidi - manyetometrede kullanılan bir sensör bobini
- Manyetik fonograf kartuşu - vinil fonograf plakların çalınmasında iğnenin titreşimini ses sinyaline çevirmek için bir bobin kullanan plak çalarda bulunan bir sensör. ⓘ
Bu kategorilere uymayan bobin türleri de vardır. ⓘ
Elektromanyetik bobinler
Analiz
Tek-katmanlı, nüvesi hava olan bir bobinin indüktansı aşağıdaki basitleştirilmiş formülle belli bir hassasiyete kadar hesaplanılabilir:
Burada, Henri [µH] (mikrohenri) indüktans birimini, R bobin çapını (iletkenin merkezinden inç olarak ölçülen ), N sarım sayısını, L ise inç olarak bobin uzunluğunu simgeler. ⓘ
Coil Inductance Calculator7 Mart 2007 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi. bağlantısından bu formül kullanılarak herhangi bir bobinin indüktansı online olarak hesaplanabilir. Daha fazla hassasiyet gerektiren indüktansı hesapları için daha fazla kompleks hesaplama yöntemleri gereklidir. ⓘ
Not: Bobin ferrit bir nüveye ya da başka bir metalik malzemeye sarılmış ise yukarıdaki formül kullanılamaz. ⓘ
Bobin Bağlantı Türleri
- Seri Bağlantı: Bobinlerin art arda bağlanır ve tüm bobinlerden aynı akım geçer. XL ve L bobinlerin cebirsel toplamına eşittir.
- Paralel Bağlantı: Bobinler paralel olarak bağlanmıştır. XL ve L bobinlerin bire bölümlerinin toplamına eşittir.
- Karışık Bağlantı: Bobinler seri ve paralel karışık olarak bağlanmıştır. Önceki işlemler sırasıyla yapılır. ⓘ
Kimya, biyoloji ve tıp
Kimyada "bobin", damıtılan buharı sıvı halde yoğunlaştırmak için kullanılan sarmal formdaki tüplere denir. Moleküllerin birbiriyle olan etkileşimi konusunda organik bobinlere yer yer referans verilmektedir. Kendi kendine oluşum esnasında organik elemanlar bu yapısal paterni oluşturacak şekilde bir araya gelirler. Moleküler oluşum ile moleküller herhangi bir dış etken olmaksızın bu formda şekillenirler. ⓘ
Bu yapısal paternlere örnek olarak:
- Sarmal Bobin, pek çok proteinde bulunan yapısal bir motif,
- Rastgele Bobin, monomerin rastgele şekillenmesiyle oluşan bir polimer yapı,
verilebilir. ⓘ
Seramik (Güzel Sanatlar)
Helezonlaştırma yöntemi kilden kaplara şekil vermede binlerce yıldır kullanılmaktadır. Afrika'dan Yunanistan'a, Çin'den Meksika'ya kadar dünyanın çeşitli yerlerinde kullanılagelmektedir. Bu metot çeşitli yöresel farklarla uygulanmıştır. Helezonlaştırma yöntemi ile eski yöntemlere oranla daha kalın çeperli ve daha uzun kaplar yapılması mümkün olmaktadır. Yöntem yapım sırasında dış çeperlerin daha sağlam ve büyük görünümlü olmasına olanak verir ve yıkılma tehlikesini ortadan kaldırır. Helezonlaştırma yöntemi ile seramik objeler yapmanın çok çeşitli yolları vardır. Bunun için kil gibi esnek bir malzeme alınır ve uzun bir rulo olana kadar yuvarlatılır. Sonra sarmallar birbiri üzerine eklenerek farklı şekiller oluşturulur. ⓘ
Gemicilik
Denizcilikte halatlar bobin gibi sarmal hale getirilerek istiflenir ve bu ipler gemiyi demirlemede kullanılır. ⓘ