ما هو المحث – What is an Inductor؟
أنواع المحاثات الكهربائية:
أنواع المحاثات على أساس نوع اللب:
محث نواة الهواء – Air Core Inductor:
محث نواة الحديد – Iron Core Inductor:
محث السيراميك – Ceramic Core Inductors:
المحث المصفح الصلب – Laminated Steel Core Inductor:
المحث حلقي النواة – Toroidal Core Inductor:
محث النواة الإسطوانة – Drum/Bobbin Core Inductor:
ما هو المحث – What is an Inductor؟



غالباً ما يشار إلى المحاثّات باسم “مقاومة التيار المتردد – AC resistance”، السمة الرئيسية للمحث هي قدرته على مقاومة التغيرات في التيار وتخزين الطاقة في شكل مجال مغناطيسي، وحدة الحث القياسية هي “هنري”.



أنواع المحاثات الكهربائية:



يتم استخدام المحاثّات التي تتكون من العديد من الأنواع والأنماط في جميع أنحاء صناعة الإلكترونيات، اعتماداً على التطبيقات المختلفة، هناك العديد من أنواع المحاثّات، وهي تأتي في أشكال تبعاً لعوامل مختلفة، هناك محاثّات عالية التردد، ومحاثات خط طاقة منخفضة التردد، وبعض المحاثات تكون مصممة خصيصاً لتطبيقات الفصل والتصفية. تؤدي المحاثات عدداً من الوظائف المختلفة داخل الدائرة، يمكن استخدام بعض الأنواع لتصفية وإزالة المسامير على خطوط الطاقة، بينما يتم استخدام البعض الآخر في المرشحات عالية الأداء، يمكن استخدام البعض الآخر داخل المذبذبات، وهناك العديد من المجالات الأخرى حيث يمكن استخدام المحاثات.



أنواع المحاثات على أساس نوع اللب:



يلعب نوع لب أو نواة المحثّ (Core) دوراً مهماً في خصائصه، تحدد مادة وتصميم اللب الحث والقدرة الحالية وتردد التشغيل للمحث. فيما يلي بعض أنواع المحاثات المصنفة وفقاً للمادة الأساسية (Core Material) الخاصة بها:



محث نواة الهواء – Air Core Inductor:



تحتوي محاثّات لب أو نواة الهواء على نواة غير مغناطيسية مثل البلاستيك أو السيراميك أو الهواء فقط كما هو مقترح من خلال اسمها. يستخدم محث لب الهواء أي مادة غير مغناطيسية كقلب لتقليل الخسائر الأساسية، أي خسائر التيار العكسي والضياع، خاصة عندما يكون تردد التشغيل مرتفعاً جداً. لكن استخدام النواة غير المغناطيسية يقلل أيضاً من محاثّتها. يتم استخدامها على نطاق واسع في تطبيقات الترددات اللاسلكية بسبب خسائرها المنخفضة عند ترددات التشغيل العالية، العيب الرئيسي لمحث لب الهواء هو أنّ الاهتزاز الميكانيكي يمكن أنّ يؤثر على محاثته.



محث نواة الحديد – Iron Core Inductor:



يتكون هذا النوع من المحثّ من قلب مكوَّن من مادة مغناطيسية حديدية، تُعرف أيضاً باسم “محاثات قلب الحديد“، المواد المغناطيسية هي مواد مغناطيسية بطبيعتها ويستخدم قلبها المغناطيسي لزيادة حث الملف بشكل كبير، يرجع ذلك إلى حقيقة أنّ المواد المغناطيسية لها نفاذية مغناطيسية عالية وتزيد من المجال المغناطيسي للملف، ومع ذلك، هناك بعض عيوب استخدام النواة المغناطيسية الحديدية في شكل خسائر تسمى الخسائر الأساسية، تتكون الخسائر الأساسية من خسارة التيار العكسي (eddy current) وخسارة التباطؤ. يتسبب تصميم واستخدام أنواع مختلفة من المواد المغناطيسية في قلب المحث في إحداث تأثير كبير على أدائه، هذا هو السبب في أنّ المحاثات ذات النواة المغناطيسية الحديدية تصنف في أنواع عديدة:



محث نواة الفريت – Ferrite Core Inductor:



تستخدم هذه الأنواع من المحث نواة الفريت، الفريت هي مادة ذات نفاذية مغناطيسية عالية مصنوعة من خليط أكسيد الحديد (أكسيد الحديد، Fe2O3) ونسبة صغيرة من المعادن الأخرى مثل النيكل والزنك والباريوم. هناك نوعان من الفريت، وهما:



الفريت الصلب (Hard Ferrites): يتم استخدام الفريت الصلب في المغناطيس الدائم حيث لا يتم إزالة المغناطيسية بشكل جيد، لا يتم استخدامها في المحث بسبب فقدها التباطؤ العالي.


الفريت اللين (Soft Ferrites): بينما تتغير مغنطة الفريتات اللينة بسهولة وهي موصل جيد للمجال المغناطيسي، وهكذا يتم استخدامها في المحولات والمحثات.



يتميز قلب الفريت بموصلية كهربائية منخفضة جداً مما يقلل من التيار العكسي في النواة، ممّا يؤدي إلى فقدان تيار عكسي منخفض جداً عند التردد العالي، ولذلك يمكن استخدامها في التطبيقات عالية التردد. تعتبر مادة الفريت رخيصة جداً حيث تتكون تقريباً من صدأ الحديد ومقاومة جداً للتآكل.



محث نواة برادة الحديد – Iron Powder Core Inductors:



تتكون نواة أو لب هذا النوع من المحاثات من خليط من حبيبات الحديد مع مادة رابطة عضوية مثل راتنجات الايبوكسي (epoxy resin)، يقلل طلاء الايبوكسي العازل فوق برادة الحديد من فقد التيار العكسي في اللب. نظراً لأنَ حجم الجسيمات يحدد تدفق التيار العكسي في النواة، كلما صغر حجم الجسيمات، قل التيار العكسي المستحث. يتم توزيع فجوة الهواء بين جسيمات اللب بالتساوي مما يقلل من النفاذية المغناطيسية للنواة، لذلك فإنّ تيار التشبع لهذا اللب مرتفع نسبياً.



ولكن كما نعلم، فإنّ النوى الحديدية معرضة بشدة للخسائر الأساسية عند التردد العالي، وبالتالي، يتم استخدامها للتردد أقل من 100 كيلو هرتز، نظراً لتيار التشبع العالي، يتم استخدامها في التطبيقات عالية الطاقة في الغالب في الإختناقات مثل اختناقات التخزين (storage chokes)، وخنق الأضواء المرتفعة للسيارة مثلاً (dimmer chokes)، وخنق المرشح أو الفيلتر (filter chokes). مسحوق أو برادة الحديد رخيص جداً مما يجعل هذا النوع من التصميم الأساسي فعّالاً من حيث التكلفة إذا كان الحجم لا يهم.



محث السيراميك – Ceramic Core Inductors:



السيراميك مادة غير مغناطيسية تماماً مثل الهواء. تُستخدم نوى السيراميك لتوفير شكل للملف وهيكل لتجلس عليه أطرافه. نظراً لأنّها مادة غير مغناطيسية، فهي ذات نفاذية مغناطيسية منخفضة ومحاثّة منخفضة. لكنّها توفر انخفاضاً في الخسائر الأساسية، تتوفر غالباً في عبوات (SMD) وتستخدم في التطبيقات التي تتطلب خسائر أساسية منخفضة وجودة عالية ومحاثة منخفضة.



المحث المصفح الصلب – Laminated Steel Core Inductor:



في مثل هذا النوع من المحاثات، يتم تصفيح النواة مما يعني أنّها تتكون من مجموعة من الألواح الرقيقة الموضوعة فوق بعضها البعض في شكل محكم، يتم تغليف الألواح بالعزل لزيادة مقاومتها الكهربائية ومنع تدفق التيار العكسي بينها، لذلك تقل خسارة التيار العكسي في المحاثات المصفحة بشكل ملحوظ، يتم استخدامها في تطبيقات الطاقة العالية.



المحث حلقي النواة – Toroidal Core Inductor:



كما يوحي الاسم، فإنّ هذه الأنواع من المحاثات لها لب حلقي وهو عبارة عن حلقة دائرية أو قلب شكل دائري، اللب يكون مصنوع من مادة مغناطيسية. ميزة هذه النواة الدائرية هي أنّ المجال المغناطيسي موجود داخل النواة وهناك تسرب منخفض جداً في التدفق المغناطيسي، نظراً لانخفاض تدفق التسرب، يكون المجال المغناطيسي في النواة أعلى، هذا يزيد من محاثة محث النواة الحلقية وهو أعلى من محاثات النواة ذات شكل قضيب لها نفس المادة.



الجانب المهم الآخر من النواة الحلقية هو أنّ النواة تصدر تداخلاً كهرومغناطيسياً أقل (EMI) مقارنةً بالمحاثات الأخرى، وهذا هو سبب تفضيلهم في تصميم الأجهزة المدمجة، حيث تكون المكونات قريبة جداً من بعضها البعض. يتم استخدامها في إمدادات الطاقة ودوائر التحكم وأنظمة الاتصالات والأجهزة الطبية.



محث النواة الإسطوانة – Drum/Bobbin Core Inductor:



هذا النوع من المحث مصنوع من لب على شكل بكرة، إنّها أسطوانة بها قرصان مسطحان في كل طرف، يُعرف أيضاً باسم “محث قلب الأسطوانة”، الملف ملفوف حول الاسطوانة، لا يوفر قلب البكرة مساراً مغناطيسياً مغلقاً بدلاً من ذلك، يمر التدفق عبر القرص إلى فجوة الهواء ثم يدخل اللب عبر القرص الثاني في الطرف الآخر، يوفر فجوة هوائية كبيرة لمجالها المغناطيسي لتخزين المزيد من الطاقة، وبالتالي يزيد تيار التشبع للمحث، هذا يعني أنّ المحث يمكنه تحمل تيارات الذروة العالية دون تشبع ولكن على حساب إشعاع التداخل الكهرومغناطيسي (EMI).