चुम्बक का तार: Difference between revisions
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चुंबक तार या एनामेल्ड तार एक ताँबा (Cu) या अल्युमीनियम (Al) तार होता है जिस पर विद्युत रोधन की बहुत पतली परत चढ़ी होती है। इसका उपयोग ट्रांसफार्मर, कुचालक, विद्युत मोटर, जेनरेटर के निर्माण में किया जाता है,
ध्वनि-विस्तारक यंत्र, हार्ड डिस्क ड्राइव # घटक, विद्युत चुम्बक, इलेक्ट्रिक गिटार पिकअप और अन्य अनुप्रयोग जिनके लिए विद्युतरोधी तार के तंग कुंडल की आवश्यकता होती है।
तार ही अक्सर पूरी तरह से एनीलिंग (धातु विज्ञान), इलेक्ट्रोलाइटिक रूप से परिष्कृत तांबा होता है। एल्यूमीनियम चुंबक तार का उपयोग कभी-कभी बड़े ट्रांसफार्मर और मोटर्स के लिए किया जाता है। जैसा कि नाम से पता चलता है, इन्सुलेशन आमतौर पर विट्रीस इनेमल के बजाय सख्त पॉलीमर फिल्म सामग्री से बना होता है।
निर्माण
कंडक्टर
चुंबक तार अनुप्रयोगों के लिए सबसे उपयुक्त सामग्री शुद्ध शुद्ध धातुएं हैं, विशेष रूप से तांबा। जब रासायनिक, भौतिक और यांत्रिक संपत्ति आवश्यकताओं जैसे कारकों पर विचार किया जाता है, तो तांबे को चुंबक तार के लिए पहली पसंद कंडक्टर माना जाता है।[1]
अधिकांशतः, चुंबक तार पूरी तरह से एनीलेड, इलेक्ट्रोलाइटिक रूप से परिष्कृत तांबे से बना होता है, जिससे इलेक्ट्रोमैग्नेटिक कॉइल बनाते समय करीब घुमावदार हो सके।[2]उच्च शुद्धता वाले ऑक्सीजन रहित कॉपर ग्रेड का उपयोग वायुमंडल को कम करने या हाइड्रोजन गैस द्वारा ठंडा किए गए मोटर या जनरेटर में उच्च तापमान अनुप्रयोगों के लिए किया जाता है।
एल्यूमीनियम चुंबक तार को कभी-कभी बड़े ट्रांसफार्मर और मोटर्स के विकल्प के रूप में उपयोग किया जाता है, मुख्य रूप से आर्थिक कारणों से। इसकी कम विद्युत चालकता के कारण, तुलनीय डीसी प्रतिरोध प्राप्त करने के लिए एल्यूमीनियम तार को तांबे के तार की तुलना में 1.6 गुना बड़े पार अनुभागीय क्षेत्र की आवश्यकता होती है।
इन्सुलेशन
हालांकि एनामेल्ड के रूप में वर्णित, एनामेल्ड तार, वास्तव में, फ्यूज्ड ग्लास पाउडर से बने इनेमल पेंट या विट्रियस इनेमल की एक परत के साथ लेपित नहीं है। आधुनिक चुंबक तार आमतौर पर एक कठिन, निरंतर इन्सुलेट परत प्रदान करने के लिए, बहुलक फिल्म इन्सुलेशन के एक से चार परतों (क्वाड-फिल्म प्रकार के तार के मामले में) का उपयोग करता है, जो अक्सर दो अलग-अलग रचनाओं का होता है।
चुंबक तार इन्सुलेशन प्रणाली का उपयोग (तापमान सीमा बढ़ाने के क्रम में) पॉलीविनाइल औपचारिक (फॉर्मवार), polyurethane, पॉलियामाइड, पॉलिएस्टर, पॉलिएस्टर-polyimide, पॉलियामाइड-पॉलीमाइड (या एमाइड-इमाइड), और पॉलीमाइड।[3] पॉलीमाइड इंसुलेटेड मैग्नेट वायर तक ऑपरेशन करने में सक्षम है 250 °C (482 °F). मोटे वर्ग या आयताकार चुंबक तार के इन्सुलेशन को अक्सर उच्च तापमान पॉलीमाइड या शीसे रेशा टेप के साथ लपेटकर बढ़ाया जाता है, और इन्सुलेशन शक्ति और घुमावदार की लंबी अवधि की विश्वसनीयता में सुधार के लिए पूर्ण वाइंडिंग अक्सर एक इन्सुलेट वार्निश के साथ वैक्यूम लगाया जाता है।
स्व-सहायक कॉइल्स कम से कम दो परतों के साथ लेपित तार के साथ लपेटे जाते हैं, सबसे बाहरी थर्मोप्लास्टिक होता है जो गर्म होने पर एक साथ जुड़ जाता है।
अन्य प्रकार के इन्सुलेशन जैसे कि वार्निश के साथ फाइबरग्लास यार्न, अरैमिड पेपर, क्राफ्ट पेपर, अभ्रक और पॉलिएस्टर फिल्म भी ट्रांसफॉर्मर और रिएक्टर जैसे विभिन्न अनुप्रयोगों के लिए दुनिया भर में व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं।
ऑडियो उद्योग में, तांबे के बजाय चांदी (एजी) से बने तार कभी-कभी उपयोग किए जाते हैं। कपास (कभी-कभी किसी प्रकार के जमावट एजेंट/थिकनर, जैसे मोम के साथ व्याप्त) और पॉलीटेट्राफ्लोरोएथिलीन (टेफ्लॉन) जैसे कई अन्य इंसुलेटर पाए जा सकते हैं। पुरानी इन्सुलेशन सामग्री में कपास, कागज या रेशम शामिल हैं, लेकिन ये केवल कम-तापमान अनुप्रयोगों के लिए उपयोगी हैं 105 °C (221 °F)).
निर्माण में आसानी के लिए, कुछ निम्न-तापमान-ग्रेड चुंबक तार में इन्सुलेशन होता है जिसे टांकने की क्रिया की गर्मी से हटाया जा सकता है।[4] इसका मतलब यह है कि सिरों पर विद्युत कनेक्शन पहले इन्सुलेशन को अलग किए बिना बनाया जा सकता है, नुकसान यह है कि यह गलती से पिघल सकता है।
क्रॉस-सेक्शन
छोटे व्यास के चुंबक तार में आमतौर पर एक गोल क्रॉस-सेक्शन होता है। इस तरह के तार का इस्तेमाल इलेक्ट्रिक गिटार पिकअप जैसी चीजों के लिए किया जाता है। क्रॉस सेक्शन में मोटा चुंबक तार अक्सर चौकोर, आयताकार या हेक्सागोनल (गोलाकार कोनों के साथ) होता है, जो अधिक कुशलता से पैकिंग करता है और आसन्न घुमावों में अधिक संरचनात्मक स्थिरता और तापीय चालकता रखता है।
वर्गीकरण
अन्य तार की तरह, चुंबक तार को व्यास (अमेरिकी वायर गेज़, मानक तार गेज या मिलीमीटर) या क्षेत्र (वर्ग मिलीमीटर), तापमान वर्ग और इन्सुलेशन वर्ग द्वारा वर्गीकृत किया जाता है।
ब्रेकडाउन वोल्टेज कवरिंग की मोटाई पर निर्भर करता है, जो 3 प्रकार का हो सकता है: ग्रेड 1, ग्रेड 2 और ग्रेड 3। उच्च ग्रेड में मोटा इन्सुलेशन होता है और इस प्रकार उच्च विद्युत ब्रेकडाउन होता है।
इन्सुलेशन प्रणाली तार के तापमान को इंगित करती है जिस पर इसकी सेवा जीवन 20,000 घंटे है। कम तापमान पर तार का सेवा जीवन लंबा होता है (प्रत्येक 10 डिग्री सेल्सियस कम तापमान के लिए लगभग दो का कारक)। सामान्य तापमान वर्ग हैं 105 °C (221 °F), 130 °C (266 °F), 155 °C (311 °F), 180 °C (356 °F) और 220 °C (428 °F).
वर्तमान घनत्व
व्यवहार में अधिकतम वर्तमान घनत्व 2.5 A/mm से भिन्न हो सकता है2 मुक्त हवा से 6 A/mm तक अलग किए गए तार के लिए2 मुक्त हवा में एक तार के लिए।[citation needed] यदि तार उच्च आवृत्ति धाराओं (10 kHz से ऊपर) को ले जा रहा है, तो त्वचा प्रभाव कंडक्टर की सतह पर वर्तमान को केंद्रित करके अनुभाग में वर्तमान के वितरण को प्रभावित कर सकता है।
यदि सक्रिय शीतलन हवा या पानी के प्रवाह द्वारा प्रदान किया जाता है तो बहुत अधिक वर्तमान घनत्व प्राप्त किया जा सकता है - शीतलन की प्रभावशीलता के अनुपात में।
तुलनीय प्रत्यक्ष वर्तमान विद्युत प्रतिरोध प्राप्त करने के लिए एक एल्यूमीनियम तार में तांबे के तार के रूप में क्रॉस सेक्शनल क्षेत्र का 1.6 गुना होना चाहिए। इसके कारण, तांबे के चुंबक तार बिजली की मोटरों जैसे उपकरणों में ऊर्जा दक्षता में सुधार करने में योगदान करते हैं।
अनुप्रयोग
चुंबक तार का उपयोग इलेक्ट्रिक मोटर्स, ट्रांसफार्मर, प्रारंभ करनेवाला्स, बिजली पैदा करने वाला, हेड फोन्स, लाउडस्पीकर कॉइल, हार्ड ड्राइव हेड पोजिशनर्स, इलेक्ट्रोमैग्नेट और अन्य उपकरणों की वाइंडिंग में किया जाता है।[2][1]
बिजली की मोटरों में
इलेक्ट्रिक मोटर्स विद्युत ऊर्जा को यांत्रिक गति में परिवर्तित करते हैं, आमतौर पर चुंबकीय क्षेत्र और वर्तमान-वाहक कंडक्टरों की बातचीत के माध्यम से। इलेक्ट्रिक मोटर्स कई विविध अनुप्रयोगों में पाए जाते हैं, जैसे पंखे, ब्लोअर, पंप, मशीन, घरेलू उपकरण, बिजली उपकरण और डिस्क ड्राइव। हजारों किलोवाट में रेटिंग वाले सबसे बड़े इलेक्ट्रिक मोटर्स का उपयोग बड़े जहाजों के प्रणोदन जैसे अनुप्रयोगों में किया जाता है। सबसे छोटी मोटरें इलेक्ट्रिक कलाई घड़ी में हाथों को चलाती हैं।
इलेक्ट्रिक मोटर्स में आवश्यक चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करने के लिए विद्युत चुम्बकीय कॉइल होते हैं। मोटर फ्रेम के दिए गए आकार के लिए, उच्च चालकता सामग्री कॉइल प्रतिरोध के कारण ऊर्जा हानि को कम करती है। विद्युत ऊर्जा को गतिशील ऊर्जा में स्थानांतरित करते समय गरीब कंडक्टर अधिक अपशिष्ट गर्मी उत्पन्न करते हैं।[5] इसकी उच्च विद्युत चालकता के कारण, तांबे का उपयोग आमतौर पर कॉइल वाइंडिंग्स, बियरिंग्स, कलेक्टरों, ब्रशों और मोटरों के कनेक्टर्स में किया जाता है, जिसमें उच्चतम गुणवत्ता वाली मोटरें भी शामिल हैं। कॉपर की अन्य सामग्रियों की तुलना में अधिक चालकता मोटरों की विद्युत ऊर्जा दक्षता को बढ़ाती है। उदाहरण के लिए, 1 हार्सपावर से ऊपर के निरंतर-उपयोग वाले प्रेरण-प्रकार के मोटर्स में लोड के नुकसान को कम करने के लिए, निर्माता हमेशा तांबे का उपयोग वाइंडिंग में संचालन सामग्री के रूप में करते हैं। एल्युमीनियम छोटी घोड़े की शक्ति की मोटरों में एक वैकल्पिक सामग्री है, खासकर जब मोटरों का लगातार उपयोग नहीं किया जाता है।
प्रीमियम मोटर्स के डिजाइन तत्वों में से एक कंडक्टरों के विद्युत प्रतिरोध के कारण गर्मी के नुकसान में कमी है। इंडक्शन-टाइप मोटर्स की विद्युत ऊर्जा दक्षता में सुधार करने के लिए, कॉपर कॉइल के क्रॉस सेक्शन को बढ़ाकर लोड लॉस को कम किया जा सकता है। एक उच्च दक्षता वाली मोटर में आमतौर पर उसके मानक समकक्ष की तुलना में स्टेटर वाइंडिंग में 20% अधिक तांबा होता है।
मोटर दक्षता में शुरुआती विकास स्टेटर वाइंडिंग के पैकिंग वजन को बढ़ाकर बिजली के नुकसान को कम करने पर केंद्रित था। यह समझ में आता है क्योंकि बिजली के नुकसान आम तौर पर सभी ऊर्जा नुकसानों के आधे से अधिक के लिए जिम्मेदार होते हैं, और स्टेटर नुकसान लगभग दो-तिहाई बिजली के नुकसान के लिए जिम्मेदार होते हैं।
हालाँकि, बड़ी वाइंडिंग के माध्यम से मोटरों की विद्युत दक्षता बढ़ाने में नुकसान हैं। यह मोटर आकार और लागत को बढ़ाता है, जो उपकरणों और ऑटोमोबाइल जैसे अनुप्रयोगों में वांछनीय नहीं हो सकता है।[6]
ट्रांसफार्मर में
एक ट्रांसफॉर्मर एक ऐसा उपकरण है जो विद्युत ऊर्जा को एक सर्किट से दूसरे सर्किट में अपने कॉइल (वाइंडिंग) के माध्यम से स्थानांतरित करता है। मोटर वाइंडिंग के लिए आवश्यक गुण ट्रांसफार्मर के लिए आवश्यक गुणों के समान हैं, लेकिन ऑपरेटिंग तापमान पर यांत्रिक कंपन और केन्द्रापसारक बलों का सामना करने के लिए अतिरिक्त आवश्यकता के साथ।[7]
ट्रांसफार्मर वाइंडिंग आमतौर पर तांबे से बने होते हैं लेकिन एल्यूमीनियम एक उपयुक्त प्रतियोगी है जहां वजन और पहली लागत निर्णायक कारक होती है।[2]
उत्तरी अमेरिका में, एल्युमीनियम 15 किलोवोल्ट-एम्पीयर (केवीए) से बड़े लो-वोल्टेज, ड्राई-टाइप ट्रांसफॉर्मर के लिए वाइंडिंग सामग्री का प्रमुख विकल्प है। दुनिया के अधिकांश अन्य क्षेत्रों में, तांबा प्रमुख वाइंडिंग सामग्री है। क्रय निर्णय आम तौर पर मुद्रा प्रति किलोवाट में व्यक्त हानि मूल्यांकन का एक कार्य है।[8] ट्रांसफॉर्मर वाइंडिंग्स के निर्माण के लिए इस्तेमाल किया जाने वाला कॉपर छोटे उत्पादों के लिए तार के रूप में और बड़े उपकरणों के लिए पट्टी के रूप में होता है। छोटे उत्पादों के लिए, तार को इतना मजबूत होना चाहिए कि वह बिना टूटे लपेटा जा सके, फिर भी इतना लचीला हो कि क्लोज-पैक्ड वाइंडिंग प्रदान कर सके। स्ट्रिप उत्पाद अच्छी सतह की गुणवत्ता वाले होने चाहिए ताकि इंसुलेटिंग एनामेल्स वोल्टेज के तहत टूट न जाएं। पट्टी के बनने और पैक होने के लिए अच्छा लचीलापन आवश्यक है, जबकि सामयिक शॉर्ट-सर्किट स्थितियों के तहत स्थापित उच्च विद्युत-यांत्रिक तनावों का सामना करने के लिए अच्छी ताकत की आवश्यकता होती है। ट्रांसफॉर्मर में कॉपर वाइंडिंग तार सभी आधुनिक इन्सुलेशन सामग्री, जैसे कि लाह और तामचीनी के साथ संगत हैं। लाख कॉइल्स में सर्वोत्तम दक्षता देने के लिए वाइंडिंग्स की नज़दीकी दूरी की अनुमति देते हैं।[7]
एल्यूमीनियम पर कॉपर वाइंडिंग चुनने का एक प्रमुख इंजीनियरिंग कारण अंतरिक्ष विचार है। ऐसा इसलिए है क्योंकि तांबे के घाव वाले ट्रांसफार्मर को एल्यूमीनियम ट्रांसफार्मर से छोटा बनाया जा सकता है। एल्यूमीनियम ट्रांसफार्मर में समान रेटिंग प्राप्त करने के लिए तांबे के कंडक्टरों की तुलना में 66% बड़े क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्र की आवश्यकता होती है। हालाँकि, बड़े आकार के कंडक्टरों के उपयोग से एल्यूमीनियम की वाइंडिंग ताकत तांबे की वाइंडिंग के लगभग बराबर हो जाती है।[8]
कॉपर-वाउंड ट्रांसफॉर्मर का एक और महत्वपूर्ण लाभ कनेक्टिविटी है, क्योंकि एल्यूमीनियम की सतह पर ऑक्साइड कोटिंग सोल्डरिंग या अन्यथा इसके साथ जुड़ने को और अधिक कठिन बना देती है। तांबे के साथ ऑक्सीकरण को रोकने के लिए गुणवत्ता वाले संयुक्त यौगिक के साथ सफाई और ब्रश करना आवश्यक नहीं है।[8]
जनरेटर में
आधुनिक जेनरेटर में चलन उच्च तापमान और उच्च विद्युत चालकता पर फील्ड बार के लिए ऑक्सीजन मुक्त तांबे और पूर्व में उपयोग किए गए डीऑक्सीडाइज्ड तांबे के स्थान पर चुंबकीय तार के साथ काम करना है।[2]
संदर्भ
- ↑ 1.0 1.1 Pops, Horace, 1995, Physical Metallurgy of Electrical Conductors, in Nonferrous Wire Handbook, Volume 3: Principles and Practice, The Wire Association International, pp. 7-22
- ↑ 2.0 2.1 2.2 2.3 Joseph, Günter, 1999, Copper: Its Trade, Manufacture, Use, and Environmental Status, edited by Kundig, Konrad J.A., ASM International Vol. 2.03, Electrical Conductors
- ↑ "Magnet Wire Insulation Guide" (PDF). MWS Wire Industries. May 2016. Retrieved 27 May 2016.
- ↑ Yates, Alan (16 February 2009). "Solderability of Enamelled Copper Wire". Retrieved 21 June 2014.
- ↑ "Electric Motors (for 14 to 16 year-olds)". Eurocopper.org. Retrieved 2013-06-01.
- ↑ The emerging electrical markets for copper, Bloomsbury Minerals Economics LTD, July 6, 2010
- ↑ 7.0 7.1 "Find out why we prefer to make cables and wires out of copper!". Eurocopper.org. Retrieved 2013-06-01.
- ↑ 8.0 8.1 8.2 "VTI : Aluminum vs. Copper: Conductors in Low Voltage Dry Type Transformers". Vt-inc.com. 2006-08-29. Archived from the original on 2012-07-08. Retrieved 2013-06-01.
