Bobin Nedir?

Bobin nedir? İçinden elektrik akımı geçebilen yalıtılmış tel ile bu telin sarılı bulunduğu silindirden meydana gelen elemanlara bobin (coil) denir. İndüktör (ınductor), iletken bir telin sarılarak bobin halini alması ile oluşturulan bir devre elemanıdır. Üzerinden akım geçen her iletken tel manyetik alan meydana getirir.

Bu özellik, indüktörün elektrik enerjisini manyetik alan olarak depolamasını sağlar. Bir elektromanyetik indüktör bir endüktans veya elektromıknatıs oluşturacak şekilde manyetik alanın gücünü arttırmak için tel ferromanyetik yalıtkan bir malzeme üzerine izoleli iletken (yalıtılmış bakır tel) tellerin sarmal bir şekilde yan yana ve üst üste nüve etrafına sarılmasıyla elde edilen devre elemanıdır. Diğer ismi olan indüktör olan bobin sarımlarında tel ard arda ve belli bir çapta sarılır.

İndüktörün en önemli özelliği, indüktör üzerinden geçen akım ani olarak değişemez. Üzerinden geçen akımın meydana getirdiği manyetik alan; indüktör akımının aniden değişmesi yerine, seviyeli olarak artmasına veya azalmasına neden olur.

Şekilde osiloskop (oscillospe) ekranındaki görüntüde üstteki dalga, indüktör üzerine uygulanan gerilimi, alttaki dalga ise indüktörün akımını göstermektedir. Kare dalganın pozitif tarafı indüktör (ınductor) üzerinde zamanla artan bir akım meydana getiriyor; gerilim (voltaj) ortadan kalktığı zaman ise indüktördeki meydana gelen akım birden kaybolmak yerine azalarak yok oluyor. Bobin, elektrik devreleri ve denklemlerde L harfi ile gösterilir. Birimi Henry (H)‘ dir.

Bobin Yapısı

Bobinin yapısında nüve (core), sipir ve mandren bulunur. Bobin endüktansını etkileyen bazı faktörler vardır. Telin sargı çapı, sargı sayısı, kalınlığı ve telin üzerine sarıldığı nüvenin fiziksel özelliği bobin endüktansını etkiler. Bobinler, çeşitli ölçü ve görünümdeki parçalar üzerine sarılır. Bobin iletkeninin üzerine sarıldığı bu parçalara karkas veya mandren denir. Bobinlerde mandren içerisinde sabit veya hareketli bir parça daha bulunur. Bobinin mandreni içerisinde bulunan parçaya nüve denir. Mandren ve nüve kullanılmadan yapılmış bobinler de vardır. Nüve malzemesi yerine hava da olabilir. Bu çeşit bobinler hava nüveli bobinler olarak adlandırılır. Bobin telinin her bir sarımına tur, sarım veya spir denir.

Bobin DC akım altında sadece sarım telinin uzunluğundan ileri gelen omik direnç gösterir. DC gerilim ile çalışmada sargı telleri etrafında sabit manyetik alan (magnetic field) oluşur. Bu durumda bobin direnç gibi davranır. Bobinin DC’ deki direnci, sarımında kullanılan telin direnci kadardır. AC akım altında   ise akıma karşı gösterdikleri direnç artar. Çünkü bobinde manyetik alan şiddeti değiştikçe bobinde akıma karşı koyan ek direnç etkisi meydana gelir. AC akımın salınımı (frekans) yükseldikçe akıma karşı gösterdiği direnç de yükselir.  Bobinlerin elektriksel değerine endüktans denir.

Bobin (İndüktör) Ne İşe Yarar?

İndüktör (ınductor) üzerinden akan elektrik akımının değişimi yavaş olduğu için, güç kaynaklarında ve sinyal (signal) işleme devrelerinde filtre görevinde kullanılır. Farklı sarım sayılarına sahip iki adet bobinden meydana gelen trafolar ise, AC gerilimin yükseltilmesinde veya alçaltılmasında kullanılırlar. Ayrıca manyetik alan depolama özellikleri sayesinde indüktörler, anahtarlamalı güç kaynaklarında da kullanılır.

Bobin İle Kondansatör Arasındaki Benzerlik

Bobin  ile kondansatör arasındaki benzerlik; her iki devre elemanı  da elektrik enerjisini harcamayan reaktif devre elemanlarıdır. Kondansatörler elektrik yüklerini depolayabilir. Bobinler de kondansatörler gibi elektrik enerjisini çok kısa süreliğine tutabilme özelliğine sahiptir. Bobinlerin kondansatörlerde olduğu gibi AC akım ve DC akım altındaki çalışma davranışları çok farklıdır. Bu iki devre elemanı arasındaki fark; kondansatör devreye bağlı iken gerilimi faz farkı (geri bırakırken), bobin ise gerilimi ileri kaydırır. Bobin ve kondansatör voltaj ve akım arasında yarattığı faz farkı uygulamalarda farklı şekillerde fayda ve zararlara sebep olur.

• Bobinlerde Zıt Elektromotor Kuvveti (EMK)

Bobine AC akım uygulandığı zaman bobin etrafında meydana gelen farklı yönlerdeki manyetik alanların bobin üzerinde iki etkisi olur.

1. Uygulanan AC akımın değerinin sıfırdan maksimum değere doğru artışı sırasında bobinin manyetik alanının kendisini meydana getiren kuvvete karşı koyarak bu akımı azaltmaya çalışmasıdır.
2. AC akım değeri maksimum değerden sıfıra doğru azalırken, bu defa bobinin manyetik alanının kendisi üzerinde voltaj meydana getirerek (indükleyerek) akımın azalışını yavaşlatmaya çalışmasıdır.

İkinci etki sırasında bobinin manyetik alanının kendisi üzerinde meydana getirdiği gerilime zıt EMK denir. Bobinler zıt EMK ile akımın geçişini geciktirir ve AC özellikli akımların 90º geri kalmasına sebep olurlar.

• Bobin Endüktansını Etkileyen Faktörler

Endüktans ölçümü ile ilgili detaylı bilgi için sayfamızı ziyaret edebilirsiniz.

• Sarım sayısı,
• Nüvenin cinsi,
• Tel kesiti,
• Bobinin biçimi,
• Bobin çapı,
• Sargı katı sayısı,
• Sarımlar arası aralık,
• Sargı tipi,
• Uygulanan AC akımın frekansı.

gibi etkenler endüktans (inductance) değerini değiştiren faktörlerdir.

• Bobinlerin AC ve DC Akım Karşısında Davranışları

Bir bobine DC akım uygulandığı zaman indüktif bir akım meydana gelmez, sadece sabit bir manyetik alan meydana gelir. Bu manyetik alana yaklaştırılan nikel, demir, kobalt gibi maddeler bobin tarafından çekilir. İçinde nüve olmayan bobinlerin çekim gücü az olur.

DC akımın tersine bobine AC akım uygulandığı zaman, sarım etrafında meydana gelen farklı manyetik alanlardan dolayı akım dolanımına engel olan bir etki ortaya çıkar. Bobinin endüktansına bağlı olarak değişen karşı koyma şiddetine indüktif reaktans denir.

Bobin Çeşitleri

Sabit ve ayarlı olmak üzere iki tip bobin çeşidi vardır. Bobin çeşitleri detaylı bilgi için sayfamızı ziyaret edebilirsiniz.

Bobinin Kullanım Alanları

Bobinin elektrik ve elektronikte yaygın bir kullanım alanı vardır. Bunları kullanım alanlarına göre şöyle sıralanabilir.

• Isıtıcı vb
• Hoparlörler
• Motorlar
• Röleler (relay)
• Solenoidler
• Trafolar
• Doğrultucular da şok bobini
• Elektromıknatıslar
• Zil, elektromagnetik vinç
• Numaratör
• Kontaktör
• Analog ölçü aleti
• Osilatör
• Balast
• İndüktif metal sensörleri
• Yüksek frekans devrelerinde  (havalı bobin)
• Radyolarda ferrit anten elemanı (Uzun, orta, kısa dalga bobini)
• Telekomünikasyonda frekans ayarı (ayarlı göbekli bobin)

Özellikle de radyo alıcı ve vericilerinde de anten ile bağlantıda değişik frekansların alımı ve gönderiminde aynı ferrit nüveyi kullanan değişik bobinler ve bunlara paralel bağlı kondansatörlerden faydalanılır.

DOĞRU AKIM (DA) DEVRE BOBİNLERİ

Doğru akım (DC veya DA) devresinde bobin, silindir üzerine sarılmış ve dışı izole edilmiş iletken telden meydana gelir. Bu nedenle gerçek bobin, telin öz direncinden dolayı bir omik dirence de sahiptir.

DA da Bobinin Kullanıldığı Yerler

DA da bobin; motor, röle, elektromıknatıs elektrik devrelerinde, elektronikte ise filtre ve regüle devrelerinde kullanılır. Bobinin DA da dar bir kullanım alanı vardır. Alternatif akımda (AC) ise bobinler daha geniş bir kullanım alanına sahiptir.

Bobinde Akımın Yükselişi

Bobinde akım yükselişi seri bir R-L devresinde yani gerçek bobine aşağıdaki şekil a’ da görüldüğü gibi DA bir gerilim uygulandığı zaman, ilk anda bobin akımdaki değişikliğe karşı koyar. Bundan dolayı akım yavaşça yükselir. Faraday Kanunu (Faraday Yasası) ve Lenz Kanun’ larına göre akım yükselirken empedans miktarı akımın değişim oranına bağlıdır. Akım değişikliği ne kadar fazla olursa direnç (resistance) o kadar fazla olur. Akım, direncin tek başına alacağı değere kadar çıkar. Eğer akımda değişim olmaz ise  bobinin empedansı yoktur.

Bu yükselme oranı L/R zaman sabitesi ile karakterize edilir. Aşağıdaki şekil b’ de görüldüğü gibi logaritmik bir eğri şeklinde olur. Bu olay çok kısa sürede meydana gelir.

Bobinde Akımın Azalışı

Bobine uygulanan akım bobin sargıları tarafından meydana getirilen manyetik alanda potansiyel enerji olarak depolanır. Bu enerji sayesinde devre akımı kesilse dahi bobin üzerinde kalan manyetik alan bobin uçları arasında bir elektromotor kuvvet (EMK) kalır.

Bu durumdaki bobinin uçları arasına örneğin ampul bağlansa, ampul yanmaya ve manyetik alan azalmaya başlar. Manyetik alan bittiği anda ampul söner. Bitiş süresi akımın yükselişinde de olduğu gibi bobinin indüktansına (L) bağlıdır.

Bobinin Devre Bağlantılarındaki Endüktans Hesaplamaları

Bobinlerin bağlantıları tıpkı dirençlerde olduğu gibi hesaplanır.

• Bobinlerin Seri Bağlantısı

Seri bağlanan bobinlerin toplam indüktansı aritmetik toplama ile hesaplanır.

Leş = L₁ + L₂ +L₃  (H) formülü uygulanır.

Soru: Verilen devrede A-B arası eşdeğer bobin değeri kaç Henry’dir?

Çözüm: Leş = L1 + L2 + L3 = 3 + 2 + 4 = 9 H

• Bobinlerin Paralel Bağlantısı

Toplam indüktans, bobinlerin indüktans değerlerinin çarpmaya göre terslerinin toplamının yine çarpmaya göre tersi alınarak bulunur.

• Bobinlerin Karışık Bağlantısı

Seri veya paralel bobinler kendi aralarında tek bobin haline getirilir. Sonra toplam indüktans değerleri hesaplanır.

Örnek soru; Aşağıdaki devrede A-B noktaları arasındaki eşdeğer indüktansı hesaplayalım.

Çözüm: Önce paralel olan L₁ ve L₂ bobinlerinin ortak indüktanslarını hesapladığımızda:

Seri duruma gelen iki indüktansın toplamını bulalım:

L_T = L_e1 + L₃ ⇒ L_T = 0,2 + 0,5 = 0,7 Henry olarak bulunur.

AC DEVRE BOBİNLERİ

AC sürekli yönü ve şiddeti değişen akımdır. AC de bazı devre elemanları (bobin, kondansatör (kapasitör, yarı iletken devre elemanları) DA devrelerinden daha farklı davranış gösterirler.

Basit bir örnekle anlatıldığında; kondansatör DA devresi üzerinde geçen akım miktarına bağlı olarak belli bir süre sonra dolar. Kondansatör dolduktan sonra üzerinden akım geçirmez. Halbuki AC devresinde akım sürekli yön değiştirdiği  için bir kondansatörden sürekli akım geçer. Bobin ve kondansatörün AC devresinde karakteristik özelliklerine bakalım.

AC Devre Bobinleri

Bobinler, AC deki özelliğinden dolayı AC motorlar, doğrultma devreleri, transformatörler, floresan lambalar, indiksiyon fırınları, trafolar gibi benzeri yerlerde ve elektroniğin farklı dallarında farklı amaçlar için kullanılırlar.

Endüktans

Bobin DA a karşı devreye enerji verildiği ilk anda nispeten büyük bir zorluk gösterir. Ancak kısa bir süre sonra bu zorluk telin direncinden ibaret olur. Bir bobin uçlarına AC uygulandığı zaman ise durum böyle değildir. AC bobin uçlarında yönü ve şiddeti sürekli değişen bobin bir manyetik alan meydana getirir. Bu manyetik alan bobin üzerinden geçen akım yönüne ters yönde bir akım geçirmek ister. Bu sebeple bobin uçlarında akım aniden yükselmez. Buna telin endüktans (inductance) etkisi veya bobinin endüktansı denir.

Endüktans birimi Henry (H)’dir. Uygulamada H’nin ast katları kullanılır.

1 mili Henry = 1mH = 10^-3 H ya da 1H = 10³ mH

1 mikro Henry = 1µH = 10^-6 H ya da 1H = 10⁶ µH dir.

Eğer bobinden geçen akım sabit bir akım ise bobin etrafında meydana gelen manyetik alanın şiddeti de sabittir.  Bir bobinden geçen akım değişkense bobinde meydana gelen alan şiddeti de değişken olacaktır. Bir bobin, kendi değişken alanının etkisi ile kendi üzerinde bir EMK (elektromotor kuvvet) indükler. İndüklenen bu EMK’ye zıt EMK denir.

Endüktans, bir bobinin fiziksel özellikleri ve üzerinden geçen akımın değişim hızına (amper/saniye) bağlı olarak üzerinde enerji depolama veya kendi üzerinde EMK indükleme kapasitesi olarak da tanımlanabilir.

Bir bobinin endüktans hesabı;

Bu endüktans formülü;

• L : Bobin endüktansı, Henry (H)
• μ : Havanın manyetik geçirgenlik Henry/metre (H/m)
• N : Sarım sayısı,
• A : Bobin kesit alanı, santimetrekare (m²)
• l : Tel uzunluğu, santimetre (m) ifade eder.

Soru: Nüvesinin bağıl geçirgenliği μr = 200 olan bir bobinin sarım sayısı N =10 , bobin kesit yarıçapı r = 1cm, tel uzunluğu l =10cm havanın manyetik geçirgenliği μ_o 1,256.10^-6 H / m  ise;

Cevap:

olarak hesaplanır.

AC de Gösterdiği Özellikler

Bilindiği üzere bobin AC ın değişimine karşı zorluk göstermektedir. Aşağıdaki şekilde saf endüktif devrenin bobin geriliminin devrenin toplam gerilimine, bobin akımının da devrenin akımına eşit olduğu görülür. Ancak bobin gerilimi ve akımı arasında faz farkı vardır. Şekildeki vektör diyagramda gösterildiği gibi bobin akımı bobin geriliminden 90^o (π / 2 ) geridedir.

Saf endüktif devrede akım ve gerilimin dalga şekilleri aşağıdaki şekilde gösterilmiştir. Burada kalın sürekli çizgi v_L bobinin ani gerilimini, ince sürekli çizgi ise i_L bobinin ani akımını ifade eder. i_L bobin akımı v_L bobin geriliminden 90° geridedir.

Saf endüktif devrede ani güç ani akım ve ani gerilim değerlerinin çarpımıyla (p = v x i) bulunur. Şekil incelendiğinde; ani akım ve ani gerilimin her ikisi de pozitif veya negatif olduğunda ani gücün pozitif, herhangi birinin negatif olduğunda ani gücün negatif ve herhangi birinin sıfır olduğunda ani gücün sıfıra eşit olduğu görülebilir.

Her bobin, AC devrelerinde frekansla doğru orantılı olarak değişen bir direnç gösterir. Bu dirence endüktif reaktans denir Endüktif reaktans X_L ile gösterilir ve birimi ohm (Ω) ’dur. AC devrelerde endüktif reaktans;

X_L = 2π . f . L formülü ile hesaplanır.

Burada;

• XL : endüktif reaktansı, ohm (Ω)
• f: AC gerilimin frekansı, Hertz (Hz)
• L: bobin endüktansını Henry (H) ifade eder.

Örnek: Şekilde görülen devrede bobinin endüktif reaktansı ve devre akımı hesaplanırsa:

Bobin Bağlantıları

Bobinlerin AC devrelerde seri ve paralel bağlantılarında eş değer endüktansları ve endüktif   reaktansları, direnç devreleri ile aynı metodlarla hesaplanır.

AC de Seri ve Paralel Bağlantıları

• AC Seri Bağlantıları

AC devrelerine bobinler devreye seri bağlandıklarında devrenin toplam endüktansı her bir bobin endüktansının toplanması ile bulunur.

Şekilde görüldüğü gibi seri bir devrenin toplam endüktansını bulmak için devredeki bobinlerin endüktansları toplanarak bulunur.

L= L₁+L₂+L_n

Soru: Şekildeki devrede üç bobinin endüktansları sırası ile L₁= 2mH, L₂ = 2 x 10^-2 H ve L₃ = 5 mH şeklindedir. Devrenin toplam endüktans hesabı;

Cevap:

L₂ = 2 x 10^-2H = 2 x 10^-2 x1000 = 20mH

L = L₁+ L₂ + L₃ = 2 + 20 + 5 = 27mH

• AC Paralel Bağlantıları

Bir devredeki paralel bağlı bobinlerin toplam endüktansı, paralel bir direnç devresinin toplam direncinin bulunduğu gibi bulunur. Bobinler devreye paralel bağlanırsa bobinlerin devreye uyguladıkları toplam endüktans, endüktans değerlerinin terslerinin toplanması ile bulunur. Böylece toplam endüktans en küçük endüktans değerine eşit veya daha küçük olur.

Şekilde görüldüğü gibi, bir devredeki toplam endüktansın tersi (1 / L) devredeki bobin endüktanslarının terslerinin toplamına eşittir.

Soru: Şekildeki devrede üç bobinin endüktansları sırası ile 2mH, 4mH, ve 6mH’dir. Devrenin toplam endüktans hesabı;

Cevap:

Nüvenin Endüktansa Etkisi

Endüktansı etkileyen etkenlerden biri bobinin üzerine sarıldığı nüvedir. Nüvenin manyetik geçirgenliği artarsa bobin üzerinde oluşan manyetik alan şiddeti artacağından endüktans da artar. Örnek olarak yumuşak demir nüve üzerine sarılan bir bobinin üzerinde meydana gelen manyetik alan çizgileri sayısı, nüve olarak hiçbir malzeme kullanılmayan, yani nüvesi hava olan bir bobin üzerinde oluşan manyetik alan çizgileri sayısından daha fazladır.

Nüvenin endüktansa etkisi, nüvenin manyetik geçirgenliği ile doğru orantılıdır.