مبانی سیم‌های سیم‌پیچی

سیم مغناطیسی یا سیم لاکی چیست؟

سیم مغناطیسی یا سیم لاکی که با نام سیم سیم‌پیچی نیز شناخته می‌شود، سیمی از جنس مس (Cu) یا آلومینیوم (Al) است که با یک لایه بسیار نازک از عایق پوشش داده شده است. این سیم‌ها در ساخت ترانسفورماتورها، سلف‌ها، موتورهای الکتریکی، ژنراتورها، بلندگوها، عملگرهای هد هارد دیسک، آهنرباهای الکتریکی، پیکاپ گیتار الکتریکی و سایر کاربردهایی که نیازمند سیم‌پیچ‌های فشرده با عایق مناسب هستند، به‌کار می‌روند.

اگرچه این سیم‌ها با عنوان «لاکی» توصیف می‌شوند، اما در واقع پوشش آن‌ها می‌تواند از لاک‌های پلیمری یا رزین شیشه‌ای (Vitreous Enamel)باشد. سیم‌های مغناطیسی مدرن معمولاً دارای یک تا چهار لایه عایق پلیمری (در نوع چهارلایه یا Quad-film)هستند که گاهی از دو یا چند ترکیب شیمیایی متفاوت تشکیل شده‌اند تا یک لایه عایقی پیوسته و مقاوم ایجاد شود.

مواد عایقی مورد استفاده در سیم‌های لاکی (به ترتیب افزایش تحمل دمایی) عبارت‌اند از:

پلی‌وینیل فرمال (Formvar)، پلی‌یورتان، پلی‌آمید، پلی‌استرایمید، پلی‌استرایمید + پلی آمیدایمید، پلی‌آمیدایمید.
سیم لاکی با عایق پلی آمید‌ایمید قابلیت کارکرد در دماهایی تا ۲۴۰درجه سانتی‌گراد را دارد.

در اغلب موارد، سیم‌های لاکی از مس یا آلومینیوم کاملاً آنیل‌شده و تصفیه‌شده به روش الکترولیتی ساخته می‌شوند تا امکان سیم‌پیچی فشرده‌تر در کویل‌های الکترومغناطیسی فراهم شود. برای کاربردهای دمای بالا، به‌ویژه در محیط‌های احیایی یا در موتور و ژنراتورهای خنک‌شونده با گاز هیدروژن، از مس با خلوص بالا و بدون اکسیژن (Oxygen-Free Copper) استفاده می‌شود.

آلومینیوم نیز به‌عنوان جایگزین مس، به‌ویژه در ترانسفورماتورها و موتورهای بزرگ کاربرد دارد. با توجه به رسانایی الکتریکی کمتر آلومینیوم، برای دستیابی به مقاومت الکتریکی DC مشابه، سطح مقطع سیم آلومینیومی باید حدود ۱٫۶برابر سطح مقطع سیم مسی باشد.

طبقه‌بندی سیم‌های مغناطیسی (یا لاکی)
سیم‌های لاکی همانند سایر سیم‌ها بر اساس معیارهای زیر طبقه‌بندی می‌شوند:

1.اندازه هادی

اندازه هادی بر اساس یکی از معیارهای زیر بیان می‌شود:

• AWG (American Wire Gauge)
  
• SWG (Standard Wire Gauge)
  
• قطر بر حسب میلی‌متر یا اینچ

2.ضخامت عایق

ولتاژ شکست عایق به ضخامت پوشش بستگی دارد. ضخامت عایق معمولاً در سه گرید ارائه می‌شود:

• Grade 1
  
• Grade 2
  
• Grade 3

هرچه گرید بالاتر باشد، ضخامت عایق و در نتیجه سطح ولتاژ شکست نیز بیشتر خواهد بود.

3.نوع لاک و کلاس حرارتی

کلاس حرارتی نشان‌دهنده دمایی است که سیم می‌تواند در آن، عمر کاری ۲۰٬۰۰۰ ساعت داشته باشد. با کاهش هر ۱۰درجه سانتی‌گراد از دمای کارکرد، عمر سیم تقریباً دو برابر می‌شود.
کلاس‌های حرارتی متداول عبارت‌اند از:
۱۰۵°C، ۱۳۰°C، ۱۵۵°C، ۱۸۰°C و ۲۲۰°C

کاربردهای سیم مغناطیسی (یا لاکی)

سیم لاکی در سیم‌پیچ‌های موتورهای الکتریکی، ترانسفورماتورها، سلف‌ها، ژنراتورها، هدفون‌ها، کویل بلندگوها، موقعیت‌دهنده‌های هد هارد دیسک، آهنرباهای الکتریکی و بسیاری از تجهیزات دیگر استفاده می‌شود.

موتورهای الکتریکی انرژی الکتریکی را از طریق برهم‌کنش میدان‌های مغناطیسی و جریان الکتریکی به حرکت مکانیکی تبدیل می‌کنند. این موتورها در طیف وسیعی از کاربردها از جمله فن‌ها، پمپ‌ها، ماشین‌آلات صنعتی، لوازم خانگی، ابزارهای برقی و درایوهای دیسکی استفاده می‌شوند.
بزرگ‌ترین موتورهای الکتریکی با توان چند هزار کیلووات برای رانش کشتی‌های بزرگ به کار می‌روند، در حالی که کوچک‌ترین آن‌ها، عقربه‌های ساعت‌های مچی الکتریکی را حرکت می‌دهند. (از کیلومتر تا میلی‌متر، همه‌جا سیم لاکی هست!)

فرایند تولید سیم لاکی

فرایند تولید با اکستروژن سیم تا قطر مورد نظر آغاز می‌شود. سپس لاک مایع روی سیم اعمال شده و سیم وارد کوره پخت (Oven)می‌شود تا لاک پخت گردد.
عایق معمولاً طی چندین پاس متوالی اعمال می‌شود و سیم به‌صورت پیوسته چندین بار وارد و خارج همان کوره می‌شود تا ضخامت عایق نهایی مطابق مشخصات استاندارد حاصل گردد.

ویژگی‌های کلیدی سیم لاکی

• ضخامت عایق کم و یکنواخت
  
• خواص الکتریکی مناسب مانند استقامت دی‌الکتریک و مقاومت عایقی بالا
  
• پوشش مقاوم در برابر خم‌شدگی، کشش و سایش
  
• مقاومت حرارتی بالا
  
• مقاومت در برابر حلال‌ها، مواد شیمیایی و وارنیش‌ها
  
• مقاومت در برابر تخریب هیدرولیتیکی
  
• پایداری در ترکیب با سایر مواد عایقی
  
• مقاومت در برابر آب و رطوبت

انواع لاک‌ها

الف) طبقه‌بندی بر اساس نوع لاک(رزین)

• PU: پلی‌یورتان
  
• PE: پلی‌استر
  
• PEI: پلی‌استر ایمید
  
• PAI: پلی‌آمید ایمید
  
• PI: پلی‌آمید
  
• SB: خودچسب (Self Bonding)
  
• PVF: پلی‌وینیل فرمال
  
• OC: روکش ثانویه (Over Coating)
  
• Lubricant: روان‌کننده (پارافین)

ب) طبقه‌بندی بر اساس شاخص حرارتی (مطابق استاندارد UL 1446)

کلاس	شاخص حرارتی
Class B	130°C
Class F	155°C
Class H	180°C
Class C	200°C
—	220°C
—	240°C

استانداردهای بین‌المللی سیم لاکی

سیم‌های مغناطیسی تحت پوشش استانداردهای مختلفی قرار دارند که پرکاربردترین آن‌ها در صنعت عبارت‌اند از:

استاندارد	عنوان کامل	مرجع
IEC	International Electrotechnical Commission	IEC 60317
JIS	Japanese Industrial Standards	JIS 3202
NEMA	National Electrical Manufacturers Association	MW 1000

سیم‌های دارای تأییدیه UL

UL یک نهاد بین‌المللی صدور گواهی است. فرایند تأیید سیم لاکی در UL به شرح زیر است:

1-ابتدا تأمین‌کننده لاک، ماده عایقی خود را برای یک کلاس حرارتی مشخص تأیید می‌کند. این مرحله شامل آزمون‌های عمر طولانی‌مدت روی سیم تولیدشده با آن لاک است.

2-سپس تولیدکننده سیم لاکی، مشخصات دقیق لاک و نام تأمین‌کننده آن را به UL اعلام می‌کند.

سیم‌های UL Listed

• نمونه سیم به UL ارسال می‌شود.
  
• برای اطمینان از استفاده از لاک صحیح، آزمون طیف‌سنجی مادون قرمز (IR)انجام می‌شود. هر لاک دارای منحنی IR منحصربه‌فرد است و هرگونه تغییر یا آلودگی به‌سرعت شناسایی می‌شود. به‌این‌ترتیب UL عملاً نقش یک کنترل تغییرات 4M را ایفا می‌کند.
  
• UL آزمون‌های عمر طولانی‌مدت انجام می‌دهد، نه صرفاً تست‌های چندساعته آزمایشگاهی.
  
• بازرسی‌ها و ممیزی‌های دوره‌ای در محل تولید انجام شده و نمونه‌ها به‌صورت تصادفی برداشت می‌شوند.

به دلیل سخت‌گیری، هزینه بالا و پیگیری‌های مستمر، دریافت تأییدیه UL به‌طور طبیعی تأمین‌کنندگان غیرسازمان‌یافته را از چرخه خارج می‌کند.