चुम्बक का तार

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। इस प्रकार इसका उपयोग ट्रांसफार्मर, कुचालक, विद्युत मोटर, ध्वनि-विस्तारक यंत्र, हार्ड डिस्क ड्राइव घटक, विद्युत चुम्बक, इलेक्ट्रिक गिटार पिकअप और अन्य अनुप्रयोग के निर्माण में किया जाता है, जिनके लिए विद्युत रोधी तार के तंग कॉइल की आवश्यकता होती है।

तार अधिकांशतः पूरी तरह से एनील्ड(धातु विज्ञान), इलेक्ट्रोलाइटिक रूप से परिष्कृत तांबा होता है। इस प्रकार एल्यूमीनियम चुंबक तार का उपयोग कभी-कभी बड़े ट्रांसफार्मर और मोटर्स के लिए किया जाता है। जैसा कि नाम से पता चलता है, इन्सुलेशन सामान्यतः विट्रीस इनेमल के अतिरिक्त सख्त पॉलीमर फिल्म सामग्री से बना होता है।

कंडक्टर
चुंबक तार अनुप्रयोगों के लिए सबसे उपयुक्त सामग्री शुद्ध धातुएं हैं, विशेष रूप से तांबा। जब रासायनिक, भौतिक और यांत्रिक संपत्ति आवश्यकताओं जैसे कारकों पर विचार किया जाता है, तब तांबे को चुंबक तार के लिए पहली पसंद कंडक्टर माना जाता है।

अधिकांशतः, चुंबक तार पूरी तरह से एनीलेड, इलेक्ट्रोलाइटिक रूप से परिष्कृत तांबे से बना होता है, जिससे इलेक्ट्रोमैग्नेटिक कॉइल बनाते समय करीब वाइंडिंग की अनुमति मिल सके। इस प्रकार 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
चूंकि इसे "एनामेल्ड" के रूप में वर्णित किया गया है, लेकिन वास्तव में, इनेमल तार को इनेमल पेंट या फ़्यूज्ड ग्लास पाउडर से बने विट्रीस इनेमल की परत के साथ लेपित नहीं किया जाता है। इस प्रकार आधुनिक चुंबक तार सामान्यतः एक कठिन, निरंतर इन्सुलेट परत प्रदान करने के लिए, पॉलिमर फिल्म इन्सुलेशन की एक से चार परतों (क्वाड-फिल्म प्रकार के तार के स्थितियों में) का उपयोग करता है, जो अधिकांशतः दो भिन्न-भिन्न रचनाओं का होता है।

चुंबक तार इन्सुलेशन प्रणाली का उपयोग (तापमान सीमा बढ़ाने के क्रम में) पॉलीविनाइल औपचारिक (फॉर्मवार), पॉलीयुरेथेन, पॉलियामाइड, पॉलिएस्टर, पॉलिएस्टर-पॉलीमाइड, पॉलियामाइड-पॉलीमाइड (या एमाइड-इमाइड), और पॉलीमाइड का उपयोग करती हैं। पॉलीमाइड इंसुलेटेड मैग्नेट वायर 250 °C तक काम करने में सक्षम है। इस प्रकार मोटे वर्गाकार या आयताकार चुंबक तार के इन्सुलेशन को अधिकांशतः उच्च तापमान वाले पॉलीमाइड या फाइबरग्लास टेप के साथ लपेटकर बढ़ाया जाता है, और इन्सुलेशन शक्ति और वाइंडिंग की दीर्घकालिक विश्वसनीयता में सुधार के लिए पूर्ण वाइंडिंग को अधिकांशतः 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 विश्व भर में व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं।

ऑडियो उद्योग में, तांबे के अतिरिक्त चांदी (एजी) से बने तार कभी-कभी उपयोग किए जाते हैं। इस प्रकार विभिन्न अन्य इंसुलेटर जैसे कपास(कभी-कभी किसी प्रकार के जमावट एजेंट/थिकनर, जैसे मोम के साथ व्याप्त) और पॉलीटेट्राफ्लोरोएथिलीन (टेफ्लॉन) जैसे अनेक अन्य इंसुलेटर पाए जा सकते हैं। पुरानी इन्सुलेशन सामग्री में कपास, कागज या रेशम सम्मिलित हैं, किन्तु यह केवल 105 °C तक कम-तापमान अनुप्रयोगों के लिए उपयोगी हैं।

निर्माण में आसानी के लिए, कुछ निम्न-तापमान-ग्रेड चुंबक तार में इन्सुलेशन होता है जिसे सोल्डरिंग की गर्मी से से हटाया जा सकता है। इसका कारण यह है कि सिरों पर विद्युत कनेक्शन पहले इन्सुलेशन को भिन्न किए बिना बनाया जा सकता है, हानि यह है कि यह गलती से पिघल सकता है।

क्रॉस-सेक्शन
छोटे व्यास के चुंबक तार में सामान्यतः एक गोल क्रॉस-सेक्शन होता है। इस तरह के तार का उपयोग इलेक्ट्रिक गिटार पिकअप जैसी चीजों के लिए किया जाता है। इस प्रकार क्रॉस सेक्शन में मोटा चुंबक तार अधिकांशतः चौकोर, आयताकार या षट्कोणीय (गोलाकार कोनों के साथ) होता है, जो अधिक कुशलता से पैकिंग करता है और आसन्न घुमावों में अधिक संरचनात्मक स्थिरता और तापीय चालकता रखते हैं।

वर्गीकरण
अन्य तार की तरह, चुंबक तार को व्यास (एडब्ल्यूजी संख्या, एसडब्ल्यूजी 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 वोल्टेज होता है।

इन्सुलेशन प्रणाली तार के तापमान को इंगित करती है जिस पर इसकी सेवा जीवन 20,000 घंटे है। इस प्रकार 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 105 °C, 130 °C, 155 °C, 180 °C और 220 °C हैं।

वर्तमान घनत्व
व्यवहार में, अधिकतम वर्तमान घनत्व मुक्त हवा से पृथक तार के लिए 2.5 A/mm2 से लेकर मुक्त हवा में एक तार के लिए 6 A/mm2 तक भिन्न हो सकता है। यदि तार उच्च आवृत्ति धाराओं (10 किलोहर्ट्ज़ से ऊपर) ले जा रहा है, त्वचा प्रभाव कंडक्टर की सतह पर करंट को केंद्रित करके अनुभाग में वर्तमान के वितरण को प्रभावित कर सकता है।

यदि हवा बहने या पानी प्रसारित करने से सक्रिय शीतलन प्रदान किया जाता है, तो शीतलन की प्रभावशीलता के अनुपात में बहुत अधिक वर्तमान घनत्व प्राप्त किया जा सकता है।

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 विद्युत की मोटरों जैसे उपकरणों में ऊर्जा दक्षता में सुधार करने में योगदान करते हैं।

अनुप्रयोग
चुंबक तार का उपयोग इलेक्ट्रिक मोटर्स, ट्रांसफार्मर, प्रारंभ करने वाला, विद्युत उत्पन्न करने वाला, हेड फोन्स, लाउडस्पीकर कॉइल, हार्ड ड्राइव हेड पोजिशनर्स, इलेक्ट्रोमैग्नेट और अन्य उपकरणों की वाइंडिंग में किया जाता है।

विद्युत की मोटरों में
इलेक्ट्रिक मोटर्स विद्युत ऊर्जा को यांत्रिक गति में परिवर्तित करते हैं, सामान्यतः चुंबकीय क्षेत्र और वर्तमान-वाहक कंडक्टरों की परस्पर क्रिया के माध्यम से। इलेक्ट्रिक मोटर्स अनेक विविध अनुप्रयोगों में पाए जाते हैं, जैसे पंखे, ब्लोअर, पंप, मशीनें, घरेलू उपकरण, विद्युत उपकरण और डिस्क ड्राइव। हजारों किलोवाट में रेटिंग वाली सबसे बड़ी इलेक्ट्रिक मोटरों का उपयोग बड़े जहाजों के प्रणोदन जैसे अनुप्रयोगों में किया जाता है। सबसे छोटी मोटरें इलेक्ट्रिक कलाई घड़ियों में हाथों को घुमाती 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 खराब कंडक्टर अधिक अपशिष्ट गर्मी उत्पन्न करते हैं।

इसकी उच्च विद्युत चालकता के कारण, तांबे का उपयोग सामान्यतः कॉइल वाइंडिंग्स, बियरिंग्स, कलेक्टरों, ब्रशों और मोटरों के कनेक्टर्स में किया जाता है, जिसमें उच्चतम गुणवत्ता वाली मोटरें भी सम्मिलित हैं। कॉपर की अन्य सामग्रियों की तुलना में अधिक चालकता मोटरों की विद्युत ऊर्जा दक्षता को बढ़ाती है। इस प्रकार उदाहरण के लिए, 1 हार्सपावर से ऊपर के निरंतर-उपयोग वाले प्रेरण-प्रकार के मोटर्स में लोड के हानि को कम करने के लिए, निर्माता सदैव 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 हानि 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 सामान्यतः उसके मानक समकक्ष की तुलना में स्टेटर वाइंडिंग में 20% अधिक तांबा होता है।

मोटर दक्षता में प्रारंभिक विकास स्टेटर वाइंडिंग के पैकिंग वजन को बढ़ाकर विद्युत के हानि को कम करने पर केंद्रित था। यह समझ में आता है क्योंकि विद्युत के हानि सामान्यतः सभी ऊर्जा हानिों के आधे से अधिक के लिए जिम्मेदार होते हैं, और स्टेटर हानि लगभग दो-तिहाई विद्युत के हानि के लिए जिम्मेदार होते हैं।

यद्यपि, बड़ी वाइंडिंग के माध्यम से मोटरों की विद्युत दक्षता बढ़ाने में हानि हैं। इस प्रकार यह मोटर आकार और निवेश को बढ़ाता है, जो उपकरणों और ऑटोमोबाइल जैसे अनुप्रयोगों में वांछनीय नहीं हो सकता है।

ट्रांसफार्मर में
एक ट्रांसफॉर्मर एक ऐसा उपकरण है जो विद्युत ऊर्जा को एक परिपथ से दूसरे परिपथ में अपने कॉइल (वाइंडिंग) के माध्यम से स्थानांतरित करता है। इस प्रकार मोटर वाइंडिंग के लिए आवश्यक गुण ट्रांसफार्मर के लिए आवश्यक गुणों के समान हैं, किन्तु ऑपरेटिंग तापमान पर यांत्रिक कंपन और केन्द्रापसारक बलों का सामना करने के लिए अतिरिक्त आवश्यकता होती है।

ट्रांसफार्मर की वाइंडिंग सामान्यतः  तांबे से बनाई जाती है किन्तु एल्यूमीनियम एक उपयुक्त प्रतियोगी है जहां वजन और पहली लागत निर्णायक कारक होती है। उत्तरी अमेरिका में, एल्युमीनियम 15 किलोवोल्ट-एम्पीयर (केवीए) से बड़े लो-वोल्टेज, ड्राई-टाइप ट्रांसफॉर्मर के लिए वाइंडिंग सामग्री का प्रमुख विकल्प है। इस प्रकार विश्व के अधिकांश अन्य क्षेत्रों में, तांबा प्रमुख वाइंडिंग सामग्री है। क्रय निर्णय सामान्यतः मुद्रा प्रति किलोवाट में व्यक्त हानि मूल्यांकन का एक कार्य है।

ट्रांसफॉर्मर वाइंडिंग्स के निर्माण के लिए उपयोग किया जाने वाला कॉपर छोटे उत्पादों के लिए तार के रूप में और बड़े उपकरणों के लिए पट्टी के रूप में होता है। इस प्रकार छोटे उत्पादों के लिए, तार को इतना शक्तिशाली 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 जिससे कि इंसुलेटिंग एनामेल्स वोल्टेज के अनुसार टूट न जाएं। पट्टी के बनने और पैक होने के लिए अच्छा लचीलापन आवश्यक है, जबकि सामयिक शॉर्ट-परिपथ स्थितियों के अनुसार स्थापित उच्च विद्युत -यांत्रिक तनावों का सामना करने के लिए अच्छी ताकत की आवश्यकता होती है। इस प्रकार 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।

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। यद्यपि, बड़े आकार के कंडक्टरों के उपयोग से एल्यूमीनियम की वाइंडिंग ताकत तांबे की वाइंडिंग के लगभग सामान्तर हो जाती है।

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। इस प्रकार तांबे के साथ ऑक्सीकरण को रोकने के लिए गुणवत्ता वाले संयुक्त यौगिक के साथ सफाई और ब्रश करना आवश्यक नहीं है।

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।