Sähköinen kaasu - toimintaperiaate ja käyttöesimerkkejä

Induktoria, jota käytetään häiriöiden vaimentamiseen, virtaaaltojen tasoittamiseen, energian varastoimiseen kelan tai sydämen magneettikenttään, piirin osien eristämiseen toisistaan ​​suurella taajuudella, kutsutaan kuristimeksi tai reaktoriksi (saksasta drosseln - to). raja, kiila).

Siksi kuristimen päätarkoitus sähköpiirissä on pitää itsestään virta tietyllä taajuusalueella tai kerätä energiaa tietyn ajan magneettikenttään.

Fyysisesti kelan virta ei voi muuttua välittömästi, se kestää rajallisen ajan, — seuraa suoraan tätä asentoa Lenzin hallinnosta.

Jos kelan läpi kulkevaa virtaa voidaan muuttaa välittömästi, kelan yli tulee ääretön jännite. Kelan itseinduktanssi, kun virta muuttuu, muodostaa itse jännitteen - Itseinduktion EMF… Tällä tavalla kuristin hidastaa virtaa.

Jos on tarpeen vaimentaa virran muuttuvaa komponenttia piirissä (ja kohina tai tärinä on vain esimerkki muuttuvasta komponentista), tällaiseen piiriin asennetaan kuristin - induktori, jolla on merkittävä induktiivinen vastus virralle häiriötaajuudella. Verkon aaltoilu vähenee huomattavasti, jos polulle asennetaan kuristin. Vastaavasti piirissä toimivat eri taajuiset signaalit voidaan erottaa tai eristää toisistaan.

Radiotekniikassa, sähkötekniikassa, mikroaaltotekniikassa käytetään suurtaajuisia yksiköiden virtoja hertseistä gigahertseihin. Matalat taajuudet 20 kHz:n sisällä viittaavat äänitaajuuksiin, joita seuraa ultraäänialue – 100 kHz asti ja lopuksi HF- ja mikroaaltoalue – yli 100 kHz, yksiköitä, kymmeniä ja satoja MHz.

Se on siis kaasu itseinduktiokela, jota käytetään suurena induktiivisena resistanssina tietyille vaihtovirroille.

Jos kuristimella on oltava suuri induktiivinen vastus matalataajuuksisille virroille, sillä on oltava suuri induktanssi ja tässä tapauksessa se on valmistettu teräsytimestä. Korkeataajuinen kuristin (joka edustaa suurta vastusta suurtaajuisille virroille) valmistetaan yleensä ilman sydäntä.

Matalataajuinen kuristin Se näyttää rautamuuntajalta, sillä ainoa ero on, että siinä on vain yksi kela. Käämitys on kääritty muuntajan teräsytimeen, jonka levyt on eristetty pyörrevirtojen vähentämiseksi.

Tällaisella kelalla on korkea induktanssi (yli 1 N), sillä on merkittävä vastustuskyky virran muutoksille sähköpiirissä, johon se on asennettu: jos virta alkaa laskea jyrkästi, kela tukee sitä, jos virta alkaa kasvaa jyrkästi, kela rajoittaa, se ei kerry jyrkästi.

Yksi kuristimien laajimmista käyttöalueista on korkeataajuiset piirit... Monikerroksiset tai yksikerroksiset kelat kelataan ferriitti- tai terässydämille tai niitä käytetään ollenkaan ilman ferromagneettisia ytimiä - vain muovirunko tai pelkkä lanka. piiri toimii keskipitkän ja pitkän kantaman aalloilla, jolloin poikkileikkauskäämitys on usein mahdollista.

Ferromagneettinen sydänkuristin on pienempi kuin ytimetön kuristin, jolla on sama induktanssi. Korkeilla taajuuksilla toimimiseen käytetään ferriitti- tai magnetodielektrisiä ytimiä, joilla on alhainen sisäinen kapasitanssi. Tällaiset kuristimet voivat toimia melko laajalla taajuusalueella.

Kuten tiedät, kuristimen pääparametri on induktanssi, kuten minkä tahansa kelan... Tämän parametrin yksikkö on henry, ja nimitys on Gn. Seuraava parametri on sähkövastus (tasavirrassa), mitattuna ohmeina (ohmeina).

Sitten on sellaisia ​​ominaisuuksia kuin sallittu jännite, nimellinen bias-virta ja tietysti laatutekijä, joka on erittäin tärkeä parametri erityisesti värähtelypiireissä. Erityyppisiä kuristimia käytetään nykyään laajalti useiden teknisten ongelmien ratkaisemiseen.

Kuristimen tyypit

Rikastimet ilman keloja on suunniteltu vaimentamaan korkeataajuista kohinaa sähköpiireissä. Ne ovat yleensä ferriittisydämiä, jotka on tehty onton sylinterin (tai O-renkaan) muodossa, jonka läpi lanka kulkee.

Tällaisen kuristimen reaktiivisuus matalilla taajuuksilla (mukaan lukien teollisuustaajuus) on pieni, ja korkeilla taajuuksilla (0,1 MHz ... 2,5 GHz) se on suuri. Siten, jos kaapelissa esiintyy suurtaajuisia häiriöitä, tällainen kuristin vaimentaa sen 10 ... 15 dB:n sisäänkytkentähäviöllä.Mangaani-sinkki- ja nikkeli-sinkkiferriittejä käytetään kuristimien magneettisten ytimien luomiseen ilman kierroksia.

AC kuristaa Käytetään laajalti vastuksina (induktiivisina) vastuksina, LR- ja LC-piirien elementteinä sekä AC-muuntimien lähtösuotimissa. Tällaisten kuristimien induktanssit ovat mikrohenrien kymmenesosista satoihin henryihin virroille ~ 1 mA - 10 A. Niissä on yksi kela, joka sijaitsee ferro- tai ferrimagneettisesta materiaalista tehdyssä magneettisydämessä.

AC-kuristimen suunnittelussa on otettava huomioon seuraavat tärkeimmät nimellisparametrit: vaadittu teho (virran suurin sallittu arvo), virran taajuus, arvo ja paino.

Laatukerrointa voidaan lisätä eri tavoilla. Magneettipiirien tuotannon kannalta on otettava huomioon, että ansioita voidaan lisätä seuraavista syistä:

• magneettisen materiaalin valinta, jolla on korkea magneettinen permeabiliteetti ja pienet häviöt;

• magneettipiirin poikkipinta-alan lisääminen;

• tuodaan ei-magneettinen aukko.

Tasoittaa kuristuksia — muuntajien osat, jotka on suunniteltu vähentämään jännitteen tai virran muuttuvaa komponenttia muuntimen tulossa tai lähdössä. Tällaisissa kuristimissa on yksi käämi, jonka virrassa (toisin kuin AC-kuristimissa) on sekä AC- että DC-komponentteja. Rikastin on kytketty sarjaan kuorman kanssa.

Rikastin on oltava suuri induktanssi (induktiivinen vastus). Käämityksessään havaitaan jännitteen vaihtokomponentin pudotus, kun taas vakiokomponentti (käämin pienestä aktiivisesta resistanssista johtuen) vapautuu kuormituksella.

Virtakomponentit luovat suoran magneettivuon (joka toimii magnetoijana) ja vaihtovuon kuristimen magneettipiiriin, sinimuotoinen… Virran vakiokomponentin johdosta magneettivuo (induktio) magneettipiirissä muuttuu alkuperäisen magnetointikäyrän mukaisesti, kun taas muuttuvan komponentin vuoksi magnetoinnin kääntyminen tapahtuu osajaksoissa vastaavilla virta-arvoilla.

Virran kasvaessa magneettivuon vaihtuva komponentti pienenee (vakiovaihtovirtakomponentilla), mikä johtaa differentiaalisen magneettisen permeabiliteetin laskuun ja vastaavasti kuristimen induktanssin pienenemiseen. Fyysisesti induktanssin pieneneminen magnetointivirran kasvaessa johtuu siitä, että tämän virran kasvaessa kuristimen magneettipiiri kyllästyy yhä enemmän.

Tukehtuminen kylläisyydestä käytetään säädettävinä induktiivisina reaktansseina AC-piireissä. Tällaisissa kuristimissa on vähintään kaksi käämiä, joista toinen (toimiva) kuuluu vaihtovirtapiiriin ja toinen (ohjaus) DC-piiriin Kyllästyskuristimien toimintaperiaate on käyttää käyrän B epälineaarisuutta (H) magneettipiireistä, kun ne on magnetoitu ohjaus- ja käyttövirroilla.

Tällaisten kuristimien magneettipiireissä ei ole ei-magneettista rakoa. Kyllästyskuristimien tärkeimmät ominaisuudet (verrattuna tasoituskuristimiin) ovat magneettipiirin magneettivuon muuttuvan komponentin huomattavasti suurempi arvo ja sen muutoksen sinimuotoisuus.

Elektronisten laitteiden kehitys asettaa erilaisia ​​vaatimuksia kuristimille, erityisesti se vaatii koon pienentämistä ja sähkömagneettisten häiriöiden tason pienentämistä olosuhteissa, joissa komponenttien kokoonpanotiheys on suuri. Tämän ongelman ratkaisemiseksi kehitettiin Pinta-asennuslevyyn perustuvat monikerroksiset ferriittisirusuodattimet.

Tällaiset laitteet valmistetaan ohutkalvotekniikalla. Substraatille kerrostetaan ohuita ferriittikerroksia (esimerkiksi taiwanilainen Chilisin Electronics käyttää Ni-Zn-ferriittiä), joiden väliin muodostuu puolikierroskelarakenne.

Kerrosten, joita voi olla useita satoja, kerrostamisen jälkeen tapahtuu sintraus, jonka aikana muodostuu tilavuuskäämi, jossa on ferriittimagneettinen ydin. Tämän rakenteen ansiosta hajakentät pienenevät minimiin ja vastaavasti elementtien keskinäinen vaikutus toisiinsa on käytännössä suljettu pois, koska voimalinjat ovat pääosin suljettuina magneettipiirin sisällä.

Ferriittisiruilla varustetut monikerrossuodattimet: a — tuotantotekniikka; b — ulkonäkö liittyy asteikkoon, jonka askelmitta on 1 mm

Monikerroksisia ferriittisirusuodattimia käytetään suurtaajuisten häiriöiden suodattamiseen kulutuselektroniikan, teholähteiden jne. teho- ja signaalipiireissä. Suurimmat sirusuodattimien valmistajat ovat Chilisin Electronics, TDK Corporation (Japani), Murata Manufacturing Co., Ltd (Japani), Vishay Intertechnology (USA) jne.

Magneettisydämiset kuristimet on valmistettu karbonyylirautapohjaisesta magneto-dielektrisestä käytetään radiolaitteissa, jotka toimivat alueella 0,5 … 100,0 MHz.

Kuristimissa voidaan käyttää magneettisydämiä, jotka on valmistettu kaikista tunnetuista pehmeistä magneettisista materiaaleista: sähköteräksistä, ferriiteistä, magnetodielektrikistä sekä tarkkuus-, amorfisista ja nanokiteisistä seoksista.

Toisin kuin muuntajien, magneettivahvistimien ja vastaavien laitteiden kuristimet, magneettipiiri keskittyy magneettivuon ja minimoi magneettihäviöt. Tässä tapauksessa magneettipiirin suorittama päätoiminto sulkee käytännössä pois sen valmistuksen magnetodielektrisestä materiaalista, jolla on alhainen suhteellinen magneettinen permeabiliteetti.

Laaja valikoima eri laatuisia ferriittejä, jotka on suunniteltu toimimaan taajuusalueilla, jotka ovat samankaltaisia ​​​​kuin magnetodielektriikka, kaventaa magnetodielektriikan käyttöaluetta valmistuksessa sähkömagneettisten laitteiden magneettiset piirit. 

Sovellus tukehtumiseen

Joten tarkoituksen mukaan sähkökuristimet jaetaan:

Toissijaisissa kytkentäsyötöissä toimivat AC-kuristimet. Kela varastoi ensisijaisen virtalähteen energian magneettikenttään ja siirtää sen sitten kuormaan. Käänteiset muuntimet, vahvistimet - ne käyttävät kuristimia, joskus useilla käämeillä, kuten muuntajia. Se toimii samalla tavalla loistelampun magneettinen liitäntälaite, käytetään sytyttämään ja ylläpitämään nimellisvirtaa.

Moottorin käynnistys kuristaa — käynnistys- ja jarruvirran rajoittimet. Tämä on tehokkaampaa kuin lämmön haihduttaminen vastusten yli. Sähkökäytöissä, joiden teho on enintään 30 kW, tällainen kaasu näyttää samalta kolmivaiheinen muuntaja (kolmivaiheisissa piireissä käytetään kolmivaiheisia kuristimia).

Kyllästyttävät kuristimetsitä käytetään jännitteen stabilaattoreissa ja ferroresonanssimuuntimissa (muuntaja muunnetaan osittain kuristimeksi) sekä magneettivahvistimissa, joissa ydin magnetoidaan piirin induktiivisen vastuksen muuttamiseksi.

Tasoittaa kuristuksialaitettu sisään suodattimet Tasasuunnatun virran aaltoilun poistamiseksi. Tasoittavat tehokuristimet olivat erittäin suosittuja putkivahvistimien kukoistusaikoina erittäin suurten kondensaattoreiden puutteen vuoksi. Tasasuuntaajan jälkeisen aallon tasoittamiseksi jouduttiin käyttämään kuristimia juuri oikein.

Virtapiireissä ollessaan tyhjiökaarilamput liitteenä kaasunvahvistimet — nämä olivat erikoisvahvistimia, joissa kuristimet toimivat lamppujen anodikuormituksena.

Kuristimessa Dp vapautunut lisääntynyt vaihtojännite syötetään seuraavan lampun verkkoon estokondensaattorin C kautta. On välttämätöntä vahvistaa suhteellisen kapeaa taajuusaluetta, eikä tällä kaistalla vaadita suurta vahvistuksen tasaisuutta.