Elektrisk gasreglage - funktionsprincip och exempel på användning

En induktor som används för att undertrycka interferens, för att jämna ut strömvågor, för att lagra energi i magnetfältet i en spole eller kärna, för att isolera delar av en krets från varandra vid hög frekvens, kallas en choke eller reaktor (från tyska drosseln — till gräns, kil).

Därför är huvudsyftet med en choke i en elektrisk krets att hålla på sig en ström i ett visst frekvensområde eller att ackumulera energi under en viss tidsperiod i ett magnetfält.

Fysiskt kan strömmen i spolen inte ändras omedelbart, det tar en ändlig tid, — följer direkt denna position från Lenz regel.

Om strömmen genom spolen kan ändras omedelbart, kommer en oändlig spänning att uppstå över spolen. Spolens självinduktans, när strömmen ändras, skapar en spänning av sig själv - EMF för självinduktion… På så sätt saktar choken ner strömmen.

Om det är nödvändigt att undertrycka den variabla komponenten av strömmen i kretsen (och brus eller vibrationer är bara ett exempel på en variabel komponent), installeras en choke i en sådan krets - induktor, som har en betydande induktiv resistans för strömmen vid interferensfrekvensen. Ripplingar i nätverket kommer att minska avsevärt om en choke installeras på banan. På liknande sätt kan signaler med olika frekvenser som verkar i kretsen separeras eller isoleras från varandra.

Inom radioteknik, inom elektroteknik, i mikrovågsteknik används högfrekventa strömmar av enheter från hertz till gigahertz. Låga frekvenser inom 20 kHz hänvisar till ljudfrekvenser, följt av ultraljudsområdet — upp till 100 kHz och slutligen HF- och mikrovågsområdet — över 100 kHz, enheter, tiotals och hundratals MHz.

Så det är gasreglaget självinduktionsspole, används som ett stort induktivt motstånd för vissa växelströmmar.

Om choken måste ha ett stort induktivt motstånd mot lågfrekventa strömmar måste den ha en stor induktans och i detta fall är den gjord med en stålkärna. En högfrekvent drossel (som representerar ett högt motstånd mot högfrekventa strömmar) görs vanligtvis utan kärna.

Lågfrekvent choke Den ser ut som en järntransformator, med den enda skillnaden att den bara har en spole på sig. Lindningen är lindad på en stålkärna i en transformator vars plattor är isolerade för att minska virvelströmmar.

En sådan spole har en hög induktans (mer än 1 N), den har betydande motstånd mot varje förändring i strömmen i den elektriska kretsen där den är installerad: om strömmen börjar minska kraftigt stöder spolen den, om strömmen börjar öka kraftigt, spolen kommer att begränsa, den kommer inte att ackumuleras kraftigt.

Ett av de bredaste användningsområdena för chokes är högfrekvenskretsar... Flerskikts- eller enskiktsspolar lindas på ferrit- eller stålkärnor eller används helt utan ferromagnetiska kärnor - endast en plastram eller endast tråd. kretsen arbetar på vågor av medel- och lång räckvidd, då är en sektionslindning ofta möjlig.

En ferromagnetisk kärndross är mindre än en kärnlös choke med samma induktans. För drift vid höga frekvenser används ferrit- eller magneto-dielektriska kärnor, som har en låg intern kapacitans. Sådana drosslar kan arbeta över ett ganska brett frekvensområde.

Som ni vet är chokens huvudparameter induktansen, som vilken spole som helst... Enheten för denna parameter är Henry, och beteckningen är Gn. Nästa parameter är det elektriska motståndet (i likström), mätt i ohm (ohm).

Sedan finns det sådana egenskaper som den tillåtna spänningen, den nominella förspänningsströmmen och naturligtvis kvalitetsfaktorn, vilket är en extremt viktig parameter, speciellt för oscillerande kretsar. Olika typer av chokes används i stor utsträckning idag för att lösa en mängd olika tekniska problem.

Typer av chokes

Chokes utan spolar är utformade för att dämpa högfrekvent brus i elektriska kretsar. De är vanligtvis en ferritkärna gjord i form av en ihålig cylinder (eller O-ring) genom vilken tråden passerar.

Reaktiviteten hos en sådan choke vid låga frekvenser (inklusive industriell frekvens) är liten, och vid höga frekvenser (0,1 MHz ... 2,5 GHz) är den stor. Således, om högfrekventa störningar uppstår i kabeln, undertrycker en sådan choke den med en insättningsförlust på 10 ... 15 dB.Mangan-zink och nickel-zink ferriter används för att skapa magnetiska kärnor av chokes utan varv.

AC-chokes används ofta som motstånd (induktiva) motstånd, element i LR- och LC-kretsar, såväl som i utgångsfiltren för AC-omvandlare. Sådana chokes är gjorda med induktanser från tiondels mikrohenries till hundratals henries för strömmar från ~1 mA till 10 A. De har en enda spole placerad på en magnetisk kärna gjord av ferro- eller ferrimagnetiskt material.

Vid konstruktion av en AC-drossel är det nödvändigt att ta hänsyn till följande nominella huvudparametrar: den erforderliga effekten (det mest tillåtna värdet på strömmen), strömmens frekvens, värdighet och vikt.

Kvalitetsfaktorn kan höjas med olika metoder. Med tanke på produktionen av magnetiska kretsar är det nödvändigt att ta hänsyn till att förtjänsten kan ökas på grund av:

• val av magnetiskt material med hög magnetisk permeabilitet och låga förluster;

• öka tvärsnittsarean för den magnetiska kretsen;

• införa ett icke-magnetiskt gap.

Utjämna chokes — Element i omvandlare utformade för att reducera den variabla komponenten av spänningen eller strömmen vid omvandlarens ingång eller utgång. Sådana droslar har en enda lindning i vars ström (till skillnad från AC-drossel) både AC- och DC-komponenter finns. Chokespolen är seriekopplad med lasten.

Choken måste ha en stor induktans (induktivt motstånd). Vid dess lindning observeras ett fall i den alternerande komponenten av spänningen, medan den konstanta komponenten (på grund av lindningens lilla aktiva motstånd) släpps vid belastningen.

Strömkomponenterna skapar ett direkt magnetiskt flöde (som fungerar som en magnetiserare) och ett alternerande flöde i den magnetiska strömkretsen, sinus-… På grund av strömmens konstanta komponent ändras det magnetiska flödet (induktionen) i magnetkretsen i enlighet med den initiala magnetiseringskurvan, medan magnetiseringsomkastningen på grund av den variabla komponenten sker i delcykler vid motsvarande strömvärden.

När strömmen ökar, minskar växelkomponenten av det magnetiska flödet (vid en konstant växelströmskomponent), vilket leder till en minskning av den differentiella magnetiska permeabiliteten och följaktligen till en minskning av chokens induktans. Fysiskt sett beror minskningen av induktansen med ökande magnetiseringsström på att när denna ström ökar blir chokens magnetiska krets mer och mer mättad.

Kvävning av mättnad används som justerbara induktiva reaktanser i AC-kretsar. Sådana drosslar har minst två lindningar, varav en (fungerande) ingår i växelströmskretsen och den andra (kontroll) - i DC-kretsen. Principen för drift av mättnadsdrossel är att använda olinjäriteten hos kurvan B (H) för de magnetiska kretsarna, när de magnetiseras av styr- och driftströmmarna.

De magnetiska kretsarna hos sådana drosslar har inget icke-magnetiskt gap. Huvudegenskaperna hos mättnadsdrosslar (jämfört med utjämningsdrosslar) är det betydligt högre värdet på den variabla komponenten av det magnetiska flödet i den magnetiska kretsen och den sinusformade karaktären av dess förändring.

Utvecklingen av elektronisk utrustning ställer olika krav på drosslar, i synnerhet kräver den en minskning i storlek och en minskning av nivån av elektromagnetisk interferens under förhållanden med hög komponenttäthet. För att lösa detta problem utvecklades flerskikts ferritchipfilter baserade på en ytmonterad skiva.

Sådana enheter tillverkas med tunnfilmsteknik. Tunna lager av ferrit avsätts på substratet (till exempel använder det taiwanesiska företaget Chilisin Electronics Ni-Zn ferrit), mellan vilka en halvvarvs spolestruktur bildas.

Efter avsättning av skikt, vars antal kan nå flera hundra, sker sintring, under vilken en volymspole med en ferritmagnetisk kärna bildas. Tack vare denna design reduceras ströfälten till ett minimum och följaktligen är den ömsesidiga påverkan av elementen på varandra praktiskt taget utesluten, eftersom kraftlinjerna huvudsakligen är stängda inuti den magnetiska kretsen.

Flerskiktsfilter med ferritflis: a — Produktionsteknik. b — utseende relaterat till en skala med ett steg på 1 mm

Flerskiktiga ferritchipfilter används för att filtrera högfrekventa störningar i ström- och signalkretsarna för konsumentelektronik, nätaggregat, etc. De största tillverkarna av chipfilter är Chilisin Electronics, TDK Corporation (Japan), Murata Manufacturing Co., Ltd (Japan), Vishay Intertechnology (USA), etc.

Magnetiska kärndrosslar gjorda av karbonyljärnbaserade magnetodielektriska används i radioutrustning som arbetar inom området 0,5 … 100,0 MHz.

I chokes kan magnetiska kärnor gjorda av alla kända mjuka magnetiska material användas: elektriska stål, ferriter, magneto-dielektriska samt precisions, amorfa och nanokristallina legeringar.

Till skillnad från chokes i transformatorer, magnetiska förstärkare och liknande enheter, tjänar den magnetiska kretsen till att koncentrera det magnetiska flödet samtidigt som magnetiska förluster minimeras. I detta fall utesluter huvudfunktionen som utförs av den magnetiska kretsen praktiskt taget dess tillverkning från ett magneto-dielektriskt material som har en låg relativ magnetisk permeabilitet.

Ett brett utbud av ferriter av olika kvaliteter utformade för att fungera i frekvensområden som liknar magnetodielektrikum begränsar användningsområdet för magnetodielektrika för tillverkning magnetiska kretsar av elektromagnetiska anordningar. 

App för kvävning

Så efter syfte är elektriska choker indelade i:

AC-drossel arbetar i sekundära strömförsörjningar. Spolen lagrar energin från den primära kraftkällan i dess magnetfält och överför den sedan till lasten. Inverterande omvandlare, förstärkare - de använder chokes, ibland med flera lindningar, som transformatorer. Det fungerar på liknande sätt magnetiska förkopplingsdon från ett lysrör, används för att tända och bibehålla märkströmmen.

Motorns startchokes — start- och bromsströmbegränsare. Detta är mer effektivt än att avleda kraft som värme över motstånd. För elektriska enheter med en effekt på upp till 30 kW ser en sådan gasreglage liknande ut trefas transformator (trefas-drossel används i trefaskretsar).

Mättande chokesden används i spänningsstabilisatorer och ferroresonantomvandlare (transformatorn omvandlas delvis till en choke), såväl som i magnetiska förstärkare, där kärnan magnetiseras för att ändra kretsens induktiva resistans.

Utjämna chokestillämpas i filter för att ta bort den likriktade strömrippeln. Utjämnande kraftdrosslar var mycket populära under tubförstärkarnas storhetstid på grund av bristen på mycket stora kondensatorer. För att jämna ut vågen efter likriktaren behövde choken användas helt rätt.

I kraftkretsar vakuumbågslampor bifogad gaspådragare — det var speciella förstärkare i vilka choken fungerade som anodlaster för lamporna.

Den ökade växelspänningen som frigörs vid drosseln Dp matas till nästa lampas rutnät genom blockeringskondensatorn C. Det är nödvändigt att förstärka ett relativt smalt frekvensområde och ingen större enhetlighet i förstärkningen krävs i detta band.