Električni plin - princip delovanja in primeri uporabe

Induktor, ki se uporablja za dušenje motenj, glajenje tokovnih valov, shranjevanje energije v magnetnem polju tuljave ali jedra, izolacijo delov vezja drug od drugega pri visoki frekvenci, se imenuje dušilka ali reaktor (iz nemškega drosseln - do meja, klin).

Zato je glavni namen dušilke v električnem tokokrogu zadrževanje toka v določenem frekvenčnem območju ali akumulacija energije za določeno časovno obdobje v magnetnem polju.

Fizično se tok v tuljavi ne more takoj spremeniti, traja končen čas, — neposredno sledi temu položaju iz Lenzovega pravila.

Če je tok skozi tuljavo mogoče spremeniti v trenutku, se bo čez tuljavo pojavila neskončna napetost. Samoinduktivnost tuljave, ko se tok spremeni, sama ustvari napetost - EMF samoindukcije… Na ta način dušilka upočasni tok.

Če je treba v vezju zatreti spremenljivo komponento toka (in hrup ali vibracije so le primer spremenljive komponente), je v takem vezju nameščena dušilka - induktor, ki ima pomemben induktivni upor za tok pri frekvenci motenj. Valovanje v omrežju se bo močno zmanjšalo, če bo na poti nameščena dušilka. Podobno lahko signale različnih frekvenc, ki delujejo v vezju, ločimo ali izoliramo drug od drugega.

V radijski tehniki, v elektrotehniki, v mikrovalovni tehniki se uporabljajo visokofrekvenčni tokovi enot od hertz do gigahertz. Nizke frekvence znotraj 20 kHz se nanašajo na zvočne frekvence, ki jim sledi ultrazvočno območje — do 100 kHz in nazadnje HF in mikrovalovno območje — nad 100 kHz, enote, desetice in stotine MHz.

Torej je plin samoindukcijska tuljava, ki se uporablja kot velik induktivni upor za nekatere izmenične tokove.

V primeru, da mora imeti dušilka velik induktivni upor na nizkofrekvenčne tokove, mora imeti veliko induktivnost in je v tem primeru izdelana z jeklenim jedrom. Visokofrekvenčna dušilka (predstavlja visoko odpornost na visokofrekvenčne tokove) je običajno izdelana brez jedra.

Nizkofrekvenčna dušilka Izgleda kot železni transformator, le z eno tuljavo na sebi. Navitje je navito na jekleno jedro transformatorja, katerega plošče so izolirane za zmanjšanje vrtinčnih tokov.

Takšna tuljava ima visoko induktivnost (več kot 1 N), ima precejšnjo odpornost na vsako spremembo toka v električnem tokokrogu, kjer je nameščena: če začne tok močno upadati, jo tuljava podpira, če začne tok močno poveča, se bo tuljava omejila, ne bo se močno kopičila.

Eno najširših področij uporabe dušilk so visokofrekvenčna vezja... Večplastne ali enoslojne tuljave so navite na feritnih ali jeklenih jedrih ali pa se sploh uporabljajo brez feromagnetnih jeder - samo plastični okvir ali samo žica. vezje deluje na valovih srednjega in dolgega dosega , potem je pogosto možno sekcijsko navijanje.

Dušilka s feromagnetnim jedrom je manjša od dušilke brez jedra enake induktivnosti. Za delovanje pri visokih frekvencah se uporabljajo feritna ali magneto-dielektrična jedra, ki imajo nizko notranjo kapacitivnost. Takšne dušilke lahko delujejo v precej širokem frekvenčnem območju.

Kot veste, je glavni parameter dušilke induktivnost, tako kot vsaka tuljava ... Enota tega parametra je henry, oznaka pa Gn. Naslednji parameter je električni upor (v enosmernem toku), merjen v ohmih (ohm).

Potem so tu še lastnosti, kot so dovoljena napetost, nazivni prednapetostni tok in seveda kakovostni faktor, ki je izjemno pomemben parameter, še posebej za nihajna vezja. Različne vrste dušilk se danes pogosto uporabljajo za reševanje najrazličnejših inženirskih problemov.

Vrste dušilk

Dušilke brez tuljav so zasnovani za dušenje visokofrekvenčnega šuma v električnih tokokrogih. Običajno so feritno jedro, izdelano v obliki votlega valja (ali O-tesnila), skozi katerega poteka žica.

Reaktivnost takšne dušilke pri nizkih frekvencah (vključno z industrijsko frekvenco) je majhna, pri visokih frekvencah (0,1 MHz ... 2,5 GHz) pa velika. Torej, če v kablu pride do visokofrekvenčnih motenj, jih takšna dušilka zaduši z vstavljeno izgubo 10 ... 15 dB.Za ustvarjanje magnetnih jeder dušilk brez zavojev se uporabljajo mangan-cink in nikelj-cink feriti.

AC dušilke se pogosto uporabljajo kot upori (induktivni) upori, elementi LR- in LC-vezij, pa tudi v izhodnih filtrih AC pretvornikov. Takšne dušilke so izdelane z induktivnostmi od desetin mikrohenrijev do stotin henrijev za tokove od ~ 1 mA do 10 A. Imajo eno tuljavo, nameščeno na magnetnem jedru iz fero- ali feromagnetnega materiala.

Pri načrtovanju AC dušilke je treba upoštevati naslednje glavne nazivne parametre: zahtevano moč (največja dovoljena vrednost toka), frekvenco toka, dostojanstvo in težo.

Faktor kakovosti je mogoče povečati na različne načine. Z vidika proizvodnje magnetnih vezij je treba upoštevati, da se zasluga lahko poveča zaradi:

• izbor magnetnega materiala z visoko magnetno prepustnostjo in majhnimi izgubami;

• povečanje površine prečnega prereza magnetnega vezja;

• uvedbo nemagnetne vrzeli.

Glajenje dušilk — elementi pretvornikov, zasnovani za zmanjšanje spremenljive komponente napetosti ali toka na vhodu ali izhodu pretvornika. Takšne dušilke imajo eno samo navitje, v toku katerega sta (za razliko od AC dušilk) prisotni tako AC kot DC komponenta. Dušilna tuljava je zaporedno povezana z bremenom.

Dušilka mora imeti veliko induktivnost (induktivni upor). Pri njegovem navitju opazimo padec izmenične komponente napetosti, medtem ko se konstantna komponenta (zaradi majhnega aktivnega upora navitja) sprosti pri obremenitvi.

Komponente toka ustvarjajo neposredni magnetni tok (ki deluje kot magnetizator) in izmenični tok v magnetnem krogu dušilke, sinusno… Zaradi konstantne komponente toka se magnetni pretok (indukcija) v magnetnem krogu spreminja skladno z začetno krivuljo magnetizacije, medtem ko zaradi spremenljive komponente poteka obrat magnetizacije v delnih ciklih pri pripadajočih vrednostih toka.

Z naraščanjem toka se izmenična komponenta magnetnega pretoka zmanjša (pri konstantni komponenti izmeničnega toka), kar vodi do zmanjšanja diferencialne magnetne prepustnosti in s tem do zmanjšanja induktivnosti dušilke. Fizično je zmanjšanje induktivnosti z naraščajočim magnetizacijskim tokom posledica dejstva, da z naraščanjem tega toka postaja magnetno vezje dušilke vedno bolj nasičeno.

Zadušitev zaradi nasičenosti se uporabljajo kot nastavljive induktivne reaktanse v AC tokokrogih. Takšne dušilke imajo vsaj dve navitji, od katerih je ena (delovna) vključena v tokokrog izmeničnega toka, druga (krmilna) pa v tokokrog enosmernega toka.Načelo delovanja nasičenih dušilk je uporaba nelinearnosti krivulje B. (H) magnetnih tokokrogov, ko so magnetizirani s krmilnim in delovnim tokom.

Magnetna vezja takih dušilk nimajo nemagnetne reže. Glavne značilnosti nasičenih dušilk (v primerjavi z gladilnimi dušilkami) so bistveno višja vrednost spremenljive komponente magnetnega pretoka v magnetnem vezju in sinusna narava njegove spremembe.

Razvoj elektronske opreme nalaga drugačne zahteve za dušilke, zlasti zahteva zmanjšanje velikosti in zmanjšanje ravni elektromagnetnih motenj v pogojih visoke gostote sklopa komponent. Za rešitev tega problema so bili razviti večplastni feritni čipni filtri na osnovi plošče za površinsko montažo.

Takšne naprave so izdelane s tehnologijo tankega filma. Na substrat so nanesene tanke plasti ferita (tajvansko podjetje Chilisin Electronics na primer uporablja Ni-Zn ferit), med katerimi se oblikuje struktura polobratne tuljave.

Po nanosu plasti, katerih število lahko doseže več sto, pride do sintranja, med katerim se oblikuje volumska tuljava s feritnim magnetnim jedrom. Zahvaljujoč tej zasnovi so razpršena polja zmanjšana na minimum in posledično je medsebojni vpliv elementov drug na drugega praktično izključen, saj so silnice v glavnem zaprte znotraj magnetnega vezja.

Večplastni filtri s feritnimi čipi: a — proizvodna tehnologija; b - videz glede na lestvico s korakom 1 mm

Večplastni feritni čipni filtri se uporabljajo za filtriranje visokofrekvenčnih motenj v napajalnih in signalnih tokokrogih potrošniške elektronike, napajalnikov itd. Glavni proizvajalci čip filtrov so Chilisin Electronics, TDK Corporation (Japonska), Murata Manufacturing Co., Ltd (Japonska), Vishay Intertechnology (ZDA) itd.

Dušilke z magnetnim jedrom iz magnetnega dielektrika na osnovi karbonilnega železa se uporabljajo v radijski opremi, ki deluje v območju 0,5 … 100,0 MHz.

V dušilkah se lahko uporabljajo magnetna jedra iz vseh znanih mehkih magnetnih materialov: elektrotehnična jekla, feriti, magneto-dielektriki, pa tudi precizne, amorfne in nanokristalne zlitine.

Za razliko od dušilk v transformatorjih, magnetnih ojačevalnikih in podobnih napravah služi magnetno vezje za koncentracijo magnetnega pretoka ob zmanjšanju magnetnih izgub. V tem primeru glavna funkcija, ki jo opravlja magnetno vezje, praktično izključuje njegovo izdelavo iz magneto-dielektričnega materiala, ki ima nizko relativno magnetno prepustnost.

Široka paleta feritov različnih stopenj, zasnovanih za delovanje v frekvenčnih območjih, podobnih magnetodielektrikom, zožuje obseg uporabe magnetodielektrikov v proizvodnji magnetna vezja elektromagnetnih naprav. 

Aplikacija za zadušitev

Torej, po namenu so električne dušilke razdeljene na:

AC dušilke, ki delujejo v sekundarnem stikalnem napajanju. Tuljava shrani energijo primarnega vira energije v svojem magnetnem polju, nato pa jo prenese na breme. Invertni pretvorniki, ojačevalniki - uporabljajo dušilke, včasih z več navitji, kot transformatorji. Deluje na podoben način magnetna predstikalna naprava fluorescenčne sijalke, ki se uporablja za vžig in vzdrževanje nazivnega toka.

Dušilke za zagon motorja — omejevalniki zagonskega in zavornega toka. To je bolj učinkovito kot odvajanje moči kot toplote preko uporov. Pri električnih pogonih z močjo do 30 kW je takšen plin videti podobno trifazni transformator (trifazne dušilke se uporabljajo v trifaznih tokokrogih).

Nasičene dušilkeuporablja se v napetostnih stabilizatorjih in feroresonančnih pretvornikih (transformator je delno pretvorjen v dušilko), pa tudi v magnetnih ojačevalnikih, kjer je jedro magnetizirano, da se spremeni induktivni upor vezja.

Glajenje dušilkuporabljeno v filtri za odstranitev valovanja popravljenega toka. Gladilne močnostne dušilke so bile zelo priljubljene v času razcveta cevnih ojačevalnikov zaradi pomanjkanja zelo velikih kondenzatorjev. Za glajenje valovanja po usmerniku je bilo treba dušilke ravno prav uporabiti.

Medtem ko je v napajalnih tokokrogih vakuumske obločne sijalke priloženo ojačevalci plina - to so bili posebni ojačevalniki, v katerih so dušilke služile kot anodne obremenitve za svetilke.

Povečana izmenična napetost, ki se sprosti na dušilki Dp, se napaja na mrežo naslednje svetilke skozi blokirni kondenzator C. potrebno je ojačati razmeroma ozko frekvenčno območje in v tem pasu ni potrebna velika enakomernost ojačanja.