Elektrický plyn - princíp činnosti a príklady použitia

Induktor používaný na potlačenie rušenia, na vyhladenie prúdových vĺn, na ukladanie energie v magnetickom poli cievky alebo jadra, na izoláciu častí obvodu od seba pri vysokej frekvencii sa nazýva tlmivka alebo reaktor (z nem. drosseln — na limit, klin).

Preto je hlavným účelom tlmivky v elektrickom obvode udržať na sebe prúd v určitom frekvenčnom rozsahu alebo akumulovať energiu počas určitého časového obdobia v magnetickom poli.

Fyzicky sa prúd v cievke nemôže zmeniť okamžite, trvá to konečný čas, — priamo nasleduje túto polohu z Lenzovho pravidla.

Ak sa prúd cez cievku môže okamžite zmeniť, potom sa na cievke objaví nekonečné napätie. Vlastná indukčnosť cievky, keď sa prúd zmení, sama vytvorí napätie — EMF samoindukcie... Týmto spôsobom tlmivka spomaľuje prúd.

Ak je potrebné potlačiť premennú zložku prúdu v obvode (a hluk alebo vibrácie sú len príkladom premennej zložky), potom je v takomto obvode nainštalovaná tlmivka — induktor, ktorý má významný indukčný odpor pre prúd pri interferenčnej frekvencii. Zvlnenie v sieti sa výrazne zníži, ak je na ceste nainštalovaná tlmivka. Podobne signály rôznych frekvencií pracujúce v obvode môžu byť oddelené alebo izolované od seba.

V rádiotechnike, v elektrotechnike, v mikrovlnnej technike sa používajú vysokofrekvenčné prúdy jednotiek od hertzov po gigahertz. Nízke frekvencie do 20 kHz sa vzťahujú na zvukové frekvencie, za nimi nasleduje ultrazvukový rozsah – do 100 kHz a nakoniec HF a mikrovlnný rozsah – nad 100 kHz, jednotky, desiatky a stovky MHz.

Takže je to plyn samoindukčná cievka, ktorý sa používa ako veľký indukčný odpor pre určité striedavé prúdy.

V prípade, že tlmivka musí mať veľký indukčný odpor voči nízkofrekvenčným prúdom, musí mať veľkú indukčnosť a v tomto prípade je vyrobená s oceľovým jadrom. Vysokofrekvenčná tlmivka (predstavujúca vysokú odolnosť voči vysokofrekvenčným prúdom) sa zvyčajne vyrába bez jadra.

Nízkofrekvenčná tlmivka Vyzerá ako železný transformátor, len s tým rozdielom, že má na sebe len jednu cievku. Vinutie je navinuté na oceľovom jadre transformátora, ktorého dosky sú izolované, aby sa znížili vírivé prúdy.

Takáto cievka má vysokú indukčnosť (viac ako 1 N), má značnú odolnosť voči akejkoľvek zmene prúdu v elektrickom obvode, kde je inštalovaná: ak prúd začne prudko klesať, cievka ju podoprie, ak sa prúd začne prudko zvýši, cievka obmedzí, nebude sa prudko hromadiť.

Jednou z najširších oblastí použitia tlmiviek sú vysokofrekvenčné obvody... Viacvrstvové alebo jednovrstvové cievky sú navinuté na feritových alebo oceľových jadrách alebo sa používajú úplne bez feromagnetických jadier - iba plastový rám alebo len drôt. obvod pracuje na vlnách stredného a dlhého dosahu, potom je často možné sekčné vinutie.

Feromagnetická tlmivka s jadrom je menšia ako bezjadrová tlmivka s rovnakou indukčnosťou. Na prevádzku pri vysokých frekvenciách sa používajú feritové alebo magnetodielektrické jadrá, ktoré majú nízku vnútornú kapacitu. Takéto tlmivky môžu pracovať v pomerne širokom frekvenčnom rozsahu.

Ako viete, hlavným parametrom tlmivky je indukčnosť, ako každá cievka... Jednotkou tohto parametra je henry a označenie je Gn. Ďalším parametrom je elektrický odpor (v jednosmernom prúde), meraný v ohmoch (ohmoch).

Potom sú tu také charakteristiky ako prípustné napätie, menovitý prúd predpätia a samozrejme faktor kvality, čo je mimoriadne dôležitý parameter najmä pre oscilačné obvody. Rôzne typy tlmiviek sú dnes široko používané na riešenie širokej škály technických problémov.

Typy tlmiviek

Tlmivky bez cievok sú určené na potlačenie vysokofrekvenčného šumu v elektrických obvodoch. Zvyčajne ide o feritové jadro vyrobené vo forme dutého valca (alebo O-krúžku), cez ktorý prechádza drôt.

Reaktivita takejto tlmivky pri nízkych frekvenciách (vrátane priemyselnej frekvencie) je malá a pri vysokých frekvenciách (0,1 MHz ... 2,5 GHz) je veľká. Ak sa teda v kábli vyskytne vysokofrekvenčné rušenie, potom ho takáto tlmivka potlačí s vloženou stratou 10 ... 15 dB.Na vytvorenie magnetických jadier tlmiviek bez závitov sa používajú mangán-zinkové a nikel-zinkové ferity.

AC tlmivky sú široko používané ako odpory (indukčné) odpory, prvky LR- a LC-obvodov, ako aj vo výstupných filtroch striedavých meničov. Takéto tlmivky sa vyrábajú s indukčnosťami od desatín mikrohenry do stoviek henry pre prúdy od ~ 1 mA do 10 A. Majú jedinú cievku umiestnenú na magnetickom jadre vyrobenom z fero- alebo ferimagnetického materiálu.

Pri návrhu striedavej tlmivky je potrebné brať do úvahy tieto hlavné menovité parametre: požadovaný výkon (najprípustnejšia hodnota prúdu), frekvenciu prúdu, dôstojnosť a hmotnosť.

Faktor kvality možno zvýšiť rôznymi metódami. Z hľadiska výroby magnetických obvodov je potrebné vziať do úvahy, že zásluhy sa môžu zvýšiť v dôsledku:

• výber magnetického materiálu s vysokou magnetickou permeabilitou a nízkymi stratami;

• zväčšenie plochy prierezu magnetického obvodu;

• zavedenie nemagnetickej medzery.

Vyhladzujúce tlmivky — prvky prevodníkov určené na zníženie premenlivej zložky napätia alebo prúdu na vstupe alebo výstupe prevodníka. Takéto tlmivky majú jediné vinutie, v ktorého prúde sú (na rozdiel od striedavých tlmiviek) prítomné striedavé aj jednosmerné zložky. Tlmivka je zapojená do série so záťažou.

Tlmivka musí mať veľkú indukčnosť (indukčný odpor). Pri jeho vinutí je pozorovaný pokles striedavej zložky napätia, pričom konštantná zložka (v dôsledku malého aktívneho odporu vinutia) sa pri záťaži uvoľňuje.

Prúdové zložky vytvárajú priamy magnetický tok (ktorý pôsobí ako magnetizér) a striedavý tok v magnetickom obvode tlmivky, sínusový... V dôsledku konštantnej zložky prúdu sa magnetický tok (indukcia) v magnetickom obvode mení podľa počiatočnej magnetizačnej krivky, zatiaľ čo v dôsledku premenlivej zložky prebieha obrátenie magnetizácie v čiastkových cykloch pri zodpovedajúcich hodnotách prúdu.

Pri zvyšovaní prúdu sa striedavá zložka magnetického toku zmenšuje (pri konštantnej zložke striedavého prúdu), čo vedie k zníženiu diferenciálnej magnetickej permeability a tým aj k zníženiu indukčnosti tlmivky. Fyzikálne je pokles indukčnosti so zvyšujúcim sa magnetizačným prúdom spôsobený tým, že ako sa tento prúd zvyšuje, magnetický obvod tlmivky sa stáva stále viac nasýteným.

Dusenie od nasýtenia sa používajú ako nastaviteľné indukčné reaktancie v striedavých obvodoch. Takéto tlmivky majú najmenej dve vinutia, z ktorých jedno (pracovné) je zahrnuté v obvode striedavého prúdu a druhé (riadiace) - v obvode jednosmerného prúdu Princíp činnosti saturačných tlmiviek spočíva v použití nelinearity krivky B (H) magnetických obvodov, keď sú zmagnetizované riadiacimi a prevádzkovými prúdmi.

Magnetické obvody takýchto tlmiviek nemajú žiadnu nemagnetickú medzeru. Hlavnými charakteristikami saturačných tlmiviek (v porovnaní s vyhladzovacími tlmivkami) sú výrazne vyššia hodnota premennej zložky magnetického toku v magnetickom obvode a sínusový charakter jeho zmeny.

Vývoj elektronických zariadení kladie rôzne požiadavky na tlmivky, vyžaduje najmä zmenšenie rozmerov a zníženie úrovne elektromagnetického rušenia v podmienkach vysokej hustoty montáže komponentov. Na vyriešenie tohto problému boli vyvinuté viacvrstvové feritové čipové filtre založené na doske pre povrchovú montáž.

Takéto zariadenia sa vyrábajú pomocou technológie tenkých vrstiev. Na substráte sú nanesené tenké vrstvy feritu (napríklad taiwanská spoločnosť Chilisin Electronics používa ferit Ni-Zn), medzi ktorými sa vytvorí polovičná špirálová štruktúra.

Po nanesení vrstiev, ktorých počet môže dosiahnuť niekoľko stoviek, dochádza k spekaniu, pri ktorom vzniká objemová cievka s feritovým magnetickým jadrom. Vďaka tejto konštrukcii sú rozptylové polia znížené na minimum, a preto je vzájomný vplyv prvkov na seba prakticky vylúčený, pretože siločiary sú uzavreté hlavne vo vnútri magnetického obvodu.

Viacvrstvové filtre s feritovými čipmi: a — výrobná technológia; b — vzhľad súvisiaci so stupnicou s krokom 1 mm

Viacvrstvové feritové čipové filtre sa používajú na filtrovanie vysokofrekvenčného rušenia v napájacích a signálových obvodoch spotrebnej elektroniky, napájacích zdrojov atď. Hlavnými výrobcami čipových filtrov sú Chilisin Electronics, TDK Corporation (Japonsko), Murata Manufacturing Co., Ltd (Japonsko), Vishay Intertechnology (USA) atď.

Magnetické tlmivky vyrobené z magnetodielektrika na báze karbonylového železa sa používajú v rádiových zariadeniach pracujúcich v rozsahu 0,5 … 100,0 MHz.

V tlmivkách možno použiť magnetické jadrá vyrobené zo všetkých známych mäkkých magnetických materiálov: elektroocele, ferity, magnetodielektriká, ako aj presné, amorfné a nanokryštalické zliatiny.

Na rozdiel od tlmiviek v transformátoroch, magnetických zosilňovačoch a podobných zariadeniach slúži magnetický obvod na sústredenie magnetického toku pri minimalizácii magnetických strát. V tomto prípade hlavná funkcia vykonávaná magnetickým obvodom prakticky vylučuje jeho výrobu z magneto-dielektrického materiálu, ktorý má nízku relatívnu magnetickú permeabilitu.

Široká škála feritov rôznych akostí navrhnutých na prevádzku vo frekvenčných rozsahoch podobných magnetodielektrikám zužuje rozsah použitia magnetodielektrík na výrobu magnetické obvody elektromagnetických zariadení. 

Aplikácia na dusenie

Takže podľa účelu sú elektrické tlmivky rozdelené na:

AC tlmivky pracujúce v sekundárnych spínacích zdrojoch. Cievka uchováva energiu primárneho zdroja energie vo svojom magnetickom poli a potom ju prenáša do záťaže. Invertné meniče, zosilňovače - používajú tlmivky, niekedy s viacerými vinutiami, ako transformátory. Funguje to podobným spôsobom magnetický predradník žiarivky, slúži na zapálenie a udržanie menovitého prúdu.

Tlmivky štartovania motora — obmedzovače štartovacieho a brzdného prúdu. Je to efektívnejšie ako rozptýlenie energie vo forme tepla cez odpory. Pri elektrických pohonoch s výkonom do 30 kW vyzerá takáto škrtiaca klapka podobne trojfázový transformátor (trojfázové tlmivky sa používajú v trojfázových obvodoch).

Sýtiace tlmivkypoužíva sa v stabilizátoroch napätia a ferorezonančných meničoch (transformátor je čiastočne premenený na tlmivku), ako aj v magnetických zosilňovačoch, kde sa magnetizuje jadro za účelom zmeny indukčného odporu obvodu.

Vyhladzujúce tlmivkyaplikovaný v filtre na odstránenie usmerneného zvlnenia prúdu. Vyhladzovacie výkonové tlmivky boli veľmi populárne počas rozkvetu elektrónkových zosilňovačov kvôli nedostatku veľmi veľkých kondenzátorov. Na vyhladenie vlny po usmerňovači bolo treba použiť tlmivky tak akurát.

Zatiaľ čo v silových obvodoch vákuové oblúkové lampy pripojený posilňovače plynu — boli to špeciálne zosilňovače, v ktorých tlmivky slúžili ako anódové záťaže pre lampy.

Zvýšené striedavé napätie uvoľnené na tlmivke Dp sa cez blokovací kondenzátor C privádza na mriežku ďalšej lampy. je potrebné zosilniť relatívne úzky frekvenčný rozsah a v tomto pásme nie je potrebná veľká rovnomernosť zosilnenia.