Elektriskā droseļvārsts - darbības princips un lietošanas piemēri

Induktors, ko izmanto, lai nomāktu traucējumus, izlīdzinātu strāvas viļņus, lai uzglabātu enerģiju spoles vai serdeņa magnētiskajā laukā, lai augstā frekvencē izolētu ķēdes daļas vienu no otras, tiek saukts par droseli vai reaktoru (no vācu drosseln — līdz robeža, ķīlis).

Tāpēc droseles galvenais mērķis elektriskā ķēdē ir noturēt strāvu noteiktā frekvenču diapazonā vai uzkrāt enerģiju uz noteiktu laiku magnētiskajā laukā.

Fiziski strāva spolē nevar mainīties uzreiz, tas aizņem ierobežotu laiku, — tieši seko šai pozīcijai no Lenca valdīšanas.

Ja strāvu caur spoli var mainīt uzreiz, tad spolē parādīsies bezgalīgs spriegums. Spoles pašinduktivitāte, mainoties strāvai, pati par sevi rada spriegumu — Pašindukcijas EMF… Tādā veidā drosele palēnina strāvu.

Ja ir nepieciešams nomākt strāvas mainīgo komponentu ķēdē (un troksnis vai vibrācija ir tikai mainīgas sastāvdaļas piemērs), tad šādā ķēdē tiek uzstādīts droselis - induktors, kam ir ievērojama induktīvā pretestība strāvai pie traucējumu frekvences. Tīkla viļņošanās tiks ievērojami samazināta, ja uz ceļa ir uzstādīts droselis. Līdzīgi dažādu frekvenču signālus, kas darbojas ķēdē, var atdalīt vai izolēt viens no otra.

Radiotehnikā, elektrotehnikā, mikroviļņu tehnoloģijā tiek izmantotas vienību augstfrekvences strāvas no herciem līdz gigaherciem. Zemas frekvences 20 kHz robežās attiecas uz audio frekvencēm, kam seko ultraskaņas diapazons — līdz 100 kHz un visbeidzot HF un mikroviļņu diapazons — virs 100 kHz, vienības, desmitiem un simtiem MHz.

Tātad tas ir droseļvārsts pašindukcijas spole, ko izmanto kā lielu induktīvo pretestību noteiktām maiņstrāvām.

Gadījumā, ja droselim ir jābūt ar lielu induktīvo pretestību pret zemfrekvences strāvām, tam ir jābūt ar lielu induktivitāti un šajā gadījumā tas ir izgatavots ar tērauda serdi. Augstfrekvences droseli (kas atspoguļo augstu pretestību augstfrekvences strāvām) parasti izgatavo bez serdeņa.

Zemfrekvences drosele Tas izskatās pēc dzelzs transformatora, ar vienīgo atšķirību, ka uz tā ir tikai viena spole. Tinums ir uztīts uz transformatora tērauda serdes, kura plāksnes ir izolētas, lai samazinātu virpuļstrāvas.

Šādai spolei ir augsta induktivitāte (vairāk nekā 1 N), tai ir ievērojama pretestība pret jebkādām strāvas izmaiņām elektriskajā ķēdē, kurā tā ir uzstādīta: ja strāva sāk strauji samazināties, spole to atbalsta, ja strāva sāk samazināties. strauji palielināsies, spole ierobežos, tā strauji neuzkrāsies.

Viena no plašākajām droseles pielietošanas jomām ir augstfrekvences shēmas... Daudzslāņu vai viena slāņa spoles tiek uztītas uz ferīta vai tērauda serdeņiem vai tiek izmantotas vispār bez feromagnētiskajiem serdeņiem - tikai plastmasas rāmis vai tikai stieple. ķēde darbojas uz vidēja un liela diapazona viļņiem, tad bieži ir iespējams sekciju tinums.

Feromagnētiskā serdeņa drosele ir mazāka par tādas pašas induktivitātes droseli bez kodola. Darbībai augstās frekvencēs tiek izmantoti ferīta vai magnetodielektriskie serdeņi, kuriem ir zema iekšējā kapacitāte. Šādi droseles var darboties diezgan plašā frekvenču diapazonā.

Kā zināms, droseļvārsta galvenais parametrs ir induktivitāte, kā jebkurai spolei... Šī parametra mērvienība ir henrijs, un apzīmējums ir Gn. Nākamais parametrs ir elektriskā pretestība (līdzstrāvā), ko mēra omos (omos).

Tad ir tādi raksturlielumi kā pieļaujamais spriegums, nominālā nobīdes strāva un, protams, kvalitātes faktors, kas ir ārkārtīgi svarīgs parametrs, īpaši oscilējošām shēmām. Mūsdienās tiek plaši izmantoti dažādu veidu droseles, lai atrisinātu dažādas inženiertehniskas problēmas.

Droseļu veidi

Droseles bez spolēm ir paredzēti, lai slāpētu augstfrekvences troksni elektriskajās ķēdēs. Parasti tie ir ferīta serdeņi, kas izgatavoti doba cilindra (vai O veida gredzena) formā, caur kuru stieple iet cauri.

Šāda droseles reaktivitāte zemās frekvencēs (ieskaitot rūpniecisko frekvenci) ir maza, un augstās frekvencēs (0,1 MHz ... 2,5 GHz) tā ir liela. Tādējādi, ja kabelī rodas augstfrekvences traucējumi, tad šāds droselis to nomāc ar ievietošanas zudumu 10 ... 15 dB.Mangāna-cinka un niķeļa-cinka ferītus izmanto, lai izveidotu droseles magnētiskos serdeņus bez pagriezieniem.

AC droseles tiek plaši izmantoti kā rezistori (induktīvie) rezistori, LR- un LC-ķēžu elementi, kā arī maiņstrāvas pārveidotāju izejas filtros. Šādas droseles ir izgatavotas ar induktivitāti no desmitdaļām mikrohenriju līdz simtiem henriju strāvām no ~ 1 mA līdz 10 A. Tiem ir viena spole, kas atrodas uz magnētiskā serdeņa, kas izgatavota no fero- vai ferimagnētiska materiāla.

Projektējot maiņstrāvas droseles, ir jāņem vērā šādi galvenie nominālie parametri: nepieciešamā jauda (vispieļaujamākā strāvas vērtība), strāvas frekvence, cieņa un svars.

Kvalitātes koeficientu var palielināt ar dažādām metodēm. No magnētisko ķēžu ražošanas viedokļa ir jāņem vērā, ka nopelnus var palielināt, jo:

• magnētiskā materiāla izvēle ar augstu magnētisko caurlaidību un zemiem zudumiem;

• magnētiskās ķēdes šķērsgriezuma laukuma palielināšana;

• ieviešot nemagnētisku spraugu.

Aizrīšanās izlīdzināšana — pārveidotāju elementi, kas paredzēti, lai samazinātu sprieguma vai strāvas mainīgo komponentu pārveidotāja ieejā vai izejā. Šādiem droseļiem ir viens tinums, kura strāvā (atšķirībā no maiņstrāvas droseles) atrodas gan maiņstrāvas, gan līdzstrāvas komponenti. Droseles spole ir savienota virknē ar slodzi.

Droselim jābūt ar lielu induktivitāti (induktīvā pretestība). Tā tinumā tiek novērots sprieguma mainīgās komponentes kritums, savukārt nemainīgā komponente (sakarā ar tinuma mazo aktīvās pretestību) tiek atbrīvota pie slodzes.

Strāvas komponenti rada tiešu magnētisko plūsmu (kas darbojas kā magnetizators) un mainīgu plūsmu droseles magnētiskajā ķēdē, sinusoidāls… Strāvas nemainīgās komponentes dēļ magnētiskā plūsma (indukcija) magnētiskajā ķēdē mainās atbilstoši sākotnējai magnetizācijas līknei, savukārt mainīgās komponentes dēļ magnetizācijas apvērse notiek daļēji ciklos pie atbilstošajām strāvas vērtībām.

Palielinoties strāvai, magnētiskās plūsmas mainīgā sastāvdaļa samazinās (pie nemainīgas maiņstrāvas komponentes), kas noved pie diferenciālās magnētiskās caurlaidības samazināšanās un attiecīgi droseles induktivitātes samazināšanās. Fiziski induktivitātes samazināšanās, palielinoties magnetizējošajai strāvai, ir saistīta ar to, ka, šai strāvai palielinoties, droseles magnētiskā ķēde kļūst arvien piesātinātāka.

Nosmakšana no piesātinājuma tiek izmantotas kā regulējamas induktīvās pretestības maiņstrāvas ķēdēs. Šādiem droseles ir vismaz divi tinumi, no kuriem viens (strādājošs) ir iekļauts maiņstrāvas ķēdē, bet otrs (vadības) - līdzstrāvas ķēdē.Piesātinājuma droseles darbības princips ir izmantot līknes B nelinearitāti. (H) no magnētiskajām ķēdēm, kad tās tiek magnetizētas ar vadības un darba strāvu.

Šādu droseles magnētiskajās ķēdēs nav nemagnētiskas spraugas. Piesātinājuma droseles galvenie raksturlielumi (salīdzinājumā ar izlīdzinošām droselēm) ir ievērojami augstāka magnētiskās plūsmas mainīgās komponentes vērtība magnētiskajā ķēdē un tās izmaiņu sinusoidālais raksturs.

Elektronisko iekārtu izstrāde izvirza dažādas prasības droseles, jo īpaši tā prasa samazināt izmēru un samazināt elektromagnētisko traucējumu līmeni augsta komponentu montāžas blīvuma apstākļos. Lai atrisinātu šo problēmu, tika izstrādāti daudzslāņu ferīta mikroshēmu filtri, kuru pamatā ir virsmas montāžas plate.

Šādas ierīces tiek ražotas, izmantojot plānslāņa tehnoloģiju. Uz pamatnes tiek uzklāti plāni ferīta slāņi (piemēram, Taivānas uzņēmums Chilisin Electronics izmanto Ni-Zn ferītu), starp kuriem veidojas pusapgrieziena spoles struktūra.

Pēc slāņu nogulsnēšanās, kuru skaits var sasniegt vairākus simtus, notiek saķepināšana, kuras laikā veidojas tilpuma spole ar ferīta magnētisko serdi. Pateicoties šai konstrukcijai, klaiņojošie lauki tiek samazināti līdz minimumam, un attiecīgi elementu savstarpējā ietekme viens uz otru ir praktiski izslēgta, jo spēka līnijas galvenokārt ir slēgtas magnētiskās ķēdes iekšpusē.

Daudzslāņu filtri ar ferīta šķembām: a — ražošanas tehnoloģija; b — izskats, kas saistīts ar skalu ar 1 mm soli

Daudzslāņu ferīta mikroshēmu filtri tiek izmantoti, lai filtrētu augstfrekvences traucējumus plaša patēriņa elektronikas, barošanas bloku u.c. strāvas un signālu ķēdēs. Galvenie mikroshēmu filtru ražotāji ir Chilisin Electronics, TDK Corporation (Japāna), Murata Manufacturing Co., Ltd (Japāna), Vishay Intertechnology (ASV) u.c.

Magnētiskā serdeņa droseles, kas izgatavotas no karbonildzelzs magnētiskā dielektriķa izmanto radioiekārtās, kas darbojas diapazonā no 0,5 … 100,0 MHz.

Droseļos var izmantot magnētiskos serdes, kas izgatavotas no visiem zināmajiem mīkstajiem magnētiskajiem materiāliem: elektrotēraudiem, ferītiem, magnetodielektriķiem, kā arī precīziem, amorfiem un nanokristāliskiem sakausējumiem.

Atšķirībā no droseles transformatoros, magnētiskajos pastiprinātājos un līdzīgās ierīcēs, magnētiskā ķēde kalpo magnētiskās plūsmas koncentrēšanai, vienlaikus samazinot magnētiskos zudumus. Šajā gadījumā galvenā funkcija, ko veic magnētiskā ķēde, praktiski izslēdz tās ražošanu no magnētiskā dielektriskā materiāla, kam ir zema relatīvā magnētiskā caurlaidība.

Plašs dažādu klašu ferītu klāsts, kas paredzēts darbībai magnetodielektriķiem līdzīgos frekvenču diapazonos, sašaurina magnetodielektriķu pielietojuma diapazonu ražošanā. elektromagnētisko ierīču magnētiskās ķēdes. 

Lietotne nosmakšanai

Tātad pēc mērķa elektriskie droseles tiek sadalīti:

Maiņstrāvas droseles, kas darbojas sekundārajos komutācijas baros. Spole uzglabā primārā enerģijas avota enerģiju savā magnētiskajā laukā, pēc tam pārnes to uz slodzi. Invertējošie pārveidotāji, pastiprinātāji - tie izmanto droseles, dažreiz ar vairākiem tinumiem, piemēram, transformatorus. Tas darbojas līdzīgi luminiscences spuldzes magnētiskais balasts, ko izmanto, lai aizdedzinātu un uzturētu nominālo strāvu.

Dzinēja iedarbināšanas droseles — palaišanas un bremzēšanas strāvas ierobežotāji. Tas ir efektīvāk nekā siltuma izkliedēšana starp rezistoriem. Elektriskajām piedziņām ar jaudu līdz 30 kW šāds droseļvārsts izskatās līdzīgi trīsfāzu transformators (trīsfāzu droseles tiek izmantotas trīsfāžu ķēdēs).

Piesātinoši čokito izmanto sprieguma stabilizatoros un ferorezonanta pārveidotājos (transformators daļēji tiek pārveidots par droseļvārstu), kā arī magnētiskajos pastiprinātājos, kur serde tiek magnetizēta, lai mainītu ķēdes induktīvo pretestību.

Aizrīšanās izlīdzināšanapieteicās filtri lai noņemtu rektificētās strāvas pulsāciju. Izlīdzinošie jaudas droseles bija ļoti populāri lampu pastiprinātāju ziedu laikos, jo trūka ļoti lielu kondensatoru. Lai izlīdzinātu vilni pēc taisngrieža, droseles bija jāizmanto tieši pareizi.

Atrodoties strāvas ķēdēs vakuuma loka lampas pievienots droseles pastiprinātāji — tie bija speciāli pastiprinātāji, kuros droseles kalpoja kā anoda slodzes lampām.

Palielinātais maiņstrāvas spriegums, kas atbrīvots pie droseles Dp, caur bloķējošo kondensatoru C tiek ievadīts nākamās lampas režģī. Ir nepieciešams pastiprināt salīdzinoši šauru frekvenču diapazonu, un šajā diapazonā nav nepieciešama liela pastiprinājuma viendabība.