Elektrisch gaspedaal - werkingsprincipe en gebruiksvoorbeelden

Een inductor die wordt gebruikt om interferentie te onderdrukken, stroomgolven af ​​te vlakken, energie op te slaan in het magnetische veld van een spoel of kern, om delen van een circuit met hoge frequentie van elkaar te isoleren, wordt een smoorspoel of reactor genoemd (van het Duitse drosseln - naar limiet, wig).

Daarom is het belangrijkste doel van een smoorspoel in een elektrisch circuit om een ​​stroom in een bepaald frequentiebereik vast te houden of om gedurende een bepaalde tijd energie op te slaan in een magnetisch veld.

Fysiek kan de stroom in de spoel niet onmiddellijk veranderen, het duurt een eindige tijd, - volgt direct deze positie van de regel van Lenz.

Als de stroom door de spoel ogenblikkelijk kan worden veranderd, zal er een oneindige spanning over de spoel verschijnen. De zelfinductie van de spoel, wanneer de stroom verandert, creëert zelf een spanning - EMF van zelfinductie… Op deze manier vertraagt ​​de choke de stroom.

Als het nodig is om de variabele component van de stroom in het circuit te onderdrukken (en ruis of trillingen zijn slechts een voorbeeld van een variabele component), dan wordt in zo'n circuit een smoorspoel geïnstalleerd — Spoel, die een aanzienlijke inductieve weerstand heeft voor de stroom bij de stoorfrequentie. Rimpelingen in het netwerk worden sterk verminderd als er een choke op het pad wordt geïnstalleerd. Evenzo kunnen signalen met verschillende frequenties die in het circuit werken, van elkaar worden gescheiden of geïsoleerd.

In de radiotechniek, in de elektrotechniek, in de microgolftechnologie worden hoogfrequente stromen van eenheden van hertz tot gigahertz gebruikt. Lage frequenties binnen 20 kHz verwijzen naar audiofrequenties, gevolgd door het ultrasone bereik - tot 100 kHz en ten slotte het HF- en microgolfbereik - boven 100 kHz, eenheden, tientallen en honderden MHz.

Het is dus het gaspedaal zelfinductie spoel, gebruikt als een grote inductieve weerstand voor bepaalde wisselstromen.

Als de smoorspoel een grote inductieve weerstand moet hebben tegen laagfrequente stromen, moet deze een grote inductiviteit hebben en in dit geval is hij gemaakt met een stalen kern. Een hoogfrequente smoorspoel (die een hoge weerstand tegen hoogfrequente stromen vertegenwoordigt) wordt meestal zonder kern gemaakt.

Laagfrequente smoorspoel Het lijkt op een ijzeren transformator, met het enige verschil dat er maar één spoel op zit. De wikkeling is gewikkeld op een stalen kern van een transformator waarvan de platen geïsoleerd zijn om wervelstromen te verminderen.

Zo'n spoel heeft een hoge inductantie (meer dan 1 N), hij heeft een aanzienlijke weerstand tegen elke stroomverandering in het elektrische circuit waar hij is geïnstalleerd: als de stroom sterk begint af te nemen, ondersteunt de spoel hem, als de stroom begint te dalen sterk toenemen, de spoel zal beperken, hij zal zich niet scherp ophopen.

Een van de breedste toepassingsgebieden van smoorspoelen zijn hoogfrequente circuits... Meerlaagse of enkellaagse spoelen worden gewikkeld op ferriet- of stalen kernen of worden gebruikt zonder ferromagnetische kernen - alleen een plastic frame of alleen draad. het circuit werkt op golven van middellange en lange afstand, dan is een sectionele wikkeling vaak mogelijk.

Een ferromagnetische kernsmoorspoel is kleiner dan een kernloze smoorspoel met dezelfde inductiviteit. Voor werking bij hoge frequenties worden ferriet- of magneto-diëlektrische kernen gebruikt, die een lage interne capaciteit hebben. Dergelijke smoorspoelen kunnen over een vrij breed frequentiebereik werken.

Zoals u weet, is de belangrijkste parameter van de smoorspoel de inductantie, zoals elke spoel. De eenheid van deze parameter is Henry en de aanduiding is Gn. De volgende parameter is de elektrische weerstand (in gelijkstroom), gemeten in ohm (ohm).

Dan zijn er kenmerken als de toegestane spanning, de nominale instelstroom en natuurlijk de kwaliteitsfactor, wat een uiterst belangrijke parameter is, vooral voor oscillerende circuits. Verschillende soorten smoorspoelen worden tegenwoordig veel gebruikt om een ​​breed scala aan technische problemen op te lossen.

Soorten smoorspoelen

Chokes zonder spoelen zijn ontworpen om hoogfrequente ruis in elektrische circuits te onderdrukken. Ze zijn meestal een ferrietkern gemaakt in de vorm van een holle cilinder (of O-ring) waar de draad doorheen gaat.

De reactiviteit van zo'n smoorspoel bij lage frequenties (inclusief industriële frequentie) is klein en bij hoge frequenties (0,1 MHz ... 2,5 GHz) groot. Dus als er hoogfrequente interferentie in de kabel optreedt, onderdrukt een dergelijke smoorspoel deze met een invoegverlies van 10 ... 15 dB.Mangaan-zink en nikkel-zink ferrieten worden gebruikt om de magnetische kernen van smoorspoelen zonder windingen te maken.

AC-smoorspoelen worden veel gebruikt als weerstanden (inductieve) weerstanden, elementen van LR- en LC-circuits, evenals in de uitgangsfilters van AC-converters. Dergelijke smoorspoelen zijn gemaakt met inductanties van tienden van microhenries tot honderden henries voor stromen van ~ 1 mA tot 10 A. Ze hebben een enkele spoel die zich op een magnetische kern van ferro- of ferrimagnetisch materiaal bevindt.

Bij het ontwerpen van een AC-smoorspoel moet rekening worden gehouden met de volgende belangrijkste nominale parameters: het vereiste vermogen (de meest toegestane waarde van de stroom), de frequentie van de stroom, de waardigheid en het gewicht.

De kwaliteitsfactor kan op verschillende manieren worden verhoogd. Vanuit het oogpunt van de productie van magnetische circuits moet er rekening mee worden gehouden dat de verdienste kan worden verhoogd door:

• selectie van magnetisch materiaal met hoge magnetische permeabiliteit en lage verliezen;

• het vergroten van de dwarsdoorsnede van het magnetische circuit;

• introductie van een niet-magnetische spleet.

Smoorspoelen gladstrijken — elementen van omvormers die zijn ontworpen om de variabele component van de spanning of stroom aan de in- of uitgang van de omvormer te verminderen. Dergelijke smoorspoelen hebben een enkele wikkeling in de stroom waarvan (in tegenstelling tot AC-smoorspoelen) zowel AC- als DC-componenten aanwezig zijn. De smoorspoel is in serie geschakeld met de belasting.

De smoorspoel moet een grote inductantie hebben (inductieve weerstand). Bij de wikkeling wordt een daling van de wisselende component van de spanning waargenomen, terwijl de constante component (vanwege de kleine actieve weerstand van de wikkeling) wordt vrijgegeven bij de belasting.

De huidige componenten creëren een directe magnetische flux (die werkt als een magnetiseur) en een wisselende flux in het magnetische smoorcircuit, sinusvormig… Door de constante component van de stroom verandert de magnetische flux (inductie) in het magnetische circuit volgens de initiële magnetisatiecurve, terwijl door de variabele component de magnetisatie-omkering plaatsvindt in deelcycli bij de overeenkomstige stroomwaarden.

Naarmate de stroom toeneemt, neemt de wisselende component van de magnetische flux af (bij een constante wisselstroomcomponent), wat leidt tot een afname van de differentiële magnetische permeabiliteit en dienovereenkomstig tot een afname van de inductantie van de smoorspoel. Fysiek is de afname van de inductantie bij toenemende magnetiseringsstroom het gevolg van het feit dat naarmate deze stroom toeneemt, het magnetische circuit van de smoorspoel meer en meer verzadigd raakt.

Verstikking door verzadiging worden gebruikt als instelbare inductieve reactanties in wisselstroomcircuits. Dergelijke smoorspoelen hebben ten minste twee wikkelingen, waarvan er één (werkend) is opgenomen in het wisselstroomcircuit en de andere (besturing) - in het gelijkstroomcircuit. Het werkingsprincipe van verzadigingssmoorspoelen is om de niet-lineariteit van de curve B te gebruiken (H) van de magnetische circuits, wanneer ze worden gemagnetiseerd door de stuur- en bedrijfsstromen.

De magnetische circuits van dergelijke smoorspoelen hebben geen niet-magnetische spleet. De belangrijkste kenmerken van verzadigingssmoorspoelen (vergeleken met afvlakkingssmoorspoelen) zijn de aanzienlijk hogere waarde van de variabele component van de magnetische flux in het magnetische circuit en de sinusoïdale aard van de verandering.

De ontwikkeling van elektronische apparatuur stelt andere eisen aan smoorspoelen, in het bijzonder vereist het een verkleining van de afmetingen en een vermindering van het niveau van elektromagnetische interferentie in omstandigheden met een hoge dichtheid van componenten. Om dit probleem op te lossen zijn ontwikkeld meerlaagse ferriet-chipfilters op basis van een opbouwplaat.

Dergelijke apparaten worden vervaardigd met behulp van dunne-filmtechnologie. Op het substraat worden dunne laagjes ferriet afgezet (het Taiwanese bedrijf Chilisin Electronics gebruikt bijvoorbeeld Ni-Zn ferriet), waartussen een halve winding spoelstructuur wordt gevormd.

Na het afzetten van lagen, waarvan het aantal enkele honderden kan bedragen, vindt sinteren plaats, waarbij een volumespoel met een magnetische ferrietkern wordt gevormd. Dankzij dit ontwerp worden de strooivelden tot een minimum beperkt en daarmee is de wederzijdse invloed van de elementen op elkaar praktisch uitgesloten, aangezien de krachtlijnen grotendeels gesloten zijn binnen het magnetische circuit.

Meerlaagsfilters met ferrietchips: a — productietechnologie; b — uiterlijk gerelateerd aan een schaal met een stap van 1 mm

Meerlaagse ferrietchipfilters worden gebruikt om hoogfrequente interferentie in de stroom- en signaalcircuits van consumentenelektronica, voedingen, enz. De belangrijkste fabrikanten van chipfilters zijn Chilisin Electronics, TDK Corporation (Japan), Murata Manufacturing Co., Ltd (Japan), Vishay Intertechnology (VS), enz.

Magnetische kernsmoorspoelen gemaakt van magneto-diëlektricum op basis van carbonylijzer worden gebruikt in radioapparatuur die werkt in het bereik 0,5 … 100,0 MHz.

In smoorspoelen kunnen magnetische kernen van alle bekende zachtmagnetische materialen worden gebruikt: elektrisch staal, ferriet, magneto-diëlektrica, evenals precisie-, amorfe en nanokristallijne legeringen.

In tegenstelling tot smoorspoelen in transformatoren, magnetische versterkers en soortgelijke apparaten, dient het magnetische circuit om de magnetische flux te concentreren en tegelijkertijd magnetische verliezen te minimaliseren. In dit geval sluit de belangrijkste functie van het magnetische circuit de fabricage ervan uit een magneto-diëlektrisch materiaal uit dat een lage relatieve magnetische permeabiliteit heeft.

Een breed scala aan ferrieten van verschillende kwaliteiten, ontworpen om te werken in frequentiebereiken die vergelijkbaar zijn met die van magneto-diëlektrica, vernauwt het toepassingsbereik van magneto-diëlektrica voor fabricage magnetische circuits van elektromagnetische apparaten. 

App voor verstikking

Dus, met opzet zijn elektrische smoorspoelen onderverdeeld in:

AC-smoorspoelen werken in secundaire schakelvoedingen. De spoel slaat de energie van de primaire stroombron op in zijn magnetisch veld en draagt ​​deze vervolgens over aan de belasting. Omvormers, versterkers - ze gebruiken smoorspoelen, soms met meerdere wikkelingen, zoals transformatoren. Het werkt op een vergelijkbare manier magnetische ballast van een fluorescentielamp, gebruikt om de nominale stroom te ontsteken en te behouden.

Startsmoorspoelen van de motor — aanloop- en remstroombegrenzers. Dit is efficiënter dan het dissiperen van vermogen als warmte over weerstanden. Voor elektrische aandrijvingen met een vermogen tot 30 kW lijkt zo'n gashendel op elkaar driefasige transformator (driefasige smoorspoelen worden gebruikt in driefasige circuits).

Verzadigende smoorspoelenhet wordt gebruikt in spanningsstabilisatoren en ferroresonante omvormers (de transformator wordt gedeeltelijk omgezet in een smoorspoel), evenals in magnetische versterkers, waar de kern wordt gemagnetiseerd om de inductieve weerstand van het circuit te veranderen.

Smoorspoelen gladstrijkentoegepast in filters om de gelijkgerichte stroomrimpel te verwijderen. Smoothing power smoorspoelen waren erg populair tijdens de hoogtijdagen van buizenversterkers vanwege het ontbreken van zeer grote condensatoren. Om de golf na de gelijkrichter glad te strijken, moesten de smoorspoelen precies goed worden gebruikt.

Terwijl in stroomcircuits vacuüm booglampen bijgevoegd gasbekrachtigers — dit waren speciale versterkers waarin de smoorspoelen dienden als anodebelastingen voor de lampen.

De verhoogde wisselspanning die vrijkomt bij de smoorspoel Dp wordt toegevoerd aan het rooster van de volgende lamp via de blokkeercondensator C. Het is noodzakelijk om een ​​relatief smal frequentiegebied te versterken en er is geen grote uniformiteit van versterking vereist in deze band.