Električni gas - princip rada i primjeri korištenja

Induktor koji se koristi za suzbijanje smetnji, za izglađivanje strujnih valova, za pohranjivanje energije u magnetskom polju zavojnice ili jezgre, za međusobno izoliranje dijelova kruga na visokoj frekvenciji, naziva se prigušnica ili reaktor (od njemačkog drosseln - do granica, klin).

Stoga je glavna svrha prigušnice u električnom krugu držati na sebi struju u određenom frekvencijskom području ili akumulirati energiju određeno vrijeme u magnetskom polju.

Fizički se struja u zavojnici ne može promijeniti odmah, potrebno je određeno vrijeme, — izravno slijedi ovaj položaj iz Lenzova pravila.

Ako se struja kroz zavojnicu može trenutačno promijeniti, tada će se na zavojnici pojaviti beskonačni napon. Samoinduktivnost zavojnice, kada se struja mijenja, sama stvara napon — EMF samoindukcije… Na taj način prigušnica usporava struju.

Ako je potrebno potisnuti varijabilnu komponentu struje u krugu (a buka ili vibracija su samo primjer varijabilne komponente), tada se u takav krug ugrađuje prigušnica - induktor, koji ima značajan induktivni otpor za struju na frekvenciji smetnje. Valovi u mreži bit će znatno smanjeni ako se na stazu ugradi prigušnica. Slično, signali različitih frekvencija koji djeluju u krugu mogu biti odvojeni ili izolirani jedni od drugih.

U radiotehnici, u elektrotehnici, u mikrovalnoj tehnici koriste se visokofrekventne struje jedinica od herca do gigaherca. Niske frekvencije unutar 20 kHz odnose se na audio frekvencije, zatim ultrazvučni raspon — do 100 kHz i na kraju HF i mikrovalni raspon — iznad 100 kHz, jedinice, desetke i stotine MHz.

Dakle, to je gas samoindukcijski svitak, koristi se kao veliki induktivni otpor za određene izmjenične struje.

U slučaju da prigušnica mora imati veliki induktivni otpor niskofrekventnim strujama, ona mora imati veliki induktivitet iu tom slučaju je izrađena s čeličnom jezgrom. Visokofrekventna prigušnica (koja predstavlja visoku otpornost na visokofrekventne struje) obično se izrađuje bez jezgre.

Niskofrekventna prigušnica Izgleda kao željezni transformator, s tom razlikom što na sebi ima samo jednu zavojnicu. Namot je namotan na čeličnu jezgru transformatora čije su ploče izolirane radi smanjenja vrtložnih struja.

Takva zavojnica ima veliki induktivitet (više od 1 N), ima značajnu otpornost na bilo kakvu promjenu struje u električnom krugu u kojem je ugrađena: ako struja počne naglo opadati, zavojnica to podržava, ako struja počne naglo povećati, zavojnica će se ograničiti, neće se naglo akumulirati.

Jedno od najširih područja primjene prigušnica su visokofrekventni krugovi... Višeslojni ili jednoslojni svici namotani su na feritne ili čelične jezgre ili se uopće koriste bez feromagnetskih jezgri - samo plastični okvir ili samo žica.Ako krug radi na valovima srednjeg i dugog dometa , tada je često moguć sekcijski namot.

Prigušnica s feromagnetskom jezgrom manja je od prigušnice bez jezgre istog induktiviteta. Za rad na visokim frekvencijama koriste se feritne ili magneto-dielektrične jezgre koje imaju mali unutarnji kapacitet. Takve prigušnice mogu raditi u prilično širokom frekvencijskom rasponu.

Kao što znate, glavni parametar prigušnice je induktivitet, kao i svake zavojnice... Jedinica ovog parametra je henri, a oznaka je Gn. Sljedeći parametar je električni otpor (u istosmjernoj struji), mjeren u ohmima (ohmima).

Zatim tu su karakteristike kao što su dopušteni napon, nazivna prednaponska struja i naravno faktor kvalitete, koji je izuzetno važan parametar, posebno za titrajne krugove. Različite vrste prigušnica danas se široko koriste za rješavanje raznih inženjerskih problema.

Vrste prigušnica

Prigušnice bez zavojnica dizajnirani su za suzbijanje visokofrekventnog šuma u električnim krugovima. Obično su feritna jezgra izrađena u obliku šupljeg cilindra (ili O-prstena) kroz koji prolazi žica.

Reaktivnost takve prigušnice na niskim frekvencijama (uključujući industrijsku frekvenciju) je mala, a na visokim frekvencijama (0,1 MHz ... 2,5 GHz) je velika. Dakle, ako se u kabelu pojave visokofrekventne smetnje, tada ga takva prigušnica potiskuje s unesenim gubitkom od 10 ... 15 dB.Za izradu magnetskih jezgri prigušnica bez zavoja koriste se mangan-cink i nikal-cink feriti.

AC prigušnice naširoko se koriste kao otpornici (induktivni) otpornici, elementi LR- i LC-krugova, kao iu izlaznim filtrima AC pretvarača. Takve prigušnice izrađuju se s induktivitetima od desetinki mikrohenrija do stotina henrija za struje od ~ 1 mA do 10 A. Imaju jednu zavojnicu smještenu na magnetskoj jezgri izrađenoj od fero- ili ferimagnetskog materijala.

Pri projektiranju AC prigušnice potrebno je uzeti u obzir sljedeće glavne nazivne parametre: potrebnu snagu (najveću dopuštenu vrijednost struje), frekvenciju struje, dostojanstvo i težinu.

Faktor kvalitete može se povećati različitim metodama. Sa stajališta proizvodnje magnetskih krugova, potrebno je uzeti u obzir da se vrijednost može povećati zbog:

• izbor magnetskog materijala s visokom magnetskom propusnošću i malim gubicima;

• povećanje površine poprečnog presjeka magnetskog kruga;

• uvodeći nemagnetski razmak.

Zaglađivanje prigušnica — elementi pretvarača dizajnirani za smanjenje promjenjive komponente napona ili struje na ulazu ili izlazu pretvarača. Takve prigušnice imaju jedan namot u čijoj su struji (za razliku od AC prigušnica) prisutne i AC i DC komponenta. Prigušnica je spojena u seriju s opterećenjem.

Prigušnica mora imati veliki induktivitet (induktivni otpor). Na njegovom namotu opaža se pad izmjenične komponente napona, dok se konstantna komponenta (zbog malog aktivnog otpora namota) oslobađa na opterećenju.

Komponente struje stvaraju izravni magnetski tok (koji djeluje kao magnetizator) i izmjenični tok u magnetskom krugu prigušnice, sinusoidalni… Zbog konstantne komponente struje, magnetski tok (indukcija) u magnetskom krugu mijenja se u skladu s početnom krivuljom magnetiziranja, dok se zbog varijabilne komponente, obrat magnetizacije odvija u parcijalnim ciklusima pri odgovarajućim vrijednostima struje.

Povećanjem struje smanjuje se izmjenična komponenta magnetskog toka (pri konstantnoj komponenti izmjenične struje), što dovodi do smanjenja diferencijalne magnetske permeabilnosti i sukladno tome do smanjenja induktiviteta prigušnice. Fizički, smanjenje induktiviteta s povećanjem struje magnetiziranja je posljedica činjenice da kako se ta struja povećava, magnetski krug prigušnice postaje sve više i više zasićen.

Gušenje od zasićenja koriste se kao podesive induktivne reaktancije u izmjeničnim krugovima. Takve prigušnice imaju najmanje dva namota, od kojih je jedan (radni) uključen u krug izmjenične struje, a drugi (upravljački) - u krug istosmjerne struje.Načelo rada prigušnica zasićenja je korištenje nelinearnosti krivulje B (H) magnetskih krugova, kada su magnetizirani upravljačkom i radnom strujom.

Magnetski krugovi takvih prigušnica nemaju nemagnetski razmak. Glavne karakteristike prigušnica zasićenja (u usporedbi s prigušnicama za izglađivanje) su znatno veća vrijednost promjenjive komponente magnetskog toka u magnetskom krugu i sinusoidnost njegove promjene.

Razvoj elektroničke opreme postavlja različite zahtjeve na prigušnice, posebice zahtijeva smanjenje veličine i smanjenje razine elektromagnetskih smetnji u uvjetima visoke gustoće sklopa komponenti. Za rješavanje ovog problema razvijeni su višeslojni feritni čip filtri koji se temelje na ploči za površinsku montažu.

Takvi uređaji se proizvode tehnologijom tankog filma. Na podlogu se talože tanki slojevi ferita (npr. tajvanska tvrtka Chilisin Electronics koristi Ni-Zn ferit), između kojih se formira struktura poluzavoja zavojnice.

Nakon taloženja slojeva, čiji broj može doseći nekoliko stotina, dolazi do sinteriranja, tijekom kojeg se formira volumenska zavojnica s feritnom magnetskom jezgrom. Zahvaljujući ovom dizajnu, polja lutanja su svedena na minimum i, sukladno tome, međusobni utjecaj elemenata jedni na druge je praktički isključen, budući da su linije sile uglavnom zatvorene unutar magnetskog kruga.

Višeslojni filtri s feritnim čipovima: a — tehnologija proizvodnje; b — izgled u odnosu na ljestvicu s korakom od 1 mm

Višeslojni filteri s feritnim čipom koriste se za filtriranje visokofrekventnih smetnji u strujnim i signalnim krugovima potrošačke elektronike, izvora napajanja itd. Glavni proizvođači čip filtera su Chilisin Electronics, TDK Corporation (Japan), Murata Manufacturing Co., Ltd (Japan), Vishay Intertechnology (SAD) itd.

Prigušnice magnetske jezgre izrađene od magnetnog dielektrika na bazi karbonilnog željeza koriste se u radio opremi koja radi u rasponu od 0,5 … 100,0 MHz.

U prigušnicama se mogu koristiti magnetske jezgre izrađene od svih poznatih mekih magnetskih materijala: elektrotehničkih čelika, ferita, magneto-dielektrika, kao i preciznih, amorfnih i nanokristalnih legura.

Za razliku od prigušnica u transformatorima, magnetskim pojačalima i sličnim uređajima, magnetski krug služi za koncentriranje magnetskog toka uz smanjenje magnetskih gubitaka. U ovom slučaju, glavna funkcija koju obavlja magnetski krug praktički isključuje njegovu proizvodnju od magneto-dielektričnog materijala koji ima nisku relativnu magnetsku permeabilnost.

Širok raspon ferita različitih stupnjeva dizajniranih za rad u frekvencijskim rasponima sličnim magneto-dielektricima sužava raspon primjene magneto-dielektrika za proizvodnju magnetski krugovi elektromagnetskih uređaja. 

Aplikacija za gušenje

Dakle, prema namjeni, električne prigušnice dijele se na:

AC prigušnice koje rade u sekundarnom sklopnom napajanju. Zavojnica pohranjuje energiju primarnog izvora energije u svom magnetskom polju, a zatim je prenosi na opterećenje. Invertirajući pretvarači, pojačala - koriste prigušnice, ponekad s više namota, poput transformatora. Djeluje na sličan način magnetski balast fluorescentne svjetiljke, koristi se za paljenje i održavanje nazivne struje.

Prigušnice za pokretanje motora — graničnici struje pokretanja i kočenja. To je učinkovitije od rasipanja energije kao topline preko otpornika. Za električne pogone snage do 30 kW takav prigušnik izgleda slično trofazni transformator (trofazne prigušnice se koriste u trofaznim krugovima).

Zasićujuće prigušnicekoristi se u stabilizatorima napona i ferorezonantnim pretvaračima (transformator se djelomično pretvara u prigušnicu), kao iu magnetskim pojačalima, gdje se jezgra magnetizira radi promjene induktivnog otpora kruga.

Zaglađivanje prigušnicaprimijenjeno u filteri za uklanjanje valovitosti ispravljene struje. Prigušnice za izglađivanje snage bile su vrlo popularne tijekom vrhunca cijevnih pojačala zbog nedostatka vrlo velikih kondenzatora. Da bi se izgladio val nakon ispravljača, prigušnice su morale biti pravilno korištene.

Dok je u strujnim krugovima vakuumske lučne svjetiljke u prilogu pojačivači gasa — to su bila posebna pojačala u kojima su prigušnice služile kao anodna opterećenja za svjetiljke.

Povećani izmjenični napon oslobođen na prigušnici Dp dovodi se na mrežu sljedeće žarulje preko blokirnog kondenzatora C. potrebno je pojačati relativno usko frekvencijsko područje i nije potrebna velika jednolikost pojačanja u ovom pojasu.