Ηλεκτρικό γκάζι - αρχή λειτουργίας και παραδείγματα χρήσης

Ένας επαγωγέας που χρησιμοποιείται για την καταστολή παρεμβολών, για την εξομάλυνση των κυμάτων ρεύματος, για την αποθήκευση ενέργειας στο μαγνητικό πεδίο ενός πηνίου ή πυρήνα, για την απομόνωση τμημάτων ενός κυκλώματος το ένα από το άλλο σε υψηλή συχνότητα, ονομάζεται τσοκ ή αντιδραστήρας (από τα γερμανικά drosseln — έως όριο, σφήνα).

Επομένως, ο κύριος σκοπός ενός τσοκ σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα είναι να συγκρατήσει πάνω του ένα ρεύμα σε μια συγκεκριμένη περιοχή συχνοτήτων ή να συσσωρεύσει ενέργεια για μια ορισμένη χρονική περίοδο σε ένα μαγνητικό πεδίο.

Φυσικά, το ρεύμα στο πηνίο δεν μπορεί να αλλάξει αμέσως, χρειάζεται πεπερασμένος χρόνος, — ακολουθεί απευθείας αυτή τη θέση από τον κανόνα του Lenz.

Εάν το ρεύμα μέσω του πηνίου μπορεί να αλλάξει στιγμιαία, τότε θα εμφανιστεί μια άπειρη τάση στο πηνίο. Η αυτεπαγωγή του πηνίου, όταν αλλάζει το ρεύμα, δημιουργεί από μόνη της μια τάση — EMF αυτοεπαγωγής… Με αυτόν τον τρόπο, το τσοκ επιβραδύνει το ρεύμα.

Εάν είναι απαραίτητο να καταστέλλεται η μεταβλητή συνιστώσα του ρεύματος στο κύκλωμα (και ο θόρυβος ή η δόνηση είναι μόνο ένα παράδειγμα μεταβλητού εξαρτήματος), τότε εγκαθίσταται ένα τσοκ σε ένα τέτοιο κύκλωμα — επαγωγέας, το οποίο έχει σημαντική επαγωγική αντίσταση για το ρεύμα στη συχνότητα παρεμβολής. Οι κυματισμοί στο δίκτυο θα μειωθούν σημαντικά εάν εγκατασταθεί τσοκ στη διαδρομή. Ομοίως, σήματα διαφορετικών συχνοτήτων που λειτουργούν στο κύκλωμα μπορούν να διαχωριστούν ή να απομονωθούν το ένα από το άλλο.

Στη ραδιομηχανική, στην ηλεκτρική μηχανική, στην τεχνολογία μικροκυμάτων, χρησιμοποιούνται ρεύματα υψηλής συχνότητας μονάδων από hertz έως gigahertz. Οι χαμηλές συχνότητες εντός 20 kHz αναφέρονται σε συχνότητες ήχου, ακολουθούμενες από το εύρος υπερήχων — έως 100 kHz και τέλος το εύρος HF και μικροκυμάτων — πάνω από 100 kHz, μονάδες, δεκάδες και εκατοντάδες MHz.

Άρα είναι το γκάζι αυτοεπαγωγικό πηνίο, χρησιμοποιείται ως μεγάλη επαγωγική αντίσταση για ορισμένα εναλλασσόμενα ρεύματα.

Σε περίπτωση που το τσοκ πρέπει να έχει μεγάλη επαγωγική αντίσταση σε ρεύματα χαμηλής συχνότητας, πρέπει να έχει μεγάλη αυτεπαγωγή και σε αυτή την περίπτωση είναι κατασκευασμένο με χαλύβδινο πυρήνα. Ένα τσοκ υψηλής συχνότητας (που αντιπροσωπεύει υψηλή αντίσταση σε ρεύματα υψηλής συχνότητας) κατασκευάζεται συνήθως χωρίς πυρήνα.

Τσοκ χαμηλής συχνότητας Μοιάζει με σιδερένιο μετασχηματιστή, με τη μόνη διαφορά ότι έχει μόνο ένα πηνίο πάνω του. Η περιέλιξη τυλίγεται σε έναν χαλύβδινο πυρήνα ενός μετασχηματιστή του οποίου οι πλάκες είναι μονωμένες για τη μείωση των δινορευμάτων.

Ένα τέτοιο πηνίο έχει υψηλή επαγωγή (πάνω από 1 N), έχει σημαντική αντίσταση σε οποιαδήποτε αλλαγή στο ρεύμα στο ηλεκτρικό κύκλωμα όπου είναι εγκατεστημένο: εάν το ρεύμα αρχίσει να μειώνεται απότομα, το πηνίο το υποστηρίζει, εάν το ρεύμα αρχίσει να αυξηθεί απότομα, το πηνίο θα περιοριστεί, δεν θα συσσωρευτεί απότομα.

Ένας από τους ευρύτερους τομείς εφαρμογής των τσοκ είναι τα κυκλώματα υψηλής συχνότητας... Τα πηνία πολλαπλών στρώσεων ή μονής στρώσης τυλίγονται σε πυρήνες φερρίτη ή χάλυβα ή χρησιμοποιούνται χωρίς καθόλου σιδηρομαγνητικούς πυρήνες - μόνο πλαστικό πλαίσιο ή μόνο σύρμα. το κύκλωμα λειτουργεί σε κύματα μεσαίας και μεγάλης εμβέλειας, τότε είναι συχνά δυνατή μια τμηματική περιέλιξη.

Ένα τσοκ με σιδηρομαγνητικό πυρήνα είναι μικρότερο από ένα τσοκ χωρίς πυρήνα της ίδιας επαγωγής. Για λειτουργία σε υψηλές συχνότητες, χρησιμοποιούνται πυρήνες φερρίτη ή μαγνητοδιηλεκτρικοί, οι οποίοι έχουν χαμηλή εσωτερική χωρητικότητα. Τέτοια τσοκ μπορούν να λειτουργήσουν σε ένα αρκετά μεγάλο εύρος συχνοτήτων.

Όπως γνωρίζετε, η κύρια παράμετρος του τσοκ είναι η αυτεπαγωγή, όπως κάθε πηνίο... Η μονάδα αυτής της παραμέτρου είναι henry, και η ονομασία είναι Gn. Η επόμενη παράμετρος είναι η ηλεκτρική αντίσταση (σε συνεχές ρεύμα), μετρημένη σε ohms (ohms).

Στη συνέχεια, υπάρχουν χαρακτηριστικά όπως η επιτρεπόμενη τάση, το ονομαστικό ρεύμα πόλωσης και φυσικά ο συντελεστής ποιότητας, που είναι μια εξαιρετικά σημαντική παράμετρος, ειδικά για τα ταλαντευόμενα κυκλώματα. Διαφορετικοί τύποι τσοκ χρησιμοποιούνται ευρέως σήμερα για την επίλυση μιας μεγάλης ποικιλίας προβλημάτων μηχανικής.

Είδη τσοκ

Τσοκ χωρίς πηνία έχουν σχεδιαστεί για να καταστέλλουν τον θόρυβο υψηλής συχνότητας στα ηλεκτρικά κυκλώματα. Συνήθως είναι ένας πυρήνας φερρίτη που κατασκευάζεται με τη μορφή κοίλου κυλίνδρου (ή δακτυλίου Ο) από τον οποίο περνά το σύρμα.

Η αντιδραστικότητα ενός τέτοιου τσοκ σε χαμηλές συχνότητες (συμπεριλαμβανομένης της βιομηχανικής συχνότητας) είναι μικρή και σε υψηλές συχνότητες (0,1 MHz ... 2,5 GHz) είναι μεγάλη. Έτσι, εάν παρουσιαστούν παρεμβολές υψηλής συχνότητας στο καλώδιο, τότε ένα τέτοιο τσοκ το καταστέλλει με απώλεια εισαγωγής 10 ... 15 dB.Οι φερρίτες μαγγανίου-ψευδάργυρου και νικελίου-ψευδαργύρου χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία των μαγνητικών πυρήνων των τσοκ χωρίς στροφές.

τσοκ AC χρησιμοποιούνται ευρέως ως αντιστάσεις (επαγωγικές) αντιστάσεις, στοιχεία κυκλωμάτων LR και LC, καθώς και στα φίλτρα εξόδου των μετατροπέων AC. Τέτοια τσοκ κατασκευάζονται με επαγωγές από δέκατα microhenries έως εκατοντάδες henries για ρεύματα από ~ 1 mA έως 10 A. Έχουν ένα μόνο πηνίο που βρίσκεται σε έναν μαγνητικό πυρήνα κατασκευασμένο από σιδηρο- ή σιδηρομαγνητικό υλικό.

Κατά το σχεδιασμό ενός τσοκ AC, είναι απαραίτητο να ληφθούν υπόψη οι ακόλουθες κύριες ονομαστικές παράμετροι: η απαιτούμενη ισχύς (η πιο επιτρεπτή τιμή του ρεύματος), η συχνότητα του ρεύματος, η αξιοπρέπεια και το βάρος.

Ο παράγοντας ποιότητας μπορεί να αυξηθεί με διάφορες μεθόδους. Από την άποψη της παραγωγής μαγνητικών κυκλωμάτων, είναι απαραίτητο να ληφθεί υπόψη ότι η αξία μπορεί να αυξηθεί λόγω:

• επιλογή μαγνητικού υλικού με υψηλή μαγνητική διαπερατότητα και χαμηλές απώλειες.

• αύξηση της περιοχής διατομής του μαγνητικού κυκλώματος.

• εισάγοντας ένα μη μαγνητικό κενό.

Εξομάλυνση τσοκ — στοιχεία μετατροπέων σχεδιασμένα να μειώνουν τη μεταβλητή συνιστώσα της τάσης ή του ρεύματος στην είσοδο ή την έξοδο του μετατροπέα. Τέτοια τσοκ έχουν ένα μόνο τύλιγμα στο ρεύμα του οποίου (σε αντίθεση με τα τσοκ AC) υπάρχουν και τα δύο εξαρτήματα AC και DC. Το πηνίο τσοκ συνδέεται σε σειρά με το φορτίο.

Το τσοκ πρέπει να έχει μεγάλη αυτεπαγωγή (επαγωγική αντίσταση). Στην περιέλιξή του, παρατηρείται πτώση της εναλλασσόμενης συνιστώσας της τάσης, ενώ η σταθερή συνιστώσα (λόγω της μικρής ενεργού αντίστασης του τυλίγματος) απελευθερώνεται στο φορτίο.

Τα εξαρτήματα ρεύματος δημιουργούν μια άμεση μαγνητική ροή (η οποία λειτουργεί ως μαγνητιστής) και μια εναλλασσόμενη ροή στο μαγνητικό κύκλωμα του τσοκ, ημιτονοειδής… Λόγω της σταθερής συνιστώσας του ρεύματος, η μαγνητική ροή (επαγωγή) στο μαγνητικό κύκλωμα αλλάζει σύμφωνα με την αρχική καμπύλη μαγνήτισης, ενώ λόγω της μεταβλητής συνιστώσας, η αντιστροφή μαγνήτισης γίνεται σε μερικούς κύκλους στις αντίστοιχες τιμές ρεύματος.

Καθώς το ρεύμα αυξάνεται, η εναλλασσόμενη συνιστώσα της μαγνητικής ροής μειώνεται (σε ​​μια συνιστώσα σταθερού εναλλασσόμενου ρεύματος), γεγονός που οδηγεί σε μείωση της διαφορικής μαγνητικής διαπερατότητας και, κατά συνέπεια, σε μείωση της επαγωγής του τσοκ. Φυσικά, η μείωση της επαγωγής με την αύξηση του ρεύματος μαγνήτισης οφείλεται στο γεγονός ότι καθώς αυξάνεται αυτό το ρεύμα, το μαγνητικό κύκλωμα του τσοκ γίνεται όλο και πιο κορεσμένο.

Ασφυξία από κορεσμό χρησιμοποιούνται ως ρυθμιζόμενες επαγωγικές αντιδράσεις σε κυκλώματα AC. Τέτοια τσοκ έχουν τουλάχιστον δύο περιελίξεις, ένα από τα οποία (εργάζεται) περιλαμβάνεται στο κύκλωμα εναλλασσόμενου ρεύματος και το άλλο (έλεγχος) - στο κύκλωμα DC. Η αρχή λειτουργίας των τσοκ κορεσμού είναι η χρήση της μη γραμμικότητας της καμπύλης Β (Η) των μαγνητικών κυκλωμάτων, όταν μαγνητίζονται από τα ρεύματα ελέγχου και λειτουργίας.

Τα μαγνητικά κυκλώματα τέτοιων τσοκ δεν έχουν μη μαγνητικό κενό. Τα κύρια χαρακτηριστικά των τσοκ κορεσμού (σε σύγκριση με τα τσοκ εξομάλυνσης) είναι η σημαντικά υψηλότερη τιμή της μεταβλητής συνιστώσας της μαγνητικής ροής στο μαγνητικό κύκλωμα και η ημιτονοειδής φύση της μεταβολής της.

Η ανάπτυξη ηλεκτρονικού εξοπλισμού επιβάλλει διαφορετικές απαιτήσεις στα τσοκ, ειδικότερα, απαιτεί μείωση μεγέθους και μείωση του επιπέδου ηλεκτρομαγνητικής παρεμβολής σε συνθήκες υψηλής πυκνότητας συναρμολόγησης εξαρτημάτων. Για την επίλυση αυτού του προβλήματος αναπτύχθηκαν Πολυστρωματικά φίλτρα τσιπ φερρίτη που βασίζονται σε σανίδα επιφανειακής τοποθέτησης.

Τέτοιες συσκευές κατασκευάζονται με τεχνολογία λεπτής μεμβράνης. Στο υπόστρωμα εναποτίθενται λεπτά στρώματα φερρίτη (για παράδειγμα, η ταϊβανέζικη εταιρεία Chilisin Electronics χρησιμοποιεί φερρίτη Ni-Zn), μεταξύ των οποίων σχηματίζεται μια δομή πηνίου μισής στροφής.

Μετά την εναπόθεση στρωμάτων, ο αριθμός των οποίων μπορεί να φτάσει αρκετές εκατοντάδες, πραγματοποιείται πυροσυσσωμάτωση, κατά την οποία σχηματίζεται ένα πηνίο όγκου με μαγνητικό πυρήνα φερρίτη. Χάρη σε αυτό το σχέδιο, τα αδέσποτα πεδία μειώνονται στο ελάχιστο και, κατά συνέπεια, αποκλείεται πρακτικά η αμοιβαία επίδραση των στοιχείων μεταξύ τους, καθώς οι γραμμές δύναμης είναι κυρίως κλειστές μέσα στο μαγνητικό κύκλωμα.

Πολυστρωματικά φίλτρα με τσιπ φερρίτη: α — τεχνολογία παραγωγής. β — εμφάνιση που σχετίζεται με ζυγαριά με σκαλοπάτι 1 mm

Τα πολυστρωματικά φίλτρα τσιπ φερρίτη χρησιμοποιούνται για το φιλτράρισμα των παρεμβολών υψηλής συχνότητας στα κυκλώματα ισχύος και σήματος των ηλεκτρονικών ειδών ευρείας κατανάλωσης, των τροφοδοτικών κ.λπ. Οι κύριοι κατασκευαστές φίλτρων τσιπ είναι οι Chilisin Electronics, TDK Corporation (Ιαπωνία), Murata Manufacturing Co., Ltd (Ιαπωνία), Vishay Intertechnology (ΗΠΑ) κ.λπ.

Τσοκ με μαγνητικό πυρήνα κατασκευασμένα από μαγνητοδιηλεκτρικό με βάση το καρβονυλικό σίδηρο χρησιμοποιούνται σε ραδιοεξοπλισμό που λειτουργεί στην περιοχή 0,5 … 100,0 MHz.

Στα τσοκ, μπορούν να χρησιμοποιηθούν μαγνητικοί πυρήνες από όλα τα γνωστά μαλακά μαγνητικά υλικά: ηλεκτρικοί χάλυβες, φερρίτες, μαγνητοδιηλεκτρικά, καθώς και κράματα ακριβείας, άμορφα και νανοκρυσταλλικά.

Σε αντίθεση με τα τσοκ σε μετασχηματιστές, μαγνητικούς ενισχυτές και παρόμοιες συσκευές, το μαγνητικό κύκλωμα χρησιμεύει για τη συγκέντρωση της μαγνητικής ροής ελαχιστοποιώντας τις μαγνητικές απώλειες. Στην περίπτωση αυτή, η κύρια λειτουργία που εκτελεί το μαγνητικό κύκλωμα αποκλείει πρακτικά την κατασκευή του από ένα μαγνητοδιηλεκτρικό υλικό που έχει χαμηλή σχετική μαγνητική διαπερατότητα.

Ένα ευρύ φάσμα φερριτών διαφορετικών ποιοτήτων που έχουν σχεδιαστεί για να λειτουργούν σε περιοχές συχνοτήτων παρόμοιες με τα μαγνητοδιηλεκτρικά περιορίζει το εύρος εφαρμογής των μαγνητοδιηλεκτρικών για την κατασκευή μαγνητικά κυκλώματα ηλεκτρομαγνητικών συσκευών. 

Εφαρμογή για ασφυξία

Έτσι, κατά σκοπό, τα ηλεκτρικά τσοκ χωρίζονται σε:

Τσοκ AC που λειτουργούν σε δευτερεύουσες παροχές μεταγωγής. Το πηνίο αποθηκεύει την ενέργεια της κύριας πηγής ισχύος στο μαγνητικό του πεδίο και στη συνέχεια τη μεταφέρει στο φορτίο. Μετατροπείς αναστροφής, ενισχυτές - χρησιμοποιούν τσοκ, μερικές φορές με πολλαπλές περιελίξεις, όπως μετασχηματιστές. Λειτουργεί με παρόμοιο τρόπο μαγνητικό έρμα μιας λάμπας φθορισμού, χρησιμοποιείται για την ανάφλεξη και τη διατήρηση του ονομαστικού ρεύματος.

Τσοκ εκκίνησης κινητήρα — περιοριστές ρεύματος εκκίνησης και πέδησης. Αυτό είναι πιο αποτελεσματικό από τη διάχυση ισχύος ως θερμότητας μεταξύ των αντιστάσεων. Για ηλεκτρικούς κινητήρες με ισχύ έως 30 kW, ένα τέτοιο γκάζι φαίνεται παρόμοιο τριφασικός μετασχηματιστής (σε τριφασικά κυκλώματα χρησιμοποιούνται τριφασικά τσοκ).

Κορεσμένα τσοκΧρησιμοποιείται σε σταθεροποιητές τάσης και μετατροπείς σιδηροσυντονισμού (ο μετασχηματιστής μετατρέπεται μερικώς σε τσοκ), καθώς και σε μαγνητικούς ενισχυτές, όπου ο πυρήνας μαγνητίζεται προκειμένου να αλλάξει η επαγωγική αντίσταση του κυκλώματος.

Εξομάλυνση τσοκεφαρμόζεται σε φίλτρα για να αφαιρέσετε τον ανορθωμένο κυματισμό ρεύματος. Τα τσοκ εξομάλυνσης ισχύος ήταν πολύ δημοφιλή κατά τη διάρκεια της ακμής των ενισχυτών σωλήνων λόγω της έλλειψης πολύ μεγάλων πυκνωτών. Για να εξομαλυνθεί το κύμα μετά τον ανορθωτή, τα τσοκ έπρεπε να χρησιμοποιηθούν σωστά.

Ενώ σε κυκλώματα ισχύος λαμπτήρες τόξου κενού επισυνάπτεται ενισχυτές γκαζιού — αυτοί ήταν ειδικοί ενισχυτές στους οποίους τα τσοκ χρησίμευαν ως φορτία ανόδου για τους λαμπτήρες.

Η αυξημένη εναλλασσόμενη τάση που απελευθερώνεται στο τσοκ Dp τροφοδοτείται στο πλέγμα της επόμενης λάμπας μέσω του πυκνωτή μπλοκαρίσματος C. είναι απαραίτητο να ενισχυθεί ένα σχετικά στενό εύρος συχνοτήτων και δεν απαιτείται μεγάλη ομοιομορφία απολαβής σε αυτή τη ζώνη.