Elektrický plyn - princip činnosti a příklady použití

Induktor používaný k potlačení rušení, k vyhlazování proudových vln, k ukládání energie v magnetickém poli cívky nebo jádra, k izolaci částí obvodu od sebe při vysoké frekvenci, se nazývá tlumivka nebo reaktor (z německého drosseln — k limit, klín).

Proto je hlavním účelem tlumivky v elektrickém obvodu udržet na sobě proud v určitém frekvenčním rozsahu nebo akumulovat energii po určitou dobu v magnetickém poli.

Fyzicky se proud v cívce nemůže změnit okamžitě, trvá to konečnou dobu, — přímo následuje tuto polohu z Lenzova pravidla.

Pokud lze proud procházející cívkou okamžitě změnit, objeví se na cívce nekonečné napětí. Vlastní indukčnost cívky, když se mění proud, sama o sobě vytváří napětí — EMF samoindukce… Tímto způsobem tlumivka zpomaluje proud.

Pokud je nutné potlačit proměnnou složku proudu v obvodu (a hluk nebo vibrace jsou pouze příkladem proměnné složky), je v takovém obvodu instalována tlumivka — induktor, který má významný indukční odpor pro proud na rušivé frekvenci. Zvlnění v síti se výrazně sníží, pokud je na cestě instalována tlumivka. Podobně lze oddělit nebo izolovat signály různých frekvencí pracující v obvodu.

V radiotechnice, v elektrotechnice, v mikrovlnné technice se používají vysokofrekvenční proudy jednotek od hertzů po gigahertz. Nízké frekvence do 20 kHz se týkají zvukových frekvencí, následuje ultrazvukový rozsah — do 100 kHz a nakonec HF a mikrovlnný rozsah — nad 100 kHz, jednotky, desítky a stovky MHz.

Takže je to plyn samoindukční cívka, používaný jako velký indukční odpor pro určité střídavé proudy.

V případě, že musí mít tlumivka velký indukční odpor vůči nízkofrekvenčním proudům, musí mít velkou indukčnost a v tomto případě je vyrobena s ocelovým jádrem. Vysokofrekvenční tlumivka (představující vysokou odolnost proti vysokofrekvenčním proudům) se obvykle vyrábí bez jádra.

Nízkofrekvenční tlumivka Vypadá jako železný transformátor, jen s tím rozdílem, že je na něm jen jedna cívka. Vinutí je navinuto na ocelovém jádru transformátoru, jehož desky jsou izolovány pro snížení vířivých proudů.

Taková cívka má vysokou indukčnost (více než 1 N), má značný odpor vůči jakékoli změně proudu v elektrickém obvodu, kde je instalována: pokud proud začne prudce klesat, cívka ji podpoří, pokud proud začne prudce klesat prudce zvýšit, cívka se omezí, nebude se prudce hromadit.

Jednou z nejširších oblastí použití tlumivek jsou vysokofrekvenční obvody... Vícevrstvé nebo jednovrstvé cívky jsou navinuty na feritových nebo ocelových jádrech nebo se používají zcela bez feromagnetických jader - pouze plastový rám nebo pouze drát. obvod pracuje na vlnách středního a dlouhého dosahu, pak je často možné sekční vinutí.

Feromagnetická tlumivka s jádrem je menší než bezjádrová tlumivka se stejnou indukčností. Pro provoz na vysokých frekvencích se používají feritová nebo magnetodielektrická jádra, která mají nízkou vnitřní kapacitu. Takové tlumivky mohou pracovat v poměrně širokém frekvenčním rozsahu.

Jak víte, hlavním parametrem tlumivky je jako u každé cívky indukčnost... Jednotkou tohoto parametru je henry a označení Gn. Dalším parametrem je elektrický odpor (ve stejnosměrném proudu), měřený v ohmech (ohmech).

Dále pak takové charakteristiky, jako je dovolené napětí, jmenovitý předpětí a samozřejmě činitel jakosti, což je mimořádně důležitý parametr zejména u oscilačních obvodů. Různé typy tlumivek jsou dnes široce používány k řešení široké škály technických problémů.

Typy tlumivek

Tlumivky bez cívek jsou určeny k potlačení vysokofrekvenčního šumu v elektrických obvodech. Obvykle jsou to feritové jádro vyrobené ve formě dutého válce (nebo O-kroužku), kterým prochází drát.

Reaktivita takové tlumivky při nízkých frekvencích (včetně průmyslové frekvence) je malá a při vysokých frekvencích (0,1 MHz ... 2,5 GHz) velká. Pokud se tedy v kabelu vyskytne vysokofrekvenční rušení, pak ho taková tlumivka potlačí s vložným útlumem 10 ... 15 dB.K vytvoření magnetických jader tlumivek bez závitů se používají mangan-zinkové a nikl-zinkové ferity.

AC tlumivky jsou široce používány jako rezistory (indukční) rezistory, prvky LR a LC obvodů a také ve výstupních filtrech střídavých měničů. Takové tlumivky se vyrábějí s indukčnostmi od desetin mikrohenry do stovek henry pro proudy od ~ 1 mA do 10 A. Mají jedinou cívku umístěnou na magnetickém jádru z fero- nebo ferimagnetického materiálu.

Při návrhu střídavé tlumivky je nutné vzít v úvahu tyto hlavní jmenovité parametry: požadovaný výkon (nejpřípustnější hodnota proudu), frekvenci proudu, důstojnost a hmotnost.

Faktor kvality lze zvýšit různými metodami. Z hlediska výroby magnetických obvodů je nutné vzít v úvahu, že zásluhu lze zvýšit z důvodu:

• výběr magnetického materiálu s vysokou magnetickou permeabilitou a nízkými ztrátami;

• zvětšení plochy průřezu magnetického obvodu;

• zavedení nemagnetické mezery.

Vyhlazující tlumivky — prvky převodníků určené ke snížení proměnné složky napětí nebo proudu na vstupu nebo výstupu převodníku. Takové tlumivky mají jediné vinutí, v jehož proudu jsou (na rozdíl od střídavých tlumivek) přítomny střídavé i stejnosměrné složky. Tlumivka je zapojena do série se zátěží.

Tlumivka musí mít velkou indukčnost (indukční odpor). Na jeho vinutí je pozorován pokles střídavé složky napětí, zatímco konstantní složka (vzhledem k malému činnému odporu vinutí) se při zátěži uvolňuje.

Proudové složky vytvářejí přímý magnetický tok (který funguje jako magnetizér) a střídavý tok v magnetickém obvodu tlumivky, sinusový… Vlivem konstantní složky proudu se magnetický tok (indukce) v magnetickém obvodu mění v souladu s počáteční magnetizační křivkou, zatímco vlivem proměnné složky probíhá reverzace magnetizace v dílčích cyklech při odpovídajících hodnotách proudu.

S rostoucím proudem se střídavá složka magnetického toku zmenšuje (při konstantní složce střídavého proudu), což vede ke snížení diferenciální magnetické permeability a tím i ke snížení indukčnosti tlumivky. Fyzikálně je pokles indukčnosti se zvyšujícím se magnetizačním proudem způsoben tím, že jak se tento proud zvyšuje, magnetický obvod tlumivky je stále více saturován.

Udušení z nasycení se používají jako nastavitelné indukční reaktance ve střídavých obvodech. Takové tlumivky mají alespoň dvě vinutí, z nichž jedno (pracovní) je zahrnuto v obvodu střídavého proudu a druhé (řídící) - ve stejnosměrném obvodu Principem činnosti saturačních tlumivek je využití nelinearity křivky B (H) magnetických obvodů, když jsou zmagnetizovány řídicími a provozními proudy.

Magnetické obvody takových tlumivek nemají žádnou nemagnetickou mezeru. Hlavní charakteristikou saturačních tlumivek (ve srovnání s vyhlazovacími tlumivkami) je výrazně vyšší hodnota proměnné složky magnetického toku v magnetickém obvodu a sinusový charakter jeho změny.

Vývoj elektronických zařízení klade různé požadavky na tlumivky, zejména vyžaduje zmenšení rozměrů a snížení úrovně elektromagnetického rušení v podmínkách vysoké hustoty montáže součástek. K vyřešení tohoto problému byly vyvinuty vícevrstvé feritové čipové filtry založené na desce pro povrchovou montáž.

Taková zařízení jsou vyráběna pomocí tenkovrstvé technologie. Na substrát jsou naneseny tenké vrstvy feritu (např. tchajwanská společnost Chilisin Electronics používá ferit Ni-Zn), mezi nimiž je vytvořena polootáčková spirálová struktura.

Po nanesení vrstev, jejichž počet může dosáhnout několika stovek, dochází k slinování, při kterém vzniká objemová cívka s feritovým magnetickým jádrem. Díky této konstrukci jsou rozptylová pole snížena na minimum a tím je prakticky vyloučeno vzájemné ovlivňování prvků na sebe, protože siločáry jsou převážně uzavřeny uvnitř magnetického obvodu.

Vícevrstvé filtry s feritovými čipy: a — technologie výroby; b — vzhled související se stupnicí s krokem 1 mm

Vícevrstvé feritové čipové filtry se používají k filtrování vysokofrekvenčního rušení v napájecích a signálových obvodech spotřební elektroniky, napájecích zdrojů atd. Hlavními výrobci čipových filtrů jsou Chilisin Electronics, TDK Corporation (Japonsko), Murata Manufacturing Co., Ltd (Japonsko), Vishay Intertechnology (USA), atd.

Magnetické tlumivky vyrobené z magnetodielektrika na bázi karbonylového železa se používají v rádiových zařízeních pracujících v rozsahu 0,5 … 100,0 MHz.

V tlumivkách lze použít magnetická jádra ze všech známých měkkých magnetických materiálů: elektrooceli, ferity, magnetodielektrika, ale i přesné, amorfní a nanokrystalické slitiny.

Na rozdíl od tlumivek v transformátorech, magnetických zesilovačích a podobných zařízeních slouží magnetický obvod ke koncentraci magnetického toku při minimalizaci magnetických ztrát. V tomto případě hlavní funkce vykonávaná magnetickým obvodem prakticky vylučuje jeho výrobu z magnetodielektrického materiálu, který má nízkou relativní magnetickou permeabilitu.

Široká škála feritů různých jakostí navržených pro provoz ve frekvenčních rozsazích podobných magnetodielektrikům zužuje rozsah použití magnetodielektrik pro výrobu magnetické obvody elektromagnetických zařízení. 

Aplikace pro dušení

Podle účelu se tedy elektrické tlumivky dělí na:

AC tlumivky pracující v sekundárních spínacích zdrojích. Cívka ukládá energii primárního zdroje energie ve svém magnetickém poli a poté ji přenáší do zátěže. Invertující měniče, zesilovače - používají tlumivky, někdy s více vinutími, jako transformátory. Funguje to podobným způsobem magnetický předřadník zářivky, sloužící k zapálení a udržení jmenovitého proudu.

Sytiče startování motoru — omezovače startovacího a brzdného proudu. To je účinnější než rozptyl energie jako teplo přes odpory. U elektropohonů s výkonem do 30 kW vypadá taková škrtící klapka podobně třífázový transformátor (v třífázových obvodech se používají třífázové tlumivky).

Sytící tlumivkypoužívá se ve stabilizátorech napětí a ferorezonančních měničích (transformátor je částečně přeměněn na tlumivku), dále v magnetických zesilovačích, kde se magnetizuje jádro za účelem změny indukčního odporu obvodu.

Vyhlazující tlumivkyaplikováno v filtry k odstranění zvlnění usměrněného proudu. Vyhlazovací výkonové tlumivky byly velmi oblíbené během rozkvětu elektronkových zesilovačů kvůli nedostatku velmi velkých kondenzátorů. Pro vyhlazení vlny po usměrňovači bylo potřeba použít tlumivky tak akorát.

Zatímco v silových obvodech vakuové obloukové lampy připojený posilovače plynu — šlo o speciální zesilovače, ve kterých tlumivky sloužily jako anodové zátěže pro lampy.

Zvýšené střídavé napětí uvolněné na tlumivce Dp je přivedeno přes blokovací kondenzátor C na mřížku další lampy. je nutné zesílit poměrně úzký frekvenční rozsah a v tomto pásmu není potřeba velká rovnoměrnost zesílení.