Van tiết lưu điện - nguyên lý hoạt động và ví dụ sử dụng

Một cuộn cảm được sử dụng để khử nhiễu, làm phẳng sóng dòng điện, lưu trữ năng lượng trong từ trường của cuộn dây hoặc lõi, để cách ly các phần của mạch với nhau ở tần số cao, được gọi là cuộn cảm hoặc cuộn cảm (từ tiếng Đức drosseln - đến giới hạn, nêm).

Do đó, mục đích chính của cuộn cảm trong mạch điện là giữ dòng điện trong một dải tần số nhất định hoặc tích lũy năng lượng trong một khoảng thời gian nhất định trong từ trường.

Về mặt vật lý, dòng điện trong cuộn dây không thể thay đổi ngay lập tức, nó cần một khoảng thời gian hữu hạn, — trực tiếp đi theo vị trí này từ quy tắc Lenz.

Nếu dòng điện qua cuộn dây có thể thay đổi tức thời, thì một hiệu điện thế vô hạn sẽ xuất hiện trên cuộn dây. Độ tự cảm của cuộn dây, khi dòng điện thay đổi, tự nó tạo ra một điện áp — EMF của tự cảm ứng… Bằng cách này, cuộn cảm làm chậm dòng điện.

Nếu cần triệt tiêu thành phần biến của dòng điện trong mạch (và tiếng ồn hoặc rung chỉ là một ví dụ về thành phần biến), thì một cuộn cảm được lắp đặt trong mạch như vậy — cuộn cảm, có điện trở cảm ứng đáng kể đối với dòng điện ở tần số giao thoa. Gợn sóng trong mạng sẽ giảm đáng kể nếu một cuộn cảm được cài đặt trên đường dẫn. Tương tự, các tín hiệu có tần số khác nhau hoạt động trong mạch có thể được tách ra hoặc cách ly với nhau.

Trong kỹ thuật vô tuyến, trong kỹ thuật điện, trong công nghệ vi sóng, người ta sử dụng dòng điện tần số cao có đơn vị từ hertz đến gigahertz. Tần số thấp trong phạm vi 20 kHz đề cập đến tần số âm thanh, tiếp theo là dải siêu âm — lên đến 100 kHz và cuối cùng là dải HF và vi sóng — trên 100 kHz, đơn vị, hàng chục và hàng trăm MHz.

Vì vậy, đó là van tiết lưu cuộn dây tự cảm ứng, dùng làm điện trở cảm ứng lớn đối với dòng điện xoay chiều nhất định.

Trường hợp cuộn cảm phải có điện trở lớn đối với dòng điện tần số thấp, cuộn cảm phải có điện cảm lớn và trong trường hợp này cuộn cảm được chế tạo bằng lõi thép. Cuộn cảm tần số cao (đại diện cho khả năng chống lại dòng điện tần số cao) thường được chế tạo không có lõi.

Cuộn cảm tần số thấp Nó trông giống như một máy biến áp bằng sắt, với điểm khác biệt duy nhất là nó chỉ có một cuộn dây trên đó. Dây quấn được quấn trên lõi thép của máy biến áp có các bản được cách điện để giảm dòng điện xoáy.

Một cuộn dây như vậy có độ tự cảm cao (hơn 1 N), nó có khả năng chống lại bất kỳ sự thay đổi nào của dòng điện trong mạch điện nơi nó được lắp đặt: nếu dòng điện bắt đầu giảm mạnh, cuộn dây sẽ hỗ trợ nó, nếu dòng điện bắt đầu tăng tăng mạnh, cuộn dây sẽ hạn chế, nó sẽ không tích lũy mạnh.

Một trong những lĩnh vực ứng dụng rộng rãi nhất của cuộn cảm là mạch tần số cao... Cuộn dây nhiều lớp hoặc một lớp được quấn trên lõi ferit hoặc thép hoặc được sử dụng hoàn toàn không có lõi sắt từ - chỉ có khung nhựa hoặc chỉ có dây. mạch hoạt động trên các sóng tầm trung và dài , thì thường có thể có cuộn dây cắt.

Cuộn cảm lõi sắt từ nhỏ hơn cuộn cảm không lõi có cùng độ tự cảm. Để hoạt động ở tần số cao, lõi ferit hoặc lõi điện môi được sử dụng, có điện dung bên trong thấp. Những cuộn cảm như vậy có thể hoạt động trên một dải tần số khá rộng.

Như bạn đã biết, tham số chính của cuộn cảm là độ tự cảm, giống như bất kỳ cuộn dây nào... Đơn vị của tham số này là henry và ký hiệu là Gn. Thông số tiếp theo là điện trở (trong dòng điện một chiều), được đo bằng đơn vị ôm (ohms).

Sau đó, có những đặc điểm như điện áp cho phép, dòng định mức định mức và tất nhiên là hệ số chất lượng, đây là một tham số cực kỳ quan trọng, đặc biệt là đối với các mạch dao động. Các loại cuộn cảm khác nhau ngày nay được sử dụng rộng rãi để giải quyết nhiều vấn đề kỹ thuật.

Các loại cuộn cảm

Cuộn cảm không có cuộn dây được thiết kế để triệt nhiễu tần số cao trong các mạch điện. Chúng thường là một lõi ferit được làm dưới dạng một hình trụ rỗng (hoặc vòng chữ O) mà dây điện đi qua.

Khả năng phản ứng của một cuộn cảm như vậy ở tần số thấp (bao gồm cả tần số công nghiệp) là nhỏ và ở tần số cao (0,1 MHz ... 2,5 GHz) thì lớn. Do đó, nếu nhiễu tần số cao xảy ra trong cáp, thì một cuộn cảm như vậy sẽ triệt tiêu nó với mức suy hao chèn là 10 ... 15 dB.Ferit mangan-kẽm và niken-kẽm được sử dụng để tạo ra lõi từ của cuộn cảm không có vòng quay.

cuộn cảm AC được sử dụng rộng rãi làm điện trở (cảm ứng), các phần tử của mạch LR và LC, cũng như trong các bộ lọc đầu ra của bộ chuyển đổi AC. Những cuộn cảm như vậy được chế tạo với độ tự cảm từ một phần mười microhenries đến hàng trăm microhenries đối với dòng điện từ ~ 1 mA đến 10 A. Chúng có một cuộn dây duy nhất nằm trên lõi từ làm bằng vật liệu sắt hoặc sắt từ.

Khi thiết kế cuộn cảm AC, cần tính đến các tham số danh nghĩa chính sau: công suất yêu cầu (giá trị cho phép cao nhất của dòng điện), tần số của dòng điện, trọng lượng và trọng lượng.

Yếu tố chất lượng có thể được tăng lên bằng nhiều phương pháp khác nhau. Từ quan điểm sản xuất mạch từ, cần phải tính đến việc công đức có thể tăng lên do:

• lựa chọn vật liệu từ tính có độ thấm từ tính cao và tổn thất thấp;

• tăng diện tích mặt cắt ngang của mạch từ;

• giới thiệu một khoảng cách không từ tính.

Làm mịn cuộn cảm - các phần tử của bộ biến đổi được thiết kế để giảm thành phần biến đổi của điện áp hoặc dòng điện ở đầu vào hoặc đầu ra của bộ biến đổi. Các cuộn cảm như vậy có một cuộn dây duy nhất trong dòng điện (không giống như cuộn cảm AC) có cả thành phần AC và DC. Cuộn cảm được mắc nối tiếp với tải.

Cuộn cảm phải có điện cảm lớn (điện trở cảm ứng). Tại cuộn dây của nó, người ta quan sát thấy sự sụt giảm trong thành phần xoay chiều của điện áp, trong khi thành phần không đổi (do điện trở hoạt động của cuộn dây nhỏ) được giải phóng ở tải.

Các thành phần hiện tại tạo ra một từ thông trực tiếp (hoạt động như một bộ từ hóa) và một từ thông xoay chiều trong mạch từ cuộn cảm, hình sin… Do thành phần dòng điện không đổi, từ thông (cảm ứng) trong mạch từ thay đổi theo đường cong từ hóa ban đầu, trong khi do thành phần thay đổi, sự đảo ngược từ hóa diễn ra theo từng chu kỳ ở các giá trị dòng điện tương ứng.

Khi dòng điện tăng lên, thành phần xoay chiều của từ thông giảm (ở thành phần dòng điện xoay chiều không đổi), dẫn đến giảm độ thấm từ vi sai và theo đó, giảm độ tự cảm của cuộn cảm. Về mặt vật lý, độ tự cảm giảm khi dòng điện từ hóa tăng là do dòng điện này tăng lên, mạch từ của cuộn cảm ngày càng trở nên bão hòa.

Nghẹt thở vì bão hòa được sử dụng làm điện kháng cảm ứng có thể điều chỉnh được trong mạch điện xoay chiều. Các cuộn cảm như vậy có ít nhất hai cuộn dây, một trong số đó (hoạt động) được bao gồm trong mạch điện xoay chiều và cuộn cảm kia (điều khiển) - trong mạch DC... Nguyên tắc hoạt động của cuộn cảm bão hòa là sử dụng tính phi tuyến của đường cong B (H) của mạch từ, khi chúng được từ hóa bởi dòng điện điều khiển và vận hành.

Các mạch từ của cuộn cảm như vậy không có khe hở không từ tính. Các đặc điểm chính của cuộn cảm bão hòa (so với cuộn cảm làm mịn) là giá trị cao hơn đáng kể của thành phần biến đổi của từ thông trong mạch từ và bản chất hình sin của sự thay đổi của nó.

Sự phát triển của thiết bị điện tử đặt ra các yêu cầu khác nhau đối với cuộn cảm, đặc biệt, nó yêu cầu giảm kích thước và giảm mức độ nhiễu điện từ trong điều kiện mật độ lắp ráp linh kiện cao. Để giải quyết vấn đề này đã được phát triển bộ lọc chip ferrite đa lớp dựa trên bảng gắn trên bề mặt.

Các thiết bị như vậy được sản xuất bằng công nghệ màng mỏng. Các lớp ferit mỏng được lắng đọng trên đế (ví dụ: công ty Chilisin Electronics của Đài Loan sử dụng ferit Ni-Zn), giữa các lớp này hình thành cấu trúc cuộn dây nửa vòng.

Sau khi lắng đọng các lớp, số lượng có thể lên tới vài trăm, quá trình thiêu kết diễn ra, trong đó một cuộn thể tích có lõi từ ferit được hình thành. Nhờ thiết kế này, các trường đi lạc được giảm đến mức tối thiểu và theo đó, ảnh hưởng lẫn nhau của các phần tử lên nhau thực tế bị loại trừ, do các đường sức chủ yếu được đóng bên trong mạch từ.

Bộ lọc đa lớp với chip ferit: a — công nghệ sản xuất; b — bề ngoài liên quan đến thang đo có bước 1 mm

Bộ lọc chip ferrite đa lớp được sử dụng để lọc nhiễu tần số cao trong mạch nguồn và tín hiệu của thiết bị điện tử tiêu dùng, nguồn điện, v.v. Các nhà sản xuất chính của bộ lọc chip là Chilisin Electronics, TDK Corporation (Nhật Bản), Murata Manufacturing Co., Ltd (Nhật Bản), Vishay Intertech (Mỹ), v.v.

Cuộn cảm lõi từ làm từ chất điện môi từ tính dựa trên sắt carbonyl được sử dụng trong thiết bị vô tuyến hoạt động trong dải 0,5 … 100,0 MHz.

Trong cuộn cảm, lõi từ làm bằng tất cả các vật liệu từ tính mềm đã biết có thể được sử dụng: thép điện, ferit, chất điện môi, cũng như các hợp kim chính xác, vô định hình và tinh thể nano.

Không giống như cuộn cảm trong máy biến áp, bộ khuếch đại từ tính và các thiết bị tương tự, mạch từ dùng để tập trung từ thông đồng thời giảm thiểu tổn thất từ ​​tính. Trong trường hợp này, chức năng chính được thực hiện bởi mạch từ thực tế loại trừ việc sản xuất nó từ vật liệu điện môi từ có độ thấm từ tương đối thấp.

Một loạt các ferrite thuộc các loại khác nhau được thiết kế để hoạt động trong các dải tần số tương tự như chất điện môi từ làm thu hẹp phạm vi ứng dụng của chất điện môi từ trong sản xuất mạch từ của thiết bị điện từ. 

Ứng dụng cho nghẹt thở

Vì vậy, theo mục đích, cuộn cảm điện được chia thành:

Cuộn cảm AC hoạt động trong nguồn cung cấp chuyển mạch thứ cấp. Cuộn dây lưu trữ năng lượng của nguồn điện sơ cấp trong từ trường của nó, sau đó truyền nó đến tải. Bộ chuyển đổi đảo ngược, bộ khuếch đại - chúng sử dụng cuộn cảm, đôi khi có nhiều cuộn dây, giống như máy biến áp. Nó hoạt động theo cách tương tự chấn lưu từ của đèn huỳnh quang, dùng để đánh lửa và duy trì dòng điện định mức.

Cuộn cảm khởi động động cơ - bộ hạn chế dòng khởi động và hãm. Điều này hiệu quả hơn so với việc tiêu tán năng lượng dưới dạng nhiệt trên các điện trở. Đối với các ổ điện có công suất lên tới 30 kW, van tiết lưu như vậy trông giống nhau máy biến áp ba pha (cuộn cảm ba pha được sử dụng trong mạch ba pha).

cuộn cảm bão hòanó được sử dụng trong bộ ổn định điện áp và bộ chuyển đổi cộng hưởng sắt (máy biến áp được chuyển đổi một phần thành cuộn cảm), cũng như trong các bộ khuếch đại từ tính, trong đó lõi được từ hóa để thay đổi điện trở cảm ứng của mạch.

Làm mịn cuộn cảmáp dụng trong bộ lọc để loại bỏ gợn hiện tại được chỉnh lưu. Cuộn cảm công suất làm mịn rất phổ biến trong thời kỳ hoàng kim của bộ khuếch đại ống do thiếu các tụ điện rất lớn. Để làm mịn sóng sau bộ chỉnh lưu, cuộn cảm phải được sử dụng vừa phải.

Khi ở trong mạch điện đèn hồ quang chân không đính kèm bộ tăng tốc - đây là những bộ khuếch đại đặc biệt trong đó các cuộn cảm được dùng làm tải cực dương cho đèn.

Điện áp xoay chiều tăng lên được giải phóng ở cuộn cảm Dp được đưa vào lưới của đèn tiếp theo thông qua tụ điện chặn C. cần phải khuếch đại một dải tần tương đối hẹp và không cần độ khuếch đại đồng đều lớn trong dải này.