Дроссели переменного тока

Размещено на http://www.allbest.ru/

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. НАЗНАЧЕНИЕ И ОСОБЕННОСТИ ДРОССЕЛЕЙ

2. ПАРАМЕТРЫ И ПРИМЕРЫ ТИПОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ

3. ЭКВИВАЛЕНТНАЯ СХЕМА ДРОССЕЛЯ ВЫСОКОЙ ЧАСТОТЫ

4. СХЕМЫ СГЛАЖИВАЮЩИХ ФИЛЬТРОВ

5. МАГНИТОПРОВОДЫ ДРОССЕЛЕЙ

6. НАГРЕВ И ОХЛАЖДЕНИЕ ДРОССЕЛЕЙ

7. ЭКРАНИРОВАНИЕ ДРОССЕЛЕЙ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК



ВВЕДЕНИЕ

На данный момент электронные и радиоэлектронные средства имеют широкое распространение как в повседневной жизни, так и в профессиональной деятельности.

Для конструирования радиоэлектронной аппаратуры применяется различные компоненты, в том числе и дроссели.

Дроссели переменного тока широко применяются в различных электрических установках и в цепях радиоустройств, например, в балластных, токоограничивающих, в антенных контурах мощных генераторов, в полосовых фильтрах мощных усилителей и т.д.

Таким образом, важно знать основные параметры и конструкции дросселей, способы подключения в схемы и другие характеристики.



1. НАЗНАЧЕНИЕ И ОСОБЕННОСТИ ДРОССЕЛЕЙ

Дроссель представляет собой катушку с ферромагнитным сердечником. Такой сердечник резко увеличивает магнитное поле катушки. Чем больше магнитная проницаемость ферромагнетика, тем больше индуктивное сопротивление.

Дроссели изготавливают для включения в электрические цепи с мощностью от нескольких вольтампер до десятков тысяч. При этом рабочее напряжение очень различается у низковольтных и высоковольтных дросселей.

Дроссели включают в электрическую цепь последовательно с нагрузкой для устранения (подавления) переменной составляющей тока в цепи. Дроссели обладают высоким сопротивлением переменному току и малым сопротивлением постоянному току.

Характеристики дросселя определяются свойствами его ферромагнитного сердечника. Вольтамперные характеристики могут быть близкими к линейным, а могут быть и существенно нелинейными. Нелинейность дросселя в ряде случаев - фактор нежелательный. В то же время она определяет применение дросселя в некоторых устройствах радиоэлектроники и радиотехники.

Линеаризация вольтамперной характеристики может быть получена обеспечением немагнитного воздушного зазора, который уменьшает зависимость индуктивности дросселя от тока нагрузки. Кроме того немагнитный зазор обеспечивает увеличение магнитной энергии в дросселе. При этом наблюдается эффект «выпучивания» магнитного потока.

2. ПАРАМЕТРЫ И ПРИМЕРЫ ТИПОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Дроссели имеют открытую или закрытую конструкцию. Закрытая конструкция применяется в дросселях, которые длительно работают в тяжелых условиях (например, при высокой температуре до +250?С или при высокой влажности около 98%).

Типичные конструкции однофазных дросселей открытого исполнения представлены на рисунке 1.

Рисунок 1 - Типичные конструкции однофазных дросселей открытого исполнения

По конструкции дроссели можно разделить на броневые, стержневые и тороидальные.

Броневые дроссели (рисунок 1 а, б) имеют лишь одну катушку с обмоткой, малое количество выводов и надежное крепление. Они более габаритные и тяжелые, чем дроссели других конструкций. Коэффициент выпучивания магнитного потока .

Стержневые дроссели (рисунок 1 в, г) сложнее по конструкции, чем броневые, и могут иметь одну или две катушки. Коэффициент выпучивания . Стержневые дроссели, как правило, имеют более тонкую обмотку, чем броневые, следовательно, лучше охлаждаются.

Наилучшими магнитными свойствами обладают тороидальные дроссели (рисунок 1 д), у которых обмотка распределяется по всему периметру сердечника. У данных дросселей малые поля рассеяния и малая подверженность внешним магнитным полям. Однако, данные дроссели более сложны в изготовлении, чем броневые и стержневые, что сказывается на их стоимости.

Дроссели закрытого типа представлены на рисунке 2. Все они имеют кожух. Герметичность некоторых дросселей обеспечивает также крышка сверху. Выводы в дросселе запрессовываются в пластмассу или пропускаются через стеклянные проходные изоляторы.

Рисунок 2 - Типичные конструкции однофазных дросселей открытого исполнения

Большая часть дросселей закрытого типа выпускаются с металлическими кожухами, они изготавливаются штамповкой (рисунок 2 а) или литьем под давлением (рисунок 2 б). При штамповке используется сталь, которая обеспечивает более хорошее экранирование, чем используемый при литье силумин. Кроме того, для изготовления кожуха может использоваться пластмасса, но такой материал не обеспечивает магнитного экранирования.



3. ЭКВИВАЛЕНТНАЯ СХЕМА ДРОССЕЛЯ ВЫСОКОЙ ЧАСТОТЫ

дроссель переменный ток радиоэлектронный

Эквивалентная схема дросселя высокой частоты может быть представлена в виде цепи, состоящей из индуктивности и активного сопротивления , соединенных последовательно, параллельно к которым присоединена собственная емкость дросселя . Графически данная схема представлена на рисунке 3.

Рисунок 3 - Эквивалентная схема дросселя высокой частоты

Собственная угловая частота такого контура вычисляется по формуле (1).

, (1)

Если собственная частота дросселя выше максимальной частоты рабочего диапазон, то его сопротивление имеет индуктивный характер и приблизительно равно . Такие дроссели обладают небольшими размерами и малым омическим сопротивлением. Их используют в цепях, не связанных с колебательными контурами.

Если же собственная частота ниже минимальной частоты рабочего диапазона, то его сопротивление имеет емкостный характер и определяется выражением . Индуктивность такого дросселя очень велика, таким образом, вполне допустимо применение таких дросселей в схемах с колебательными контурами. Данные дроссели имеют большие размеры и значительно более высокое омическое сопротивление.

4. СХЕМЫ СГЛАЖИВАЮЩИХ ФИЛЬТРОВ

Большинство цепей в радиоаппаратуре требует постоянный ток для нормальной работы. При этом выпрямители различных систем выдают вместе с постоянной составляющей тока, так называемую, пульсацию. Для уменьшения пульсации между выпрямителем и цепью включают сглаживающий фильтр, в который в большинстве случаем входит дроссель.

Наибольшее распространение в радиоаппаратуре получили фильтры, составленные из Г-образных звеньев (рисунок 4).

Рисунок 4 - Г-образное звено фильтра

Двухзвенный фильтр представлен на рисунке 5.

Рисунок 5 - Двухзвенный фильтр



В данном фильтре дроссель имеет большую индуктивность, на его обмотке почти полностью происходит падение переменной составляющей напряжения. Дополнительное сглаживание пульсаций обеспечивает включенный параллельно конденсатор, на который замкнута переменная составляющая тока, прошедшего через дроссель. Увеличение количества звеньев в цепи фильтра усиливает эффект сглаживания.

Чем больше индуктивность дросселя, тем эффективнее происходит сглаживание. При этом на индуктивность дросселя влияет эффект подмагничивания, возникающий при прохождении по обмотке постоянной составляющей тока. Подмагничивание уменьшает магнитную проницаемость сердечника, следовательно, и индуктивность дросселя. Для уменьшения подмагничивания в конструкции дросселя обеспечивается немагнитный зазор, который делаем кривую намагничивания магнитопровода более пологой и линейной.

5. МАГНИТОПРОВОДЫ ДРОССЕЛЕЙ

Магнитные свойства магнитопроводов существенно зависят от материала, из которого изготовлен сердечник. Кроме того свой вклад вносит наличие либо отсутствие немагнитного зазора, геометрические и конструкционные параметры дросселя, величина и форма приложенного напряжения и пр.

Магнитные свойства сердечника можно характеризовать двумя видами кривых: кривые намагничивания и кривые удельных потерь .

Эти характеристики получают экспериментально при определенных условиях: частоте тока, форме кривой напряжения или магнитной индукции, температуре и др. Характерные для ферромагнетиков кривые намагничивания представлены на рисунке 6, кривые удельных потерь на рисунке 7.

Рисунок 6 - Кривые намагничивания

Рисунок 7 - Кривые удельных потерь

На рисунках 6, 7 кривая 1 соответствует тороидальному магнитопроводу из стали Э330 толщиной 0, 35 мм при частоте 50 Гц, кривая 2 - тороидальному магнитопроводу из стали Э330 толщиной 0, 15 мм при частоте 400 Гц, кривая 3 - броневому и стержневому магнитопроводам из стали Э330 толщиной 0, 35 мм при частоте 50 Гц, кривая 4 - броневому и стержневому магнитопроводам из стали Э330 толщиной 0, 15 мм при частоте 400 Гц. На рисунке 6 также присутствует кривая 5, соответствующая тороидальному магнитопроводу из феррита 4000 НМ при частоте 10 кГц.

Магнитные свойства магнитопроводов ухудшаются при увеличении частоты приложенного напряжения, так как возрастают потери. Наибольшая зависимость от частоты происходит при средних величинах напряженности постоянного магнитного поля.

Также магнитные свойства сердечников ухудшаются с ростом температуры.

Наиболее сильное влияние на магнитные характеристики дросселя оказывает величина немагнитного зазора в магнитопроводе, который сильно сглаживает кривые намагничивания, делая их более линейными.

, (2)

где - коэффициент, характеризующий немагнитный зазор;

- длина немагнитного зазора, м;

- длина средней магнитной линии сердечника, м.

Зависимость броневого ленточного магнитопровода из стали Э330 при частоте 50 Гц и толщине ленты 35 мм при разных представлена на рисунке 8.

Рисунок 8 - Кривые намагничивания при разной толщине намагнитного зазора

6. НАГРЕВ И ОХЛАЖДЕНИЕ ДРОССЕЛЕЙ

Во время работы дросселя в его сердечнике и обмотке некоторое количество энергии теряется, т.е. идет на нагрев частей дросселя. Тепловой режим дросселя характеризуется нагревом и перегревом, они определяют допустимую электромагнитную нагрузку и срок службы.

Важную роль в тепловом процессе играют коэффициент теплоотдачи, величина и состояние поверхности охлаждения. Коэффициент теплоотдачи представляет собой количество тепла, отдаваемое с единицы охлаждающей поверхности, при разности температур между поверхностью и окружающей средой в 1?С. Под поверхностью охлаждения понимают наружную поверхность всех открытых частей дросселя.

Среднеобъемный перегрев обмотки броневого и стержневого дросселей вычисляется по формуле (3).

, (3)

где - потери в обмотке дросселя при реальном режиме его работы, Вт;

- отношение потерь в сердечнике к потерям в обмотке;

- коэффициент теплоотдачи, ;

и - расчетные поверхности охлаждения всех открытых частей обмотки и сердечника, определенные с учетом эффективности теплоотдачи поверхностей , образующихся при наличии канала между сердечником и обмоткой, .

Коэффициенты и можно определить соответственно по формулам (4) и (4).

, (4)



где - коэффициент конструкции, определяемый типом дросселя;

- коэффициент теплоотдачи базисного дросселя, ;

- степенной показатель зависимость коэффициента теплоотдачи от величины ;

- перегрев обмотки базисного дросселя, град;

- степенной показатель зависимость коэффициента теплоотдачи от величины ;

- высота окна магнитопровода базисного дросселя, м;

- высота окна магнитопровода исследуемого дросселя, м.

, (5)

где , и - опытные коэффициенты;

Для большинства обычных конфигураций дросселей опытные коэффициенты принимают равными: , и . Для стержневого дросселя , для броневого и однокатушечного стержневого . В качестве базисных величин приняты следующие значения: град, м, для пропитанных дросселей и для непропитанных.

Для тороидального дросселя перегрев наиболее нагретой точки обмотки вычисляется по формуле (6).



, (6)

где - коэффициент перепада температур.

Коэффициент перепада температур в свою очередь определяется по формуле (7).

, (7)

где - эквивалентный коэффициент теплопроводности катушки, ;

- односторонняя средняя толщина катушки, м.

Для дросселей с непропитанной катушкой , для дросселей с пропитанной катушкой . Величина определяется по формуле (4) при значениях , .

Наряду с естественным охлаждением дросселей применяются способы принудительного охлаждения. Оно необходимо при величине рассеиваемой с поверхности мощности . Часто в таком случае используют воздушное охлаждение - обдув дросселя воздухом со скоростью 0, 9…8 .

Эффективность естественного охлаждения может быть повышена за счет применения пропиточных и покровных материалов с большой теплопроводностью, а также жидкостных и газовых наполнителей.



7. ЭКРАНИРОВАНИЕ ДРОССЕЛЕЙ

В большинстве случаев дроссель не экранируют, но при этом его располагают таким образом, чтобы влияние его на соседние элементы, либо влияние соседних элементов на него было минимальным. Дроссель следует располагать так, чтобы ось его катушки была перпендикулярна к внешнему магнитному полю.

Магнитное поле, рассеиваемое дросселем, оценивают величиной напряженности магнитного поля , которую обычно измеряют специальными приборами. Магнитное поле, рассеиваемое дросселем, можно ослабить уменьшением величин магнитной индукции в сердечнике, улучшением качества магнитопровода и шунтированием зазора в магнитопроводе путем напмотки на него ленты из электротехнической стали или другого ферромагнетика с высокой магнитной проницаемостью.

Иногда магнитное поле, рассеиваемое дросселем, настолько велико, что требует специального экранирования с помощью, так называемых, магнитных экранов. Эффективность экранирования обычно оценивают коэффициентов экранирования, вычисляемого по формуле (8).

, (8)

где - напряженность магнитного поля, рассеиваемого неэкранированным дросселем, измеренная на некотором расстоянии от него в направлении наибольшего рассеяния, ;

- напряженность магнитного поля экранированного дросселя, измеренного на том же расстоянии и в том же направлении, .

Экран должен обеспечивать максимальное снижение уровня наводимых полей. Для этого его стенки должны иметь надлежащую толщину. Экран должен быть выполнен по возможности без щелей. В противном случае эффективность экранирования может быть недостаточной.

Для защиты от полей частотой выше 1 кГц экран должен быть изготовлен из проводникового материала. Чем выше частота, тем тоньше должен быть экран. Кроме того расстояние между экраном и дросселем нужно делать большим, так как чем ближе к катушке находится экран, тем сильнее уменьшается индуктивность дросселя.



ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Результатом написания реферата являются полученные знания о дросселях и их применении в радиоаппаратуре. Были рассмотрены основные конструкции дросселей, их нагрев и охлаждение и экранирование.

Полученную информацию можно использовать в проектировании радиоаппаратуры и создании электрических цепей.



БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1 Бамдас, А.М. Дроссели переменного тока радиоэлектронной аппаратуры / А.М. Бамдас, Ю.А. Савиновский. - М.: Советское радио, 1962. - 190 с.

2 Бамдас, А.М. Дроссели переменного тока радиоэлектронной аппаратуры (катушки со сталью) / А.М. Бамдас, Ю.А. Савиновский. - М.: Советское радио, 1969. - 248 с.

3 Сифоров, В.И. Радиоприемные устройства / В.И. Сифоров. - 5-е изд., перераб. - М.: Военное издательство Министерства обороны Союза ССР, 1954. - 804 с.

4 СТО ЮУрГУ 17-2008 Стандарт организации. Учебные рефераты. Общие требования к содержанию и оформлению / Т.И. Парубочая, Н.В. Сырейщикова, В.А. Смолко, Л.В. Винокурова. - Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2008. - 40 с.

5 Фролов, А.Д. Радиодетали и узлы. Учеб. пособие для спец. вузов «Конструирование и производство радиоаппаратуры» / А.Д. Фролов. - М.: Высшая школа, 1975. - 440 с.

Размещено на Allbest.ru