الخانق الكهربائي - مبدأ التشغيل وأمثلة على الاستخدام

يُطلق على الحث المستخدم لقمع التداخل ، لتنعيم موجات التيار ، لتخزين الطاقة في المجال المغناطيسي لملف أو قلب ، لعزل أجزاء من الدائرة عن بعضها البعض عند التردد العالي ، خنق أو مفاعل (من drosseln الألماني - إلى حد ، إسفين).

لذلك ، فإن الغرض الرئيسي من الاختناق في الدائرة الكهربائية هو الاحتفاظ بتيار في نطاق تردد معين أو تجميع الطاقة لفترة زمنية معينة في مجال مغناطيسي.

جسديًا ، لا يمكن أن يتغير التيار في الملف على الفور ، فهو يستغرق وقتًا محدودًا ، - يتبع هذا الموضع مباشرةً من حكم لينز.

إذا كان من الممكن تغيير التيار عبر الملف على الفور ، فسيظهر جهد غير محدود عبر الملف. الحث الذاتي للملف ، عندما يتغير التيار ، يخلق جهدًا بحد ذاته - EMF للحث الذاتي... بهذه الطريقة ، يبطئ الخانق التيار.

إذا كان من الضروري قمع المكون المتغير للتيار في الدائرة (والضوضاء أو الاهتزاز ليست سوى مثال على مكون متغير) ، ثم يتم تثبيت خنق في مثل هذه الدائرة - اداة الحث، والتي لديها مقاومة استقرائية كبيرة للتيار عند تردد التداخل. سيتم تقليل التموجات في الشبكة بشكل كبير إذا تم تثبيت خنق على المسار. وبالمثل ، يمكن فصل الإشارات ذات الترددات المختلفة العاملة في الدائرة أو عزلها عن بعضها البعض.

في الهندسة الراديوية ، في الهندسة الكهربائية ، في تكنولوجيا الميكروويف ، تُستخدم تيارات عالية التردد للوحدات من هيرتز إلى جيجاهيرتز. تشير الترددات المنخفضة في نطاق 20 كيلو هرتز إلى الترددات الصوتية ، متبوعة بمدى الموجات فوق الصوتية - حتى 100 كيلو هرتز وأخيراً نطاق التردد العالي والميكروويف - فوق 100 كيلو هرتز ، والوحدات ، والعشرات ، والمئات من ميجاهرتز.

لذا فهو الخانق لفائف الحث الذاتي، تستخدم كمقاومة حثية كبيرة لبعض التيارات المتناوبة.

في حالة احتياج الخانق إلى مقاومة استقرائية كبيرة للتيارات منخفضة التردد ، يجب أن يكون له محاثة كبيرة وفي هذه الحالة يكون مصنوعًا من قلب فولاذي. عادة ما يتم صنع خنق عالي التردد (يمثل مقاومة عالية للتيارات عالية التردد) بدون قلب.

خنق منخفض التردد يبدو وكأنه محول حديدي ، مع الاختلاف الوحيد أنه يحتوي على ملف واحد فقط عليه. يتم لف اللف على قلب فولاذي لمحول يتم عزل ألواحه لتقليل التيارات الدوامة.

يحتوي هذا الملف على محاثة عالية (أكثر من 1 نيوتن) ، وله مقاومة كبيرة لأي تغيير في التيار في الدائرة الكهربائية حيث يتم تثبيته: إذا بدأ التيار في الانخفاض بشكل حاد ، فإن الملف يدعمه ، إذا بدأ التيار في زيادة حادة ، سيحد الملف ، ولن يتراكم بشكل حاد.

تعد الدوائر عالية التردد واحدة من أوسع مجالات تطبيق الاختناقات ... يتم لف الملفات متعددة الطبقات أو أحادية الطبقة على قلب من حديد أو صلب أو تستخدم بدون نوى مغناطيسية على الإطلاق - فقط إطار بلاستيكي أو سلك فقط. إذا تعمل الدائرة على موجات متوسطة وطويلة المدى ، ثم غالبًا ما يكون اللف المقطعي ممكنًا.

يكون الخانق ذو النواة المغناطيسية أصغر من الخانق عديم القلب من نفس المحاثة. للتشغيل عند الترددات العالية ، يتم استخدام نوى من الفريت أو النوى المغناطيسية العازلة ، والتي لها سعة داخلية منخفضة. يمكن أن تعمل هذه الإختناقات على مدى تردد واسع إلى حد ما.

كما تعلم ، فإن المعلمة الرئيسية للخانق هي الحث ، مثل أي ملف ... وحدة هذه المعلمة هي هنري ، والتعيين هو Gn. المعلمة التالية هي المقاومة الكهربائية (في التيار المباشر) ، مقاسة بالأوم (أوم).

ثم هناك خصائص مثل الجهد المسموح به ، وتيار التحيز المقنن ، وبالطبع عامل الجودة ، وهو عامل مهم للغاية ، خاصة بالنسبة للدوائر المتذبذبة. تُستخدم أنواع مختلفة من الاختناقات على نطاق واسع اليوم لحل مجموعة متنوعة من المشكلات الهندسية.

أنواع الاختناقات

الإختناقات بدون لفائف مصممة لقمع الضوضاء عالية التردد في الدوائر الكهربائية. عادة ما تكون عبارة عن قلب من الفريت مصنوع على شكل أسطوانة مجوفة (أو حلقة O) يمر من خلالها السلك.

تفاعل مثل هذا الخنق عند الترددات المنخفضة (بما في ذلك التردد الصناعي) صغير ، وفي الترددات العالية (0.1 ميجاهرتز ... 2.5 جيجاهرتز) يكون كبيرًا. وبالتالي ، إذا حدث تداخل عالي التردد في الكبل ، فإن مثل هذا الخانق يمنعه بفقدان إدخال قدره 10 ... 15 ديسيبل.يتم استخدام حديد المنغنيز والزنك والنيكل والزنك لإنشاء النوى المغناطيسية للاختناقات بدون انعطاف.

خنق مكيف الهواء تستخدم على نطاق واسع كمقاومات (حثي) ، وعناصر من دوائر LR و LC ، وكذلك في مرشحات خرج محولات التيار المتردد. تصنع هذه الخناقات بمحاثة من أعشار المايكرو هنري إلى مئات الهنري للتيارات من ~ 1 مللي أمبير إلى 10 أ. ولديها ملف واحد يقع على قلب مغناطيسي مصنوع من مادة حديدية أو مغناطيسية.

عند تصميم خنق التيار المتردد ، من الضروري مراعاة المعلمات الاسمية الرئيسية التالية: الطاقة المطلوبة (القيمة الأكثر المسموح بها للتيار) ، وتكرار التيار ، والكرامة والوزن.

يمكن زيادة عامل الجودة بطرق مختلفة. من وجهة نظر إنتاج الدوائر المغناطيسية ، من الضروري مراعاة أنه يمكن زيادة الجدارة للأسباب التالية:

• اختيار مادة مغناطيسية ذات نفاذية مغناطيسية عالية وخسائر منخفضة ؛

• زيادة مساحة المقطع العرضي للدائرة المغناطيسية ؛

• إدخال فجوة غير مغناطيسية.

تنعيم الاختناقات - عناصر المحولات المصممة لتقليل المكون المتغير للجهد أو التيار عند دخل أو خرج المحول. تحتوي هذه الخناقات على ملف واحد في التيار (على عكس اختناقات التيار المتردد) يوجد كل من مكونات التيار المتردد والتيار المستمر. ملف الخانق متصل بالتسلسل مع الحمولة.

يجب أن يحتوي الخانق على محاثة كبيرة (المقاومة الاستقرائية). عند لفه ، لوحظ انخفاض في المكون المتناوب للجهد ، بينما يتم تحرير المكون الثابت (بسبب المقاومة النشطة الصغيرة للملف) عند الحمل.

تخلق المكونات الحالية تدفقًا مغناطيسيًا مباشرًا (يعمل كمغناطيس) وتدفق متناوب في الدائرة المغناطيسية الخانقة ، جيبي... بسبب المكون الثابت للتيار ، يتغير التدفق المغناطيسي (الحث) في الدائرة المغناطيسية وفقًا لمنحنى المغنطة الأولي ، بينما بسبب المكون المتغير ، يحدث انعكاس المغنطة في دورات جزئية عند القيم الحالية المقابلة.

مع زيادة التيار ، يتناقص المكون المتناوب من التدفق المغناطيسي (عند مكون تيار متناوب ثابت) ، مما يؤدي إلى انخفاض في النفاذية المغناطيسية التفاضلية ، وبالتالي إلى انخفاض في تحريض الخانق. فيزيائيًا ، يرجع الانخفاض في الحث مع زيادة التيار الممغنط إلى حقيقة أنه مع زيادة هذا التيار ، تصبح الدائرة المغناطيسية للخنق أكثر تشبعًا.

الاختناق من التشبع تستخدم كمفاعلات حثي قابلة للتعديل في دوائر التيار المتردد. تحتوي هذه الخناقات على ملفين على الأقل ، أحدهما (يعمل) مدرج في دائرة التيار المتردد ، والآخر (التحكم) - في دائرة التيار المستمر. مبدأ تشغيل اختناقات التشبع هو استخدام اللاخطية للمنحنى B (H) للدوائر المغناطيسية ، عندما تكون ممغنطة بواسطة تيارات التحكم والتشغيل.

لا تحتوي الدوائر المغناطيسية لمثل هذه الخناقات على فجوة غير مغناطيسية. تتمثل الخصائص الرئيسية لمختناقات التشبع (مقارنة بخنق التنعيم) في القيمة الأعلى بشكل ملحوظ للمكون المتغير للتدفق المغناطيسي في الدائرة المغناطيسية والطبيعة الجيبية لتغيرها.

يفرض تطوير المعدات الإلكترونية متطلبات مختلفة على الاختناقات ، على وجه الخصوص ، يتطلب تقليل الحجم وتقليل مستوى التداخل الكهرومغناطيسي في ظروف كثافة تجميع المكونات العالية. لحل هذه المشكلة تم تطويرها مرشحات رقاقة الفريت متعدد الطبقات على أساس لوحة تركيب السطح.

يتم تصنيع هذه الأجهزة باستخدام تقنية الأغشية الرقيقة. يتم ترسيب طبقات رقيقة من الفريت على الركيزة (على سبيل المثال ، تستخدم شركة Chilisin Electronics التايوانية Ni-Zn ferrite) ، حيث يتم تشكيل هيكل ملف نصف دورة.

بعد ترسب الطبقات ، التي يمكن أن يصل عددها إلى عدة مئات ، يحدث التلبيد ، حيث يتم تشكيل ملف حجم مع قلب مغناطيسي من الفريت. بفضل هذا التصميم ، يتم تقليل الحقول الضالة إلى الحد الأدنى ، وبالتالي ، يتم استبعاد التأثير المتبادل للعناصر على بعضها البعض عمليًا ، نظرًا لأن خطوط القوة مغلقة بشكل أساسي داخل الدائرة المغناطيسية.

مرشحات متعددة الطبقات مع رقائق الفريت: أ - تكنولوجيا الإنتاج ؛ ب - المظهر المرتبط بمقياس بخطوة 1 مم

تُستخدم مرشحات رقاقة الفريت متعدد الطبقات لتصفية التداخل عالي التردد في دوائر الطاقة والإشارة للإلكترونيات الاستهلاكية وإمدادات الطاقة وما إلى ذلك. الشركات المصنعة الرئيسية لمرشحات الرقائق هي Chilisin Electronics و TDK Corporation (اليابان) و Murata Manufacturing Co. ، Ltd (اليابان) ، و Vishay Intertechnology (الولايات المتحدة الأمريكية) ، إلخ.

ملفات ذات قلب مغناطيسي مصنوعة من عازل مغناطيسي قائم على الحديد الكربوني تستخدم في المعدات اللاسلكية العاملة في النطاق 0.5 ... 100.0 ميغاهرتز.

في الخنق ، يمكن استخدام النوى المغناطيسية المصنوعة من جميع المواد المغناطيسية اللينة المعروفة: الفولاذ الكهربائي ، والفريت ، والعوازل المغناطيسية ، وكذلك السبائك الدقيقة وغير المتبلورة والنانوكريستال.

على عكس الاختناقات في المحولات والمضخمات المغناطيسية والأجهزة المماثلة ، تعمل الدائرة المغناطيسية على تركيز التدفق المغناطيسي مع تقليل الخسائر المغناطيسية. في هذه الحالة ، تستبعد الوظيفة الرئيسية التي تؤديها الدائرة المغناطيسية عمليًا تصنيعها من مادة مغناطيسية عازلة لها نفاذية مغناطيسية منخفضة نسبيًا.

مجموعة واسعة من الفريت من درجات مختلفة مصممة للعمل في نطاقات تردد مماثلة للعوازل المغناطيسية تضيق نطاق تطبيق العوازل المغناطيسية للتصنيع الدوائر المغناطيسية للأجهزة الكهرومغناطيسية. 

التطبيق للاختناق

لذلك ، حسب الغرض ، تنقسم الاختناقات الكهربائية إلى:

خنق التيار المتردد التي تعمل في إمدادات التبديل الثانوية. يخزن الملف طاقة مصدر الطاقة الأساسي في مجاله المغناطيسي ، ثم ينقلها إلى الحمل. المحولات العكسية ومضخمات الصوت - يستخدمون الإختناقات ، أحيانًا بلفات متعددة ، مثل المحولات. إنه يعمل بطريقة مماثلة الصابورة المغناطيسية لمصباح الفلورسنت، تستخدم لإشعال التيار المقدر والحفاظ عليه.

اختناقات بدء تشغيل المحرك - بدء وكبح محددات التيار. هذا أكثر كفاءة من تبديد الطاقة كحرارة عبر المقاومات. بالنسبة لمحركات الأقراص الكهربائية بقوة تصل إلى 30 كيلو واط ، يبدو هذا الخانق متشابهًا ثلاث مراحل المحولات (تستخدم الإختناقات ثلاثية الطور في دوائر ثلاثية الطور).

خنق التشبعيتم استخدامه في مثبتات الجهد ومحولات الرنين (يتم تحويل المحول جزئيًا إلى خنق) ، وكذلك في مكبرات الصوت المغناطيسية ، حيث يتم ممغنط القلب من أجل تغيير المقاومة الاستقرائية للدائرة.

تنعيم الاختناقاتالمطبقة في المرشحات لإزالة تموج التيار المعدل. كانت اختناقات طاقة التنعيم شائعة جدًا خلال ذروة مكبرات الصوت الأنبوبية نظرًا لنقص المكثفات الكبيرة جدًا. لتنعيم الموجة بعد المعدل ، يجب استخدام الخناقات بشكل صحيح.

أثناء التواجد في دوائر الطاقة مصابيح القوس الفراغي مُرفَق معززات الخانق - كانت هذه مكبرات صوت خاصة حيث كانت الخناقات بمثابة أحمال أنود للمصابيح.

يتم تغذية جهد التيار المتردد المتزايد المنطلق عند الخانق Dp إلى شبكة المصباح التالي من خلال مكثف الحجب C. من الضروري تضخيم نطاق تردد ضيق نسبيًا ولا يلزم توحيد كبير للكسب في هذا النطاق.