Throttle listrik - prinsip operasi dan contoh penggunaan

Induktor yang digunakan untuk menekan interferensi, untuk menghaluskan gelombang arus, untuk menyimpan energi dalam medan magnet kumparan atau inti, untuk mengisolasi bagian sirkuit satu sama lain pada frekuensi tinggi, disebut choke atau reaktor (dari drosseln Jerman - ke batas, irisan).

Oleh karena itu, tujuan utama choke dalam rangkaian listrik adalah untuk menahan arus dalam rentang frekuensi tertentu atau untuk mengakumulasi energi selama jangka waktu tertentu dalam medan magnet.

Secara fisik, arus dalam koil tidak dapat langsung berubah, membutuhkan waktu yang terbatas, — langsung mengikuti posisi ini dari aturan Lenz.

Jika arus melalui koil dapat diubah secara instan, maka tegangan tak terbatas akan muncul di koil. Induktansi diri koil, ketika arus berubah, menciptakan tegangan dengan sendirinya - EMF induksi diri… Dengan cara ini, choke memperlambat arus.

Jika perlu untuk menekan komponen variabel dari arus di sirkuit (dan kebisingan atau getaran hanyalah contoh dari komponen variabel), maka choke dipasang di sirkuit seperti itu — induktor, yang memiliki resistansi induktif yang signifikan untuk arus pada frekuensi interferensi. Riak di jaringan akan sangat berkurang jika choke dipasang di jalur. Demikian pula, sinyal dengan frekuensi berbeda yang beroperasi di sirkuit dapat dipisahkan atau diisolasi satu sama lain.

Dalam teknik radio, dalam teknik listrik, dalam teknologi gelombang mikro, arus frekuensi tinggi unit dari hertz hingga gigahertz digunakan. Frekuensi rendah dalam 20 kHz mengacu pada frekuensi audio, diikuti oleh rentang ultrasonik - hingga 100 kHz dan akhirnya rentang HF dan gelombang mikro - di atas 100 kHz, satuan, puluhan dan ratusan MHz.

Jadi itu throttle kumparan induksi sendiri, digunakan sebagai resistansi induktif besar untuk arus bolak-balik tertentu.

Jika choke harus memiliki resistansi induktif yang besar terhadap arus frekuensi rendah, choke harus memiliki induktansi yang besar dan dalam hal ini dibuat dengan inti baja. Tersedak frekuensi tinggi (mewakili resistansi tinggi terhadap arus frekuensi tinggi) biasanya dibuat tanpa inti.

Choke frekuensi rendah Ini terlihat seperti trafo besi, dengan satu-satunya perbedaan adalah hanya ada satu kumparan di atasnya. Belitan dililitkan pada inti baja transformator yang pelatnya diisolasi untuk mengurangi arus eddy.

Kumparan semacam itu memiliki induktansi yang tinggi (lebih dari 1 N), ia memiliki ketahanan yang signifikan terhadap setiap perubahan arus dalam rangkaian listrik tempat ia dipasang: jika arus mulai menurun tajam, kumparan mendukungnya, jika arus mulai turun meningkat tajam, koil akan membatasi, tidak akan menumpuk dengan tajam.

Salah satu area terluas penerapan choke adalah sirkuit frekuensi tinggi... Kumparan multi-layer atau single-layer dililitkan pada inti ferit atau baja atau digunakan tanpa inti feromagnetik sama sekali - hanya rangka plastik atau hanya kawat. sirkuit beroperasi pada gelombang jarak menengah dan panjang , maka belitan penampang sering dimungkinkan.

Choke inti feromagnetik lebih kecil dari choke tanpa inti dari induktansi yang sama. Untuk operasi pada frekuensi tinggi, inti ferit atau magneto-dielektrik digunakan, yang memiliki kapasitansi internal rendah. Tersedak seperti itu dapat beroperasi pada rentang frekuensi yang cukup lebar.

Seperti yang Anda ketahui, parameter utama choke adalah induktansi, seperti koil apa pun... Satuan dari parameter ini adalah henry, dan penunjukannya adalah Gn. Parameter selanjutnya adalah hambatan listrik (dalam arus searah), diukur dalam ohm (ohm).

Lalu ada karakteristik seperti tegangan yang diijinkan, arus bias pengenal dan tentu saja faktor kualitas, yang merupakan parameter yang sangat penting, terutama untuk sirkuit berosilasi. Berbagai jenis choke banyak digunakan saat ini untuk menyelesaikan berbagai macam masalah teknik.

Jenis tersedak

Tersedak tanpa kumparan dirancang untuk menekan kebisingan frekuensi tinggi di sirkuit listrik. Mereka biasanya inti ferit yang dibuat dalam bentuk silinder berongga (atau cincin-O) yang dilalui kawat.

Reaktivitas choke seperti itu pada frekuensi rendah (termasuk frekuensi industri) kecil, dan pada frekuensi tinggi (0,1 MHz ... 2,5 GHz) besar. Jadi, jika terjadi interferensi frekuensi tinggi pada kabel, maka choke seperti itu akan menekannya dengan insertion loss 10 ... 15 dB.Ferit mangan-seng dan nikel-seng digunakan untuk membuat inti magnet choke tanpa belokan.

AC tersedak banyak digunakan sebagai resistor resistor (induktif), elemen sirkuit LR- dan LC, serta dalam filter keluaran konverter AC. Tersedak semacam itu dibuat dengan induktansi dari sepersepuluh mikrohenri hingga ratusan henri untuk arus dari ~ 1 mA hingga 10 A. Mereka memiliki kumparan tunggal yang terletak pada inti magnet yang terbuat dari bahan ferro atau ferrimagnetik.

Saat mendesain choke AC, perlu mempertimbangkan parameter nominal utama berikut: daya yang diperlukan (nilai arus yang paling diizinkan), frekuensi arus, martabat, dan bobot.

Faktor kualitas dapat ditingkatkan dengan berbagai metode. Dari sudut pandang produksi sirkuit magnetik, perlu diperhatikan bahwa kelebihannya dapat ditingkatkan karena:

• pemilihan bahan magnetik dengan permeabilitas magnetik tinggi dan kerugian rendah;

• meningkatkan luas penampang sirkuit magnetik;

• memperkenalkan celah non-magnetik.

Menghaluskan tersedak — elemen konverter yang dirancang untuk mengurangi komponen variabel dari tegangan atau arus pada input atau output konverter. Choke semacam itu memiliki belitan tunggal yang arusnya (tidak seperti choke AC) ada komponen AC dan DC. Koil choke dihubungkan secara seri dengan beban.

Choke harus memiliki induktansi yang besar (resistensi induktif). Pada belitannya, penurunan tegangan komponen bolak-balik diamati, sedangkan komponen konstan (karena resistansi aktif belitan yang kecil) dilepaskan pada beban.

Komponen arus membuat fluks magnet langsung (yang bertindak sebagai magnetizer) dan fluks bolak-balik di sirkuit magnetik choke, sinusoidal… Karena komponen arus yang konstan, fluks magnet (induksi) dalam rangkaian magnetik berubah sesuai dengan kurva magnetisasi awal, sedangkan karena komponen variabel, pembalikan magnetisasi terjadi dalam siklus parsial pada nilai arus yang sesuai.

Dengan meningkatnya arus, komponen bolak-balik dari fluks magnet berkurang (pada komponen arus bolak-balik konstan), yang menyebabkan penurunan permeabilitas magnetik diferensial dan, karenanya, penurunan induktansi choke. Secara fisik, penurunan induktansi dengan meningkatnya arus magnetisasi disebabkan oleh fakta bahwa dengan meningkatnya arus ini, sirkuit magnetik choke menjadi semakin jenuh.

Mati lemas karena jenuh digunakan sebagai reaktansi induktif yang dapat disesuaikan di sirkuit AC. Tersedak seperti itu memiliki setidaknya dua belitan, salah satunya (bekerja) termasuk dalam sirkuit arus bolak-balik, dan yang lainnya (kontrol) - di sirkuit DC Prinsip operasi tersedak saturasi adalah dengan menggunakan nonlinier kurva B (H) dari sirkuit magnetik, ketika mereka dimagnetisasi oleh kontrol dan arus operasi.

Sirkuit magnetik choke semacam itu tidak memiliki celah non-magnetik. Karakteristik utama choke saturasi (dibandingkan dengan choke smoothing) adalah nilai yang jauh lebih tinggi dari komponen variabel fluks magnet dalam sirkuit magnetik dan sifat sinusoidal dari perubahannya.

Perkembangan peralatan elektronik memberlakukan persyaratan yang berbeda pada choke, khususnya, memerlukan pengurangan ukuran dan pengurangan tingkat interferensi elektromagnetik dalam kondisi kepadatan rakitan komponen yang tinggi. Untuk mengatasi masalah ini dikembangkan filter chip ferit multilayer berdasarkan papan pemasangan permukaan.

Perangkat semacam itu diproduksi menggunakan teknologi film tipis. Lapisan tipis ferit diendapkan pada substrat (misalnya, perusahaan Taiwan Chilisin Electronics menggunakan ferit Ni-Zn), di antaranya terbentuk struktur kumparan setengah putaran.

Setelah pengendapan lapisan, yang jumlahnya bisa mencapai beberapa ratus, terjadi sintering, di mana kumparan volume dengan inti magnet ferit terbentuk. Berkat desain ini, medan liar dikurangi seminimal mungkin dan, oleh karena itu, pengaruh timbal balik elemen satu sama lain secara praktis dikecualikan, karena garis gaya sebagian besar tertutup di dalam sirkuit magnetik.

Filter multilayer dengan chip ferit: a — teknologi produksi; b — penampilan terkait dengan skala dengan langkah 1 mm

Filter chip ferit multilayer digunakan untuk menyaring gangguan frekuensi tinggi pada sirkuit daya dan sinyal elektronik konsumen, catu daya, dll. Produsen utama filter chip adalah Chilisin Electronics, TDK Corporation (Jepang), Murata Manufacturing Co., Ltd (Jepang), Vishay Intertechnology (AS), dll.

Choke inti magnetik terbuat dari magneto dielektrik berbasis besi karbonil digunakan dalam peralatan radio yang beroperasi dalam rentang 0,5 … 100,0 MHz.

Dalam tersedak, inti magnet yang terbuat dari semua bahan magnet lunak yang dikenal dapat digunakan: baja listrik, ferit, magneto-dielektrik, serta paduan presisi, amorf, dan nanokristalin.

Tidak seperti choke pada transformator, penguat magnetik, dan perangkat serupa, sirkuit magnetik berfungsi untuk memusatkan fluks magnet sambil meminimalkan kehilangan magnet. Dalam hal ini, fungsi utama yang dilakukan oleh sirkuit magnetik secara praktis mengecualikan pembuatannya dari bahan magneto-dielektrik yang memiliki permeabilitas magnetik relatif rendah.

Berbagai macam ferit dari kelas yang berbeda dirancang untuk beroperasi dalam rentang frekuensi yang mirip dengan magneto-dielektrik mempersempit jangkauan aplikasi magneto-dielektrik untuk pembuatan sirkuit magnetik perangkat elektromagnetik. 

Aplikasi untuk mati lemas

Jadi, secara sengaja, tersedak listrik dibagi menjadi:

Tersedak AC yang beroperasi di catu pengalih sekunder. Kumparan menyimpan energi sumber daya utama dalam medan magnetnya, kemudian mentransfernya ke beban. Konverter pembalik, amplifier - mereka menggunakan choke, terkadang dengan banyak belitan, seperti transformer. Ini bekerja dengan cara yang sama ballast magnetik dari lampu neon, digunakan untuk menyalakan dan mempertahankan arus pengenal.

Mesin mulai tersedak — memulai dan mengerem pembatas arus. Ini lebih efisien daripada membuang daya sebagai panas melintasi resistor. Untuk penggerak listrik dengan tenaga hingga 30 kW, throttle seperti itu terlihat serupa transformator tiga fasa (cekik tiga fase digunakan dalam sirkuit tiga fase).

Jenuh tersedakdigunakan dalam penstabil tegangan dan konverter feroresonan (transformator sebagian diubah menjadi choke), serta dalam amplifier magnetik, di mana inti dimagnetisasi untuk mengubah resistansi induktif rangkaian.

Menghaluskan tersedakditerapkan di filter untuk menghilangkan riak arus yang diperbaiki. Smoothing power choke sangat populer selama masa kejayaan amplifier tabung karena kurangnya kapasitor yang sangat besar. Untuk menghaluskan gelombang setelah penyearah, choke harus digunakan dengan tepat.

Saat berada di sirkuit listrik lampu busur vakum terlampir penguat throttle — ini adalah amplifier khusus di mana choke berfungsi sebagai beban anoda untuk lampu.

Tegangan ac yang meningkat yang dilepaskan pada choke Dp diumpankan ke jaringan lampu berikutnya melalui kapasitor pemblokiran C. perlu untuk memperkuat rentang frekuensi yang relatif sempit dan tidak diperlukan keseragaman penguatan yang besar dalam pita ini.