Elektrischer Gashebel – Funktionsprinzip und Anwendungsbeispiele

Eine Induktivität, die dazu dient, Störungen zu unterdrücken, Stromwellen zu glätten, Energie im Magnetfeld einer Spule oder eines Kerns zu speichern und Teile eines Stromkreises bei hoher Frequenz voneinander zu isolieren, wird als Drossel oder Reaktor (von dt. drosseln – to) bezeichnet Grenze, Keil).

Daher besteht der Hauptzweck einer Drossel in einem Stromkreis darin, einen Strom in einem bestimmten Frequenzbereich an sich zu halten oder Energie für einen bestimmten Zeitraum in einem Magnetfeld zu speichern.

Physikalisch gesehen kann sich der Strom in der Spule nicht sofort ändern, sondern dauert eine endliche Zeit – er folgt direkt dieser Position aus der Lenzschen Regel.

Wenn der Strom durch die Spule augenblicklich geändert werden kann, entsteht an der Spule eine unendliche Spannung. Die Selbstinduktivität der Spule erzeugt bei einer Stromänderung selbst eine Spannung – EMF der Selbstinduktion… Auf diese Weise bremst die Drossel den Strom.

Wenn es notwendig ist, die variable Komponente des Stroms im Stromkreis zu unterdrücken (und Geräusche oder Vibrationen sind nur ein Beispiel für eine variable Komponente), wird in einem solchen Stromkreis eine Drossel installiert – Induktor, der für den Strom bei der Störfrequenz einen erheblichen induktiven Widerstand aufweist. Die Welligkeit im Netzwerk wird stark reduziert, wenn eine Drossel auf dem Pfad installiert wird. Ebenso können in der Schaltung arbeitende Signale unterschiedlicher Frequenz voneinander getrennt oder isoliert werden.

In der Funktechnik, in der Elektrotechnik, in der Mikrowellentechnik werden hochfrequente Ströme mit Einheiten von Hertz bis Gigahertz verwendet. Niedrige Frequenzen innerhalb von 20 kHz beziehen sich auf Audiofrequenzen, gefolgt vom Ultraschallbereich – bis zu 100 kHz und schließlich dem HF- und Mikrowellenbereich – über 100 kHz, Einheiten, Zehner und Hunderter von MHz.

Es liegt also am Gashebel Selbstinduktionsspule, wird als großer induktiver Widerstand für bestimmte Wechselströme verwendet.

Falls die Drossel einen großen induktiven Widerstand gegenüber niederfrequenten Strömen haben muss, muss sie eine große Induktivität haben und besteht in diesem Fall aus einem Stahlkern. Eine Hochfrequenzdrossel (die einen hohen Widerstand gegenüber hochfrequenten Strömen darstellt) wird normalerweise ohne Kern hergestellt.

Niederfrequenzdrossel Sie sieht aus wie ein Eisentransformator, mit dem einzigen Unterschied, dass sie nur eine Spule hat. Die Wicklung ist auf einen Stahlkern eines Transformators gewickelt, dessen Platten zur Reduzierung von Wirbelströmen isoliert sind.

Eine solche Spule hat eine hohe Induktivität (mehr als 1 N) und weist einen erheblichen Widerstand gegen jede Stromänderung im Stromkreis auf, in dem sie installiert ist: Wenn der Strom stark abnimmt, unterstützt die Spule ihn, wenn der Strom stark abnimmt stark ansteigen, wird die Spule begrenzt, es wird sich nicht stark ansammeln.

Eines der breitesten Anwendungsgebiete von Drosseln sind Hochfrequenzschaltungen. Mehrschichtige oder einschichtige Spulen werden auf Ferrit- oder Stahlkerne gewickelt oder werden ganz ohne ferromagnetische Kerne verwendet – nur ein Kunststoffrahmen oder nur Draht. Wenn Die Schaltung arbeitet mit Wellen mittlerer und großer Reichweite, dann ist oft eine Teilwicklung möglich.

Eine Drossel mit ferromagnetischem Kern ist kleiner als eine Drossel ohne Kern mit derselben Induktivität. Für den Betrieb bei hohen Frequenzen werden Ferrit- oder magneto-dielektrische Kerne verwendet, die eine geringe innere Kapazität aufweisen. Solche Drosseln können über einen ziemlich breiten Frequenzbereich arbeiten.

Wie Sie wissen, ist der Hauptparameter der Drossel wie bei jeder Spule die Induktivität. Die Einheit dieses Parameters ist Henry und die Bezeichnung ist Gn. Der nächste Parameter ist der elektrische Widerstand (in Gleichstrom), gemessen in Ohm (Ohm).

Hinzu kommen Eigenschaften wie die zulässige Spannung, der Nennruhestrom und natürlich der Qualitätsfaktor, der insbesondere bei Schwingkreisen ein äußerst wichtiger Parameter ist. Heutzutage werden verschiedene Arten von Drosseln häufig verwendet, um eine Vielzahl technischer Probleme zu lösen.

Arten von Drosseln

Drosseln ohne Spulen sollen hochfrequentes Rauschen in Stromkreisen unterdrücken. Sie bestehen normalerweise aus einem Ferritkern in Form eines Hohlzylinders (oder O-Rings), durch den der Draht verläuft.

Die Reaktivität einer solchen Drossel ist bei niedrigen Frequenzen (einschließlich Industriefrequenz) gering und bei hohen Frequenzen (0,1 MHz ... 2,5 GHz) groß. Treten also hochfrequente Störungen im Kabel auf, so unterdrückt eine solche Drossel diese mit einer Einfügungsdämpfung von 10 ... 15 dB.Mangan-Zink- und Nickel-Zink-Ferrite werden zur Herstellung der Magnetkerne von Drosseln ohne Windungen verwendet.

AC-Drosseln werden häufig als Widerstände (induktive Widerstände), Elemente von LR- und LC-Schaltungen sowie in den Ausgangsfiltern von Wechselstromwandlern verwendet. Solche Drosseln werden mit Induktivitäten von Zehntel Mikrohenry bis Hunderten von Henry für Ströme von ~ 1 mA bis 10 A hergestellt. Sie verfügen über eine einzelne Spule, die sich auf einem Magnetkern aus ferro- oder ferrimagnetischem Material befindet.

Bei der Auslegung einer Wechselstromdrossel müssen die folgenden Hauptnennparameter berücksichtigt werden: die erforderliche Leistung (der zulässigste Stromwert), die Stromfrequenz, die Würde und das Gewicht.

Der Qualitätsfaktor kann durch verschiedene Methoden gesteigert werden. Aus Sicht der Herstellung von Magnetkreisen ist zu berücksichtigen, dass der Nutzen erhöht werden kann durch:

• Auswahl magnetischer Materialien mit hoher magnetischer Permeabilität und geringen Verlusten;

• Vergrößerung der Querschnittsfläche des Magnetkreises;

• Einführung eines nichtmagnetischen Spalts.

Glättungsdrosseln — Elemente von Wandlern, die dazu bestimmt sind, die variable Komponente der Spannung oder des Stroms am Eingang oder Ausgang des Wandlers zu reduzieren. Solche Drosseln haben eine einzige Wicklung, in deren Strom (im Gegensatz zu Wechselstromdrosseln) sowohl Wechsel- als auch Gleichstromanteile vorhanden sind. Die Drosselspule ist in Reihe mit der Last geschaltet.

Die Drossel muss eine große Induktivität haben (induktiver Widerstand). An seiner Wicklung ist ein Abfall des Wechselanteils der Spannung zu beobachten, während der Gleichanteil (aufgrund des geringen Wirkwiderstands der Wicklung) an der Last abgegeben wird.

Die Stromkomponenten erzeugen einen direkten Magnetfluss (der als Magnetisierer wirkt) und einen Wechselfluss im Drosselmagnetkreis. sinusförmig… Aufgrund des konstanten Anteils des Stroms ändert sich der magnetische Fluss (Induktion) im Magnetkreis entsprechend der anfänglichen Magnetisierungskurve, während aufgrund des variablen Anteils die Ummagnetisierung in Teilzyklen bei den entsprechenden Stromwerten erfolgt.

Mit steigendem Strom nimmt der Wechselanteil des Magnetflusses ab (bei konstantem Wechselstromanteil), was zu einer Abnahme der differentiellen magnetischen Permeabilität und dementsprechend zu einer Abnahme der Induktivität der Drossel führt. Physikalisch gesehen ist die Abnahme der Induktivität mit zunehmendem Magnetisierungsstrom darauf zurückzuführen, dass mit zunehmendem Strom der Magnetkreis der Drossel immer stärker gesättigt wird.

Erstickung durch Sättigung werden als einstellbare induktive Reaktanzen in Wechselstromkreisen eingesetzt. Solche Drosseln haben mindestens zwei Wicklungen, von denen eine (Arbeit) im Wechselstromkreis und die andere (Steuerung) im Gleichstromkreis liegt. Das Funktionsprinzip von Sättigungsdrosseln besteht darin, die Nichtlinearität der Kurve B zu nutzen (H) der Magnetkreise, wenn diese durch die Steuer- und Betriebsströme magnetisiert werden.

Die Magnetkreise solcher Drosseln haben keinen nichtmagnetischen Spalt. Die Hauptmerkmale von Sättigungsdrosseln (im Vergleich zu Glättungsdrosseln) sind der deutlich höhere Wert der variablen Komponente des Magnetflusses im Magnetkreis und die sinusförmige Natur seiner Änderung.

Die Entwicklung elektronischer Geräte stellt unterschiedliche Anforderungen an Drosseln, insbesondere erfordert sie eine Reduzierung der Größe und eine Reduzierung des Niveaus elektromagnetischer Störungen bei Bedingungen hoher Komponentendichte. Zur Lösung dieses Problems wurden entwickelt Mehrschichtige Ferrit-Chipfilter auf Basis einer oberflächenmontierten Platine.

Solche Geräte werden in Dünnschichttechnologie hergestellt. Auf dem Substrat werden dünne Ferritschichten abgeschieden (das taiwanesische Unternehmen Chilisin Electronics verwendet beispielsweise Ni-Zn-Ferrit), zwischen denen eine Spulenstruktur mit halber Windung entsteht.

Nach der Abscheidung von Schichten, deren Anzahl mehrere Hundert erreichen kann, erfolgt das Sintern, bei dem eine Volumenspule mit einem magnetischen Ferritkern entsteht. Dank dieser Konstruktion werden die Streufelder auf ein Minimum reduziert und dementsprechend ist die gegenseitige Beeinflussung der Elemente untereinander praktisch ausgeschlossen, da die Kraftlinien größtenteils innerhalb des Magnetkreises geschlossen sind.

Mehrschichtfilter mit Ferritchips: a – Produktionstechnologie; b – Aussehen bezogen auf eine Skala mit einer Schrittweite von 1 mm

Mehrschichtige Ferrit-Chipfilter werden zur Filterung hochfrequenter Störungen in den Strom- und Signalkreisen von Unterhaltungselektronik, Netzteilen usw. eingesetzt. Die wichtigsten Hersteller von Chipfiltern sind Chilisin Electronics, TDK Corporation (Japan), Murata Manufacturing Co., Ltd (Japan), Vishay Intertechnology (USA) usw.

Magnetkerndrosseln aus magnetodielektrisch hergestelltem Carbonyleisen werden in Funkgeräten eingesetzt, die im Bereich 0,5 … 100,0 MHz arbeiten.

In Drosseln können Magnetkerne aus allen bekannten weichmagnetischen Materialien verwendet werden: Elektrostähle, Ferrite, Magnetodielektrika sowie Präzisions-, amorphe und nanokristalline Legierungen.

Im Gegensatz zu Drosseln in Transformatoren, magnetischen Verstärkern und ähnlichen Geräten dient der magnetische Kreis dazu, den magnetischen Fluss zu konzentrieren und gleichzeitig magnetische Verluste zu minimieren. In diesem Fall schließt die Hauptfunktion des Magnetkreises seine Herstellung aus einem magneto-dielektrischen Material mit einer geringen relativen magnetischen Permeabilität praktisch aus.

Eine breite Palette von Ferriten unterschiedlicher Güte, die für den Betrieb in Frequenzbereichen entwickelt wurden, die Magneto-Dielektrika ähneln, schränkt den Anwendungsbereich von Magneto-Dielektrika in der Fertigung ein Magnetkreise elektromagnetischer Geräte. 

App zum Ersticken

Zweckmäßig werden elektrische Drosseln unterteilt in:

AC-Drosseln, die in sekundären Schaltnetzteilen betrieben werden. Die Spule speichert die Energie der primären Stromquelle in ihrem Magnetfeld und überträgt sie dann an die Last. Invertierende Wandler, Verstärker – sie verwenden Drosseln, manchmal mit mehreren Wicklungen, wie Transformatoren. Es funktioniert auf ähnliche Weise magnetisches Vorschaltgerät einer Leuchtstofflampe, dient zur Zündung und Aufrechterhaltung des Nennstroms.

Motorstartdrosseln — Anlauf- und Bremsstrombegrenzer. Dies ist effizienter als die Ableitung von Energie als Wärme über Widerstände. Bei Elektroantrieben mit einer Leistung bis 30 kW sieht eine solche Drossel ähnlich aus Dreiphasentransformator (Dreiphasendrosseln werden in Drehstromkreisen eingesetzt).

SättigungsdrosselnEs wird in Spannungsstabilisatoren und Ferroresonanzwandlern (der Transformator wird teilweise in eine Drossel umgewandelt) sowie in Magnetverstärkern verwendet, bei denen der Kern magnetisiert wird, um den induktiven Widerstand des Stromkreises zu ändern.

Glättungsdrosselnangewendet in Filter um die gleichgerichtete Stromwelligkeit zu entfernen. Glättungsdrosseln waren in der Blütezeit der Röhrenverstärker aufgrund des Mangels an sehr großen Kondensatoren sehr beliebt. Um die Welle nach dem Gleichrichter zu glätten, mussten die Drosseln genau richtig eingesetzt werden.

Während in Stromkreisen Vakuumbogenlampen beigefügt Drosselklappenverstärker — das waren spezielle Verstärker, bei denen die Drosseln als Anodenlasten für die Lampen dienten.

Die an der Drossel Dp freigesetzte erhöhte Wechselspannung wird über den Sperrkondensator C dem Gitter der nächsten Lampe zugeführt. Es ist erforderlich, einen relativ schmalen Frequenzbereich zu verstärken, und in diesem Band ist keine große Gleichmäßigkeit der Verstärkung erforderlich.