Accélérateur électrique - principe de fonctionnement et exemples d'utilisation

Un inducteur utilisé pour supprimer les interférences, pour lisser les ondes de courant, pour stocker l'énergie dans le champ magnétique d'une bobine ou d'un noyau, pour isoler les parties d'un circuit les unes des autres à haute fréquence, est appelé un starter ou un réacteur (de l'allemand drosseln - à limite, coin).

Par conséquent, le but principal d'une self dans un circuit électrique est de maintenir sur elle-même un courant dans une certaine plage de fréquences ou d'accumuler de l'énergie pendant une certaine période de temps dans un champ magnétique.

Physiquement, le courant dans la bobine ne peut pas changer immédiatement, cela prend un temps fini, — suit directement cette position de la règle de Lenz.

Si le courant traversant la bobine peut être modifié instantanément, une tension infinie apparaîtra à travers la bobine. L'auto-inductance de la bobine, lorsque le courant change, crée une tension par elle-même - CEM d'auto-induction… De cette façon, le starter ralentit le courant.

S'il est nécessaire de supprimer la composante variable du courant dans le circuit (et le bruit ou les vibrations ne sont qu'un exemple de composante variable), une self est installée dans un tel circuit - inducteur, qui présente une résistance inductive importante pour le courant à la fréquence parasite. Les ondulations dans le réseau seront considérablement réduites si un starter est installé sur le chemin. De même, des signaux de fréquences différentes fonctionnant dans le circuit peuvent être séparés ou isolés les uns des autres.

En ingénierie radio, en génie électrique, en technologie micro-ondes, des courants haute fréquence d'unités allant du hertz au gigahertz sont utilisés. Les basses fréquences inférieures à 20 kHz font référence aux fréquences audio, suivies de la gamme ultrasonique - jusqu'à 100 kHz et enfin de la gamme HF et micro-ondes - au-dessus de 100 kHz, unités, dizaines et centaines de MHz.

C'est donc la manette des gaz bobine d'auto-induction, utilisé comme grande résistance inductive pour certains courants alternatifs.

Dans le cas où la self doit avoir une grande résistance inductive aux courants basse fréquence, elle doit avoir une grande inductance et dans ce cas elle est réalisée avec un noyau en acier. Une self haute fréquence (représentant une résistance élevée aux courants haute fréquence) est généralement réalisée sans noyau.

Inductance basse fréquence Il ressemble à un transformateur en fer, à la seule différence qu'il ne comporte qu'une seule bobine. L'enroulement est enroulé sur un noyau en acier d'un transformateur dont les plaques sont isolées pour réduire les courants de Foucault.

Une telle bobine a une inductance élevée (plus de 1 N), elle a une résistance importante à toute variation de courant dans le circuit électrique où elle est installée : si le courant commence à fortement diminuer, la bobine le supporte, si le courant commence à augmenter fortement, la bobine se limitera, elle ne s'accumulera pas brusquement.

L'un des domaines d'application les plus larges des selfs est les circuits haute fréquence... Les bobines multicouches ou monocouches sont enroulées sur des noyaux de ferrite ou d'acier ou sont utilisées sans noyaux ferromagnétiques - uniquement un cadre en plastique ou uniquement un fil. le circuit fonctionne sur des ondes de moyenne et longue portée, puis un bobinage sectionnel est souvent possible.

Une self à noyau ferromagnétique est plus petite qu'une self sans noyau de même inductance. Pour un fonctionnement à hautes fréquences, on utilise des noyaux de ferrite ou magnéto-diélectriques, qui ont une faible capacité interne. De telles selfs peuvent fonctionner sur une gamme de fréquence assez large.

Comme vous le savez, le paramètre principal de la self est l'inductance, comme toute bobine... L'unité de ce paramètre est henry, et la désignation est Gn. Le paramètre suivant est la résistance électrique (en courant continu), mesurée en ohms (ohms).

Ensuite, il y a des caractéristiques telles que la tension admissible, le courant de polarisation nominal et bien sûr le facteur de qualité, qui est un paramètre extrêmement important, en particulier pour les circuits oscillants. Différents types de selfs sont largement utilisés aujourd'hui pour résoudre une grande variété de problèmes d'ingénierie.

Types de starters

Selfs sans bobines sont conçus pour supprimer le bruit à haute fréquence dans les circuits électriques. Il s'agit généralement d'un noyau de ferrite réalisé sous la forme d'un cylindre creux (ou joint torique) à travers lequel passe le fil.

La réactivité d'une telle self aux basses fréquences (y compris les fréquences industrielles) est faible et aux hautes fréquences (0,1 MHz ... 2,5 GHz), elle est grande. Ainsi, si des interférences haute fréquence se produisent dans le câble, une telle self les supprime avec une perte d'insertion de 10 ... 15 dB.Les ferrites manganèse-zinc et nickel-zinc sont utilisées pour réaliser les noyaux magnétiques des selfs sans spires.

Selfs AC sont largement utilisés comme résistances (inductives), éléments de circuits LR et LC, ainsi que dans les filtres de sortie des convertisseurs AC. De telles selfs sont réalisées avec des inductances allant du dixième de microhenry à la centaine de henry pour des courants de ~ 1 mA à 10 A. Elles ont une seule bobine située sur un noyau magnétique en matériau ferro- ou ferrimagnétique.

Lors de la conception d'une inductance AC, il est nécessaire de prendre en compte les principaux paramètres nominaux suivants : la puissance requise (la valeur la plus admissible du courant), la fréquence du courant, la dignité et le poids.

Le facteur de qualité peut être augmenté par diverses méthodes. Du point de vue de la production de circuits magnétiques, il faut tenir compte du fait que le mérite peut être augmenté du fait de :

• sélection de matériaux magnétiques à haute perméabilité magnétique et faibles pertes ;

• augmenter la section transversale du circuit magnétique;

• l'introduction d'un entrefer non magnétique.

Étranglements de lissage — éléments de convertisseurs conçus pour réduire la composante variable de la tension ou du courant à l'entrée ou à la sortie du convertisseur. Ces selfs ont un seul enroulement dans le courant duquel (contrairement aux selfs AC) les composantes AC et DC sont présentes. La bobine d'arrêt est connectée en série avec la charge.

La self doit avoir une grande inductance (résistance inductive). Au niveau de son enroulement, une chute de la composante alternative de la tension est observée, tandis que la composante constante (due à la faible résistance active de l'enroulement) est relâchée à la charge.

Les composantes de courant créent un flux magnétique continu (qui agit comme un magnétiseur) et un flux alternatif dans le circuit magnétique de la self, sinusoïdal… En raison de la composante constante du courant, le flux magnétique (induction) dans le circuit magnétique change conformément à la courbe d'aimantation initiale, tandis qu'en raison de la composante variable, l'inversion de l'aimantation se produit par cycles partiels aux valeurs de courant correspondantes.

Lorsque le courant augmente, la composante alternative du flux magnétique diminue (à une composante de courant alternatif constante), ce qui entraîne une diminution de la perméabilité magnétique différentielle et, par conséquent, une diminution de l'inductance de la self. Physiquement, la diminution de l'inductance avec l'augmentation du courant magnétisant est due au fait que lorsque ce courant augmente, le circuit magnétique de la self devient de plus en plus saturé.

Suffocation par saturation sont utilisés comme réactances inductives réglables dans les circuits à courant alternatif. Ces selfs ont au moins deux enroulements, dont l'un (de travail) est inclus dans le circuit de courant alternatif et l'autre (contrôle) - dans le circuit à courant continu Le principe de fonctionnement des selfs de saturation consiste à utiliser la non-linéarité de la courbe B (H) des circuits magnétiques, lorsqu'ils sont aimantés par les courants de commande et de fonctionnement.

Les circuits magnétiques de telles bobines d'arrêt n'ont pas d'entrefer non magnétique. Les principales caractéristiques des selfs de saturation (par rapport aux selfs de lissage) sont la valeur significativement plus élevée de la composante variable du flux magnétique dans le circuit magnétique et le caractère sinusoïdal de son évolution.

Le développement des équipements électroniques impose des exigences différentes aux selfs, en particulier, il nécessite une réduction de la taille et une réduction du niveau des interférences électromagnétiques dans des conditions de forte densité d'assemblage de composants. Pour résoudre ce problème ont été développés filtres à puces de ferrite multicouches basés sur une carte de montage en surface.

Ces dispositifs sont fabriqués à l'aide de la technologie des couches minces. De fines couches de ferrite sont déposées sur le substrat (par exemple, la société taïwanaise Chilisin Electronics utilise de la ferrite Ni-Zn), entre lesquelles se forme une structure de bobine demi-tour.

Après dépôt de couches dont le nombre peut atteindre plusieurs centaines, un frittage a lieu au cours duquel une bobine volumique à noyau magnétique en ferrite est formée. Grâce à cette conception, les champs parasites sont réduits au minimum et, par conséquent, l'influence mutuelle des éléments les uns sur les autres est pratiquement exclue, car les lignes de force sont principalement fermées à l'intérieur du circuit magnétique.

Filtres multicouches avec puces en ferrite : a — technologie de production ; b — aspect lié à une échelle avec un pas de 1 mm

Les filtres à puce en ferrite multicouches sont utilisés pour filtrer les interférences haute fréquence dans les circuits d'alimentation et de signal de l'électronique grand public, des alimentations, etc. Les principaux fabricants de filtres à puces sont Chilisin Electronics, TDK Corporation (Japon), Murata Manufacturing Co., Ltd (Japon), Vishay Intertechnology (USA), etc.

Inductances à noyau magnétique en magnéto diélectrique à base de fer carbonyle sont utilisés dans les équipements radio fonctionnant dans la gamme 0,5 … 100,0 MHz.

Dans les selfs, on peut utiliser des noyaux magnétiques constitués de tous les matériaux magnétiques doux connus : aciers électriques, ferrites, magnéto-diélectriques, ainsi que des alliages de précision, amorphes et nanocristallins.

Contrairement aux selfs dans les transformateurs, les amplificateurs magnétiques et les dispositifs similaires, le circuit magnétique sert à concentrer le flux magnétique tout en minimisant les pertes magnétiques. Dans ce cas, la fonction principale assurée par le circuit magnétique exclut pratiquement sa fabrication à partir d'un matériau magnéto-diélectrique présentant une faible perméabilité magnétique relative.

Une large gamme de ferrites de différentes qualités conçues pour fonctionner dans des plages de fréquences similaires aux magnéto-diélectriques réduit la gamme d'applications des magnéto-diélectriques pour la fabrication circuits magnétiques des appareils électromagnétiques. 

Application contre l'étouffement

Ainsi, par objectif, les selfs électriques sont divisées en:

Inductances CA fonctionnant dans des alimentations de commutation secondaires. La bobine stocke l'énergie de la source d'alimentation principale dans son champ magnétique, puis la transfère à la charge. Convertisseurs inverseurs, amplificateurs - ils utilisent des selfs, parfois à enroulements multiples, comme des transformateurs. Cela fonctionne de manière similaire ballast magnétique d'une lampe fluorescente, utilisé pour allumer et maintenir le courant nominal.

Inductances de démarrage du moteur — limiteurs de courant de démarrage et de freinage. Ceci est plus efficace que de dissiper la puissance sous forme de chaleur à travers les résistances. Pour les entraînements électriques d'une puissance allant jusqu'à 30 kW, un tel accélérateur ressemble transformateur triphasé (les inductances triphasées sont utilisées dans les circuits triphasés).

Inductances saturantesil est utilisé dans les stabilisateurs de tension et les convertisseurs ferrorésonnants (le transformateur est partiellement converti en self), ainsi que dans les amplificateurs magnétiques, où le noyau est magnétisé afin de modifier la résistance inductive du circuit.

Étranglements de lissageappliqué en filtres pour supprimer l'ondulation de courant redressée. Les selfs de puissance de lissage étaient très populaires à l'apogée des amplificateurs à tubes en raison du manque de très gros condensateurs. Pour lisser l'onde après le redresseur, les selfs devaient être utilisées correctement.

Dans les circuits électriques lampes à arc sous vide ci-joint propulseurs d'accélérateur - il s'agissait d'amplificateurs spéciaux dans lesquels les selfs servaient de charges d'anode pour les lampes.

La tension alternative accrue libérée au niveau du starter Dp est envoyée à la grille de la lampe suivante à travers le condensateur de blocage C. il est nécessaire d'amplifier une gamme de fréquences relativement étroite et aucune grande uniformité de gain n'est requise dans cette bande.