| Назначение, поведение и намотка дросселей (12.08.2017). |
|
| 2017 - Август | |||
| 12.08.2017 13:24 | |||
Поведение: тормозит изменение тока в любую сторону, увеличивает напряжение в несколько раз (вплоть до десятков) на короткое время. Примеры назначения: увеличить напряжение с 12В до киловольт в момент пуска ДВС или поджига люминесцентных ламп. Дополнительные назначения, исходя из поведения: сглаживать пульсации, преобразовывать импульсное высоковольтное напряжение в сглаженное низковольтное и т.д. ЭДС самоиндукции на катушке не существует без изменения тока: L = dI/dt. ЭДС самоиндукции имеет знак, обратный источнику питания: E = -L∙dI/dt = -(dI/dt)2. Если ток изменяется быстро, E приобретает номинал напряжения выше напряжения на момент начала изменения тока (например, включение/выключение источника питания). L - индуктивность, коэффициент самоиндукции, коэффициент пропорциональности. В случае с постоянным напряжением ситуация примерно следующая. Включается источник 10В с нагрузкой 1Ом, но между ними притаилась индуктивность. Индуктивность ударяет по току 10А и полностью блокирует, т.к. ее ЭДС становится равной источнику, и она направлена против источника. Блокировка тока приводит к его исчезновению (в источнике питания еще и диод стоит), ЭДС пропадает - ток снова ринулся к нагрузке с прежней скоростью. ЭДС опять выросла и дала току по башке. Процесс повторяется в цикле с бесконечно высокой частотой, а т.к. итерации занимают хоть какое-то время - в итоге источник успевает пропустить немного тока при каждом цикле, причем с каждым - чуть больше; а ЭДС - становится все чуть меньше. Весь этот процесс напоминает какой-то бешеный интеграл из матана; в конечном итоге завершающийся тем, что ток перестает изменяться и достигает величины 10А, ЭДС самоиндукции равно 0 - и нагрузка успешно получает почти все напряжение источника питания. Почти - потому что в реальности индуктивность имеет еще и внутреннее сопротивление; поэтому дроссели и греются на платах. При переменном напряжении 50Гц ситуация иная: - в момент пуска ЭДС самоиндукции возрастает на первом полупериоде и успешно тормозит ток. Сильнее, чем при постоянном за счет именно непрерывного изменения мгновенного значения напряжения в синусоиде; - как только наступает второй полупериод, отрицательный ток дает ЭДС по башке, что приводит к уменьшению номинала ЭДС, а потом и вообще к изменению ее полярности. Что не приводит к увеличению ЭДС самоиндукции в десятки раз относительно источника питания; - когда изменение тока становится "нулевым", с точки зрения P=U∙I за период, ток начинает всегда отставать от напряжения на 90 градусов; - в момент отключения источника питания и направление ЭДС, и ее номинал хаотичны. Синусоида - не полукруг, изменение силы тока в ней нелинейно. Источник перестал подавать ток, ЭДС пытается его поддерживать путем повышения собственного напряжения. Чем выше L, тем выше будет это напряжение. В итоге, при размыкании выключателя, возможна даже электрическая дуга. С высокочастотным импульсным положительным напряжением еще хлеще, на примере поджига люминесцентных ламп (пробития газов высоким напряжением). Учитывая направление ЭДС, оно повышенным U лупит в направлении U источника питания (т.е. по нагрузке, а не источнику) - именно при выключении. То есть, нужно создать высокочастотное напряжение, чтобы на момент пропажи импульса ЭДС всем номиналом било по лампе. Это транзисторы в схеме, скорее всего, так и делают: порождают высокочастотное импульсное положительное напряжение (наверняка с высокой скважностью). Теория без практики ничего не стоит, т.к. является неуточненной и недоказанной. Примеры: - на практике мультиметр на нагрузке хаотично зашкаливало за отметку 1000В при отключении источника питания с индуктивностью на 300В - и это при наличии выпрямителя с конденсатором на пути к нагрузке (в той статье все подробно описано). Все напряжение, казалось бы, должно упасть на выключателе (как на наиболее высоком по сопротивлению участке цепи) - ан нет, мультиметру тоже досталось. Это потом стало ясно, что нужно было варистор на катушку ставить, чтобы повышенную ЭДС гасил на себя; - намотка дросселей - отдельная тема, о которой и пойдет речь ниже. Т.к. дроссели, измеряемые в мГн, встречались редко (а мкГн и нГн- полная коробка, хоть солить) - это стало поводом к наматыванию высокоиндуктивных дросселей самостоятельно, а не пайке 50-100 дросселей последовательно. В момент подачи напряжения на разряженный конденсатор через индуктивность возникает ситуация, сравнимая с КЗ, - значит, все напряжение падает на дросселе. В это мгновение работает формула Uмежду витками = Uпит / Nвитков, как в трансформаторе. Зная заявленное производителем напряжение изоляции эмальпровода - рассчитывается минимальное количество витков дросселя или минимальное расстояние между ними. 1мм воздуха сопротивляется напряжению 1кВ, но с учетом влажности и прочих факторов считать 500В (на практике единичная прорезь канцелярского ножа выдерживала без проблем 260В AC, т.е. пик в 367В). Стоит ли рассеивать все напряжение на дросселе в момент пуска? Нужно последовательно дросселю впаять высокомощный низкоомный резистор с целью перераспределения напряжения в момент пуска - если дроссель на него не рассчитан. К номиналу резистора нужно подойти аккуратно, т.к. он является паразитным - выходное напряжение может быть понижено + дополнительный нагрев в корпусе. Резисторы, к слову, даже ОМЛТ (военной приемки) тоже пробиваются 220В AC на ура; если встраивать в цепь высокого напряжения резистор - то только составной последовательно. Резисторы SQP же выдерживают 350В DC - его можно поставить одним. С самостоятельной намоткой дросселя всплыли некоторые закономерности, но и добавилось вопросов: - если мотать эмаль-провод по штырям стали, железа, нержавейки - толку 0: прибор не показывал даже 0.01мГн - огромный расход цветного металла впустую. Имеется четкий смысл тратиться на феррит или брать его из существующих дросселей (например, закороченных или оборванных). Не зафиксировано еще ни одного ферритового кольца, которое бы пропускало сигнал "пищалки" мультиметра; - на ферритовом кольце уже первые 50см провода дали результат 0.01мГн. Эта величина есть минимально возможная, что прибор может измерить, - поэтому следующие 50см дали результат 0.04мГц, следующие - 0.07мГн, следующие - 0.1мГн. 2м провода заняли почти 1 виток ферритового кольца; - чем плотнее витки, тем больше конечная индуктивность. Феррит электрически изолирован - незначительные повреждения эмаль-провода не критичны, если нет соприкосновения неизолированных витков друг с другом; - непонятна зависимость между диаметром кольцевого ферритового сердечника. Так же как преимущества и недостатки кольцевого, стержневого и Ш-образного относительно друг друга. Очень хотелось бы иметь преимущества у стержневого, т.к. в этом случае очень удобно наматывать эмаль-провод шуруповертом прям на сердечник с катушки; - и уж совсем чудеса были с эмаль-проводом от какого-то трансформатора. Кольцевой дроссель 0.1мГн получился на феррите, а Ш-образный дроссель 81.1мГн - без металла вообще! В кольцевом дросселе 2м проволоки соответствует величине 0.4Ом и номиналу 0.1мГн. Сечение проволоки в Ш-образном дросселе в ~6-8 раз меньше, сопротивление - 172.2Ом при 81.1мГн. Пока так и не ясно, какая правильная формула расчета для дросселей; - если мотать не эмаль-провод, а тонкий провод в изоляции - не нужно беспокоиться, что будет межвитковое замыкание в случае накладывания витков слоями друг на друга. Проблема в том, что эмаль-провод нужной толщины закончился - и не удалось посмотреть, по какому закону изменяется индуктивность с изменением количества слоев. По ходу дела, сечение провода не влияет на повышение индуктивности. Намотал в итоге 3 слоя провода - возможно небольшое увеличение индуктивности на виток с каждым новым витком. Толстый провод мотать замучился; не представляю, как трансформаторы высокоамперные мотают руками. Ну вот как выявить зависимости у таких вот дросселей.  (добавлено 13.08.2017) Программа Coil32 v.11.4.1.491 сильно глючит - но она дала ответ на вопрос индуктивностей на картинке без помощи формул. Дроссель 81мГн имеет наитончайший провод и пребольшой диаметр намотки. Эти величины влияют именно на увеличение индуктивности (возможно, в квадрате); и совместно с огромным количеством витков (почти линейная зависимость) - это и дало 81мГн; даже несмотря на отсутствие сердечника. Дроссель 0.1мГн - обратная ситуация: провод толстый, диаметр витков мал, витков мало. Дроссель 0.01мГн имеет совсем мало витков и гигантский по толщине провод - увеличенный диаметр не спасает. Дроссель 3.7мГн имеет тонкий провод, большое число витков и самую большую разницу "внешний диаметр - внутренний" и высоту (большой диаметр намотки). Итоги: - квадратичная зависимость от диаметра витка (шире - выше); - квадратичная зависимость от сечения провода (тоньше - выше); - линейная зависимость от количества витков (больше - выше); - зависимость от формы сердечника, круглости витка (круглее - выше). На работе мотал тороидальный сердечник и сердечник в виде широкой пластины одним и тем же проводом. 2м на круглом сердечнике (1 слой) дали 4.17мГн, с пластинчатым (3 слоя) - 1м: - 0.02мГн, 2м - 0.09мГн, 3м - 0.15мГн, 4м - 0.29мГн, 5м - 0.43мГн. Когда провод идет по широкой части сердечника, он не участвует в создании индуктивности - индуктивность создается именно на витке, на тонких гранях пластины; - зависимость от магнитной проницаемости феррита (больше - выше). Если феррит просто найден без названия - этот параметр остается неизвестен; а отличаться он может в несколько раз - и индуктивность будет отличаться в несколько раз при одинаковой форме и размерах феррита. То есть: - тороидальный ферритовый сердечник - наилучший, несмотря на свою дороговизну и неудобство намотки; - если нужно получить большую индуктивность - выбирается сердечник с большим витком (высота, разность внешнего и внутреннего диаметра); - выбирается самый тонкий провод из доступных для протекающего тока через дроссель; - витки должны быть максимально близки друг к другу; - если мотается несколько слоев - их нужно изолировать пластырем или малярным скотчем. Например, разница потенциалов между витком №1 и №10 при 10 слоях и напряжении 220В AC составит пик 31В. Заявленное меньшее пробивное напряжение для эмаль-провода составляет трехзначные-четырехзначные числа и зависит от диаметра провода. Например, ПЭЛ - 200В, ПЭВ-1 - 100В, ПЭВ-2 - 400В, ПЭВТЛ-1 (2) - 350В. Однако добавим к этому повреждение эмали при намотке или ее высыхание со временем - напряжение может упасть до двузначных чисел. Отрицательная индуктивность существует. Для ее изготовления и установки используется какой-то извращенный способ с положительной индуктивностью. Правильно - ферритовый, а не ферритный сердечник. Точный теоретический расчет индуктивности невозможен из-за наличия в формулах магнитной проницаемости феррита. Мало того, что для конкретного сердечника измерить нереально, так еще и теоретический ее диапазон составляет [0.2∙10-4;0.8∙10-4]Гн/м - в 4 раза. Однако данный параметр обычно пишется при продаже сердечника. (добавлено 14.08.2017) Для люминесцентных ламп иногда применяют пускатели, когда стандартная схема их не зажигает: маленькие бочонки с дросселем внутри. Как дополнительная индуктивность идет, получается. На фото - тороидальный дроссель размером 20x10x5 и плоский размером 40x20x2; намотаны одинаковым проводом. Они описывались ранее - фото как дополнение идет. Сердечник можно назвать тороидальным, а можно и кольцевым.  (добавлено 01.11.2017) Действительно, магнитная проницаемость влияет на значение индуктивности (больше - больше). Но не простым перемножением: при прочих равных индуктивность с магнитной проницаемостью 2200Гн/м получилась 3.06мГн, а с 10000Гн/м - 3.85мГн. Сердечники с большей магнитной проницаемостью дороже на 5-10%. |
|||
| Обновлено ( 16.06.2020 19:06 ) |