1. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О НЕУПРАВЛЯЕМЫХ ДРОССЕЛЯХ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА РАДИОЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЫ

1.1. Общие краткие сведения о дросселях. Классификация дросселей

Дроссели переменного тока широко применяются в различных электрических установках и в цепях радиоустройств, например в балластных, токоограничивающих, в антенных контурах мощных генераторов, в полосовых фильтрах мощных усилителей и т. д. Широкое применение в последнее время дроссели нашли моделирующей технике.

Дроссели изготовляют для включения в электрические цепи с мощностью от нескольких вольтампер до с индуктивностью от 0,01 до на токи от до 10 а. Изоляция дросселей рассчитана на различные значения допустимого рабочего напряжения — до 2500 в у низковольтных и выше у высоковольтных. В дальнейшем рассматриваются только низковольтные однофазные дроссели.

Дроссель представляет собой в основном обтекаемую переменным током катушку с ферромагнитным сердечником. Последний резко увеличивает магнитное поле. При одинаковых параметрах дроссель с ферромагнитным сердечником несравненно компактнее, чем катушка без сердечника. Подчеркнем, что при прочих равных условиях индуктивное сопротивление дросселя тем больше, чем лучше магнитные свойства ферромагнетика, т. е. чем больше его магнитная проницаемость.

Все характеристики дросселя обусловливаются свойствами его ферромагнитного сердечника.

Вольтамперные характеристики при этом могут быть близкими к линейным, а могут быть и существенно нелинейными.

Свойства нелинейного дросселя отличны от свойств линейного дросселя. Так, при заданной частоте сопротивление нелинейного дросселя — величина непостоянная, зависящая от величины приложенного напряжения. Обычно индуктивное сопротивление дросселя значительно меньше при насыщенном, чем при ненасыщенном сердечнике. Форма кривой тока, протекающего по обмотке нелинейного дросселя, зависит от формы кривой приложенного напряжения и от его величины. Если напряжение синусоидально и сердечник ненасыщен, то форма кривой тока практически близка к синусоидальной, при насыщенном замкнутом сердечнике ток несинусоидален.

Нелинейность дросселя в ряде случаев — фактор нежелательный. В то же время она определяет применение дросселя в некоторых устройствах современной автоматики и радиоэлектроники.

Некоторая линеаризация вольтамперной характеристики дросселя может быть получена, если его магнитопровод сделать с немагнитным зазором. Дроссель в таком случае становится ограниченно линейным элементом, индуктивное сопротивление которого постоянно при изменении в определенных пределах тока дросселя.

Применение немагнитного зазора целесообразно и для получения в дросселе большей магнитной энергии. Магнитопроводы дросселей радиоэлектронной аппаратуры эти зазоры обычно имеют. Немагнитный зазор вносит ряд особенностей в работу дросселя. В частности, при нем наблюдается и явление «уширения», или «выпучивания», магнитного потока [22]. Следует указать, что даже большой зазор в магнитопроводе не делает дроссель полностью линейным элементом, так как электрическая энергия, расходуемая на покрытие потерь в сердечнике, не пропорциональна квадрату тока. При проектировании дросселей, близких к линейным, неизбежно приходится считаться с нелинейностью ферромагнитного сердечника.

Принципиально следует различать три вида дросселей: простые дроссели переменного тока, которые часто называют катушками индуктивности с ферромагнитным сердечником, сглаживающие дроссели для выпрямителей [9, 66] и управляемые дроссели, или дроссели насыщения [10, 68].

Ниже рассматриваются только простые однофазные маломощные дроссели переменного тока.

Рис. 1.1. Типичные конструкции однофазных дросселей открытого исполнения: а — броневой с ленточным магнитопроводом; б — стержневой с ленточными сердечниками и двумя катушками; в — тороидальный; г — броиевой с сердечником штампованных пластин; д — броневой с креплениями из пластмассы.

Дроссели в зависимости от условий работы аппаратуры, для которой они предназначены, могут быть разбиты на три группы:

а) дроссели для аппаратуры, работающей в обычных условиях (температура влажность );

б) дроссели для кратковременной работы в условиях, отличных от обычных;

в) дроссели для радиоэлектронной аппаратуры, длительно работающей в тяжелых условиях — при высокой температуре окружающей среды (до ) или в тропическом климате при влажности 98% и температуре 40° С. Дроссели первой группы имеют, как правило, открытую конструкцию, второй группы — открытую, влагозащищенную и третьей — закрытую, обычно герметизированную. Наиболее типичные дроссели открытого исполнения показаны на рис. 1.1.

Дроссели переменного тока обычно делят по следующим признакам:

а) по мощности — маломощные (до ) и мощные (свыше );

б) по частоте — промышленной (50 гц), повышенной (400—1000 гц) и высокой (свыше 1000 гц);

в) по конструкции машитопровода — броневые, стержневые и тороидальные (в броневых дросселях сердечник охватывает обмотку, а в других — наоборот);

Рис. 1.2. Схематичные изображения трех типов дросселей: а — с замкнутым ферромагнитным сердечником; б — с магнитопроводом, имеющим зазор; в — с разомкнутым магнитопроводом.

г) по конструкции обмоток — катушечные, галетные и др.;

д) по роду материала сердечника — из электротехнической стали или из феррита;

е) по материалу обмотки — из провода или из фольги;

ж) по конструкции — открытые; открытые, но влагозащищенные и закрытые.

Дроссели можно различать и по способу выполнения магнитопровода: с замкнутым ферромагнитным сердечником;

с магнитопроводами, имеющими немагнитные зазоры, и, наконец, с совершенно разомкнутыми магнитопроводами (рис. 1.2). Последние в данной книге не рассматриваются.

Дроссели могут быть подразделены и по виду -амперной характеристики: линеаризированные — с зазором в магнитопроводе или с ненасыщенным замкнутым сердечником, и нелинейные — без зазора в насыщенном магнитопроводе или с сильно насыщенным сердечником с зазором. Нелинейность дросселя иногда регламентируется: квадратичная, степенная и т. д.