Помехоподавляющий дроссель

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Использование: в устройствах питания электронных схем для повышения помехозащищенности устройств Сущность изобретения: устройство содержит магнитопровод с рабочими стержнями 1, две секционированные обмотки 2 и 3, дополнительный безобмоточный стержень из высокочастотного магнитного материала 4, плоские стержни из высокочастотного магнитного материала и заполненные ферромагнитной пастой в воздушные зазоры между плоскими стержнями. Каждая из обмоток 2 и 3 включается соответственно в рассечку прямого и обратного проводов питания нагрузки.3 ил. 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)э Н 01 F 15/04

ГОСУДАРСТВЕН-ЮЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (l OCllATEHT CCCP) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4847948/07 (22) 09.07.90 (46) 15,05.93. Бюл. М 18 (71) Институт энергетики и автоматики АН

УЗССР (72) P.Ñ.Ðàçûêîâ и В.П.Швырин (56) ОТТ Г. "Методы подавления шумов и помех в электронных схемах", M,: Мир, .1979, стр. 85, 89, р.3.24.

Авторское свидетельство СССР

М 1615815, кл, Н 01 F 27/34, 1989, „„Я2„„1815679 Al (54) ПОМЕХОПОДАВЛЯЮЩИЙ ДРОССЕЛЬ (57) Использование: в устройствах питания электронных схем для повышения помехозащищенности устройств. Сущность изобретения. устройство содержит магнитопровод с рабочими стержнями 1, две секционированные обмотки 2 и 3, дополнительный безобмоточный стержень из высокочастотного магнитного материала 4, плоские стержни из высокочастотного магнитного материала и заполненные ферромагнитной пастой в воздушные зазоры между плоскими стержнями. Каждая из обмоток 2 и 3 включается соответственно в рассечку прямого и обратного проводов питания нагрузки, 3 MA. 1 табл.

1815679

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам питания электронных схем, и может быть использованоо для повышения помехозащищенности устройств чувствительных к индустриальным радиопомехам, при питании последних от общепромышленных электрических сетей.

Целью изобретения является расширение области применения помехоподавляющего дросселя.

На фиг. 1, 2 представлена конструкция помехозащитного дросселя; на фиг. 3— электрическая схема соединения; на фиг. 4 — эквивалентная схема замыкания магнитных потоков.

Помехоподавляющий дроссель содержит магнитопровод с рабочими стержнями

1, две секционированные обмотки 2, 3, каждая из которых состоит из парных одинаковых секций "а" и "б", дополнительный безобмоточный стержень из высокочастотного магнитного материала 4, плоские стержни .из высокочастотного магнитного материала 5 и заполненные ферромагнитной пастой 6 воздушные зазоры между плоскими стержнями 5, Конструктивно помехоподавляющий дроссель представляет собой электромаг - нитное устройство, на рабочих стержнях 1 магнитопровода которого располагаются две одинаковые секционированные обмотки 2 и 3, секции каждой из обмоток "а" и "б" соединяются между собой последовательно-встречно. Каждая.из обмоток 2 и 3 включается соответственно в рассечку прямого и обратного проводов питания нагрузки, при этом магнитные потоки, образуемые токами основной рабочей частоты, проходящими по виткам секции "а" и "б" обмоток 2 и 3, оказываются направленными взаимно навстречу друг другу.

Для снижения магнитного сопротивления на пути замыкания потоков помех, поперек рабочих стержней 1 в проеме между секциями "а" и "б" каждой из обмоток 2 и

3 устанавливается дополнительный безобмоточный стержень 4 из высокочастотного магнитного материала. а по всему периметру наружных боковых поверхностей секций

"а" и "б" обмоток 2 и 3 параллельно их продольным осям с этой же целью укладываются плоские стержни 5 из высокочастотного магнитного материала, боковые воздушные зазоры между которыми заполняются ферромагнитной пастой.

Работа помехозащитного дросселя поясняется эквивалентной схемой, приведенной на фиг. 4. После подключения схемы, 5

10 содержащей дроссель. к общепромышленной сети питания, по его обмоткам начинает протекать ток, содержащий составляющую основной частоты и высокочастотные составляющие сигналов поперечных и продольных помех.

Составляющая тока основной (низкой) частоты создает в секциях обмоток соответствующие м.д.с, Е1н (в секции 2а), Езн (e секции 2б), Е2н (в секции За), F4n (секции Зб). При этом выдерживается соотношение! 1н! = I Р2н1 = I Рэн! = I Р4н (, 15 необходимое для взаимной компенсации создаваемых ими магнитных потоков Ф1н, он, Ф1н, Ф4н

Составляющие токов поперечных помех (высокой частоты) создают в секциях обмо20 тОК СООтВЕтСтВУЮЩИЕ М.Д.С. F1snn (В СЕКЦИИ

2а), г.звпп (B СЕКЦИИ 2б), Е2впп (В СЕКЦИИ ЗЭ), F4enn (в секции Зб).

Составляющие токов продольных помех (высокой частоты) создают в секциях

25 обмоток соответствующие м,д.с. (в секции

2а) Е1впр, (в секции 2б) Fasnp, (в секции За)

F2enp, (в СЕкции Зб) F4enp.

На эквивалентной схеме мгновенные взаимные направления указанных м,д.с. показаны стрелками.

Таким образом, м.д.с. каждой секции обмоток представляется тремя составляющими Рн, Fenn u Fenp.

Каждая м.д.с, F создает свой магнитный поток Ф, величине которого обратно пропорциональна магнитному сопротивлению контура RM, по которому он замыкается, что прямо следует из формулировки закона Ома для магнитной цепи. В случае нескольких

40 параллельных путей замыкания отдельные составляющие потоков, вызываемые м,д,с„ будут распределяться по ним так же обратно пропорционально величинам их магнитных сопротивлений.

45 На эквивалентной схеме средние длины путей замыкания магнитных потоков разбиты на отдельные участки Ilk, где!, k — граничные точки участков. В пределах этих участков магнитные сопротивления

RM, приходящиеся на единицу длины магнитной силовой линии, остаются неизменными, Воздушные зазоры обозначаются через

Ibm.

Участки пути, проходящие по металлическому сердечнику. на схеме показаны сплошной линией, проходящие по стержням из высокочастотного магнитного материала -- пунктирной линией.

1815679

0 ХРв la Х1в

URв Нн 1в Нн

В силу симметричности эквивалентной схемы рассматриваются пути замыкания только ее верхней половины.

Секции обмоток, токи которых создаЮт М.Д.С, Е1н, Р2п, ЕЗ, Е4н СОЕДИНЯЮТСЯ В схеме последовательно-встречно так, что вызываемые ими потоки Ф1н, Фн. Ьн, Ф4Н оказываются направленными взаимно навстречу друг другу и поэтому вынуждены замыкаться по путям, охватывающим часть металлического стержня сердечника, на котором располагается секция обмотки, ферритовые стержни и воздушные промежутки, преодолевая высокое магнитное сопротивление. НапРимеР ДлЯ потока Ф1п, котоРый создается м.д.с. F1n, этот путь состоит из участка lab металлического сердечника, воздушных зазоров lah, Iqb . Ibmь, Ipq и участков

Iqh, Imp. Iaq, СОДЕРжаЩИХ фЕРРИтОВЫЕ СтЕРжни, ПОТОКИ Ф1н, %н, ФЗн И Ф4п яВЛяЮтСя низкочастотными, поэтому распределение их плотности по сечению металлических и ферритовых стержней является равномерным. Основное магнитное сопротивление на пути их замыкания создают воздушные зазоры, резко ослабляя их величину.

НаПРаВЛЕНИЯ КажДОй Иэ М.Д,С. Р1впп, 02впп, ЕЗвпп И F4snn, СОЗдаааЕМЫХ СИГНаЛаМИ поперечных помех, совпадают с направлеНИяМИ ОДНОИМЕННЫХ М.д.С. ЕЬ, Р2н, Fgp И F4n и, следовательно, потоки, которые они Вызывают, также направлены навстречу друг другу, Однако условия замыкания этих потоков будут уже отличаться от условий замыкания низкочастотных потоков Ф1н, Ф2н, Фн и Ф1н, так как они создаются сигналами Высокочастотных помех, Это вызвано тем, что магнитные потоки, создаваемые высокочастотными сигналами, проходя по металлическому магнитопроводу, "вытесняются" к его наружным слоям, поэтому средние эффективные длины участков, приходящиеся на воздушные зазоры, для этих потоков оказываются меньше, чем эффективные средние длины воздушных зазоров для потоков, создаваемых низкочастотными рабочими сигналами.

Кроме того, поскольку индуктивное сопротивление пропорционально частоте тока перемагничивания, то для высокочастотных сигналов оно соответственно в

fb /f> раз выше, чем для сигналов рабочей частоты.

Создаваемые сигналами помех продольного вида M.Ä,Ñ. Flenp, Р2впр Рзвпр и

F4anp, ВЫЗЫВдЮТ СООТВЕТСТВЕННО ПОТОКИ

Ф1впр, Ф2впр Ф3впр и Ф4впр.

ПОТОКИ Ф1впр И %snp ЗВМЫКВЮТСЯ ПО магнитному пути, охватывающему верхнюю половину металлического сердечника по

УчасткУ labcd. и высокочастотномУ Дополнительному безобмоточному магнитному стержню пО участку laqfd.

МаГНИтНЫЕ ПОТОКИ Ф впр И Ф4впр ЗаМЫкаются по аналогичному пути, охватывающему нижнюю половину металлического сердечника и высокочастотный дополнительный магнитный стержень.

По указанным путям происходит преимущественное замыкание потоков, создаваемых сигналами продольных помех, лежащими в нижней части помехового спектра частот.

Для потоков. создаваемых сигналами помех, находящимися в среднечастотном и высокочастотном участках спектра, преимущественными являются пути, проходящие по наружным поверхностям части металлиЧЕСКИХ СтЕРжНЕй (IlO lab ДЛЯ ПОтОКа Ф1впр ИЛИ

ПО ldl ДЛЯ ПОтОКа +snp), а таКжЕ ПО ЧаСтИ ферритового безобмоточного стержня laq

ИЛИ Idfi ВОЗдуШНЫМ ЗВЗОраМ Ibqpi Ibbm, И Ibhf, lbcn а также чеРез феРРитовые стеРжни, Уложенные по наружным боковым поверхностЯм отДельных секЦий по пУтЯм Iqh Imp u

Ich, lrs.

В силу симметрии эквивалентной схемы

ПУТИ ЗВМЫКВНИЯ ДЛЯ ПОТОКОВ Ф3впр И Ф4впр содержат аналогичные участки.

С учетом изложенных соображений расчет эффективности функционирования дросселя определяется для активной нагрузки R<. В качестве меры эффективности функционирования дросселя принимается величина S (дБ), представляющая отношение относительного значения падения напряжения помех дросселя к аналогичному значению падения напряжения рабочего сигнала. Активные составляющие напряжения помех и рабочего сигнала, теряемые на.дросселе. в расчетах не учитываются.

Относительное значение падения напряжения сигнала помех на дросселе по сравнению с его падением на нагрузке Rn, равно где 0дрн — падение напряжения сигнала помех на дросселе на частоте 1„, URe — падение напряжения сигнала помех на нагрузке R,, 1815679 (5) XL — индуктивное сопротивление дросселя на частоте f .

Относительное значение падения напряжения рабочего сигнала на дросселе U» ХЬ ХЬ (2)

0я, Йн ie Ин где Uppv — падение напряжения рабочего сигнала на дросселе на частоте f<, VR падение напряжения рабочего сигнала на нагрузке R<.

S=20lg - - / — "Л - =20 9 "",(3)

UR„ U „„g XL„„

Для помех поперечного вида выражение для $ записывается в следующем виде 1н где Х1впр — индуктивное сопротивление секции обмотки дросселя на частоте сигналов поперечных помех, Х вЂ” индуктивное сопротивление секции обмотки, дросселя на рабочей частоте.

Для продольных помех выражение для

Snp имеет вид где XLsnp — индуктивное сопротивление двух секций верхней половины дросселя, объединенных общим магнитным контуром замыкания потоков на частоте 4 сигналов продольных помех, Расчет эффективности функционирования выполнен для дросселя, имеющего стандартный ленточный магнитоцровод типа ПЛ 12, 5х25х50 из трансформаторной стали ХВП толщиной 0,2 мм, с секциями обмоток, содержащими каждая по 200 витков провода ПЭВ-1 диаметром 0,61 мм, и ферритовые стержни из материала 3000

НМС. Дополнительный безобмоточный ферритовый стержень, устанавливаемый поперек металлических стержней, имеет размеры (20х25) мм и толщину 3 мм. Ферритовые стержни, устанавливаемые по периметру боковых стенок секционированных обмоток, имеют размеры (20х5) мм и толщину

2,5 мм, Продольные воздушные зазоры между ферритовыми стержнями заполняются ферромагнитной пастой, состоящей из

55 эпоксидной смолы ЭД-5 (18,5 весовых частей), карбонильного железа P-4 (77,0 весовых частей) и малеинового ангидрида (4,5 весовых частей).

Полагая, что основное сопротивление прохождению магнитных потоков на пути их замыкания оказывают воздушные промежутки, были просчитаны величины магнитных сопротивлений потокам, охватывающим каждую секцию обмоток дросселя, для сигналов продольных и поперечных помех, а также для сигнала на основной рабочей частоте 50 Гц. Это дало возможность определить значения величин $ и Spp для помех на частотах, которые приведены в нижеследующей таблице.

Использование заявленного изобретения позволяет повысить помехозащищенность и надежность функционирования вторичного источника питания электронного устройства, чувствительного к воздействию сетевых индустриальных радиопомех.

Формула изобретения

1. Помехоподавляющий дроссель, содержащий магнитопровод, на рабочих стержнях которого установлены две секционированные обмотки и дополнительный беэобмоточный стержень из высокочастотного магнитного материала, расположенный поперек рабочих стержней между секциями обмоток, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения, секции обмоток выполнены идентичными, секции каждой из обмоток соединены последовательно встречно и расположены на отдельном стержне, при этом одна из обмоток предназначена для включения в рассечку прямого провода питания нагрузки, а другая — в рассечку обратного провода питания нагрузки.

2, Дроссель по п,1, отличающийся тем, что он снабжен плоскими стержнями иэ высокочастотного магнитного материала, расположенными по всему периметру наружных боковых секций обмоток параллельно их продольным осям.

3. Дроссель по пп.1 и 2, о т л и ч аю шийся тем, что он снабжен ферромагнитной пастой, воздушные зазоры между плоскими стержнями заполнены ферромагнитной пастой.

Составитель Р, Раз ыков

Техред М,Моргентал Корректор Е. Папп

Редактор Л. flaanoea

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101

Заказ 1638 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва. Ж-35, Раушская наб,, 4/5