Помехоподавляющий дроссель Советский патент 1993 года по МПК H01F15/04 

Изобретение относится к электротехике, в частности к устройствам питания лектронных схем, и может быть использоано для повышения помехозащищенности усройств чувствительных к индустриальным радиопомехам, при питании последних т общепромышленных электрических сеей.

Целью изобретения является расширение области применения помехоподавляю- щего дросселя.

На фиг. 1, 2 представлена конструкция помехозащитного дросселя; на фиг. 3 - лектрическая 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 электромагнитное 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.

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. FIH (в секции 2а), РЗН (в секции 26). Р2н (в секции За), RH (секции 36). При этом выдерживается соотношение

1Р1н1 IF2HI - 1Рзн Р4и1.

необходимое для взаимной компенсации создаваемых ими магнитных потоков Ф1Н, , , .

Составляющие токов поперечных помех (высокой частоты) создают в секциях об моток соответствующие м.д.с. FiBnn (в секции 2а), Рзвпп (в секции 26), Ргвпп (в секции За), Р4впп (в секции 36).

Составляющие токов продольных помех (высокой частоты) создают в секциях

обмоток соответствующие м.д.с. (в секции 2а) Fienp, (в секции 26) Рзвпр, (в секции За) Равпр, (в секции 36) Р4впр.

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

Таким образом, м.д.с. каждой секции обмоток представляется тремя составляющими FH, Рвпл И РВПр.

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

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

На эквивалентной схеме средние длины путей замыкания магнитных потоков разбиты на отдельные участки hk, где I, k - граничные точки участков. В пределах этих участков магнитные сопротивления

RM, приходящиеся на единицу длины магнитной силовой линии, остаются неизменными.

Воздушные зазоры обозначаются через

Iblk.

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

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

Секции обмоток, токи которых создают м.д.с. FiH, Р2н, Рзн, F/IH соединяются в схеме последовательно-встречно так, что вызываемые ими потоки Фы, Фгн, Фзн, Ф}н оказываются направленными взаимно навстречу друг другу и поэтому вынуждены замыкаться по путям, охватывающим часть металлического стержня сердечника, на котором располагается секция обмотки, фер- ритовые стержни и воздушные промежутки, преодолевая высокое магнитное сопротивление. Например для потока Фы, который создается м.д.с. FIH, этот путь состоит из участка lab металлического сердечника, воздушных зазоров lah, ЦЬ , Ibm, Ipq И УЧЗСТКОВ Iqh, Imp, laq, содержащих ферритовые стержни.

Потоки , Ф2н, Фзн и 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 из м.д.с. FiBnn, Р2впп, Рзвгш и Рзвпп, создаваемых сигналами поперечных помех, совпадают с направлениями одноименных м.д.с. FIH, Р2н, Рзн и FA 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, Фгн, Фзн и , так как они создаются сигналами высокочастотных помех.

Это вызвано тем, что магнитные потоки, создаваемые высокочастотными сигналами, проходя по металлическому магнито- проводу, 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 ft раз выше, чем для сигналов рабочей частоты.

Создаваемые сигналами помех продольного вида м.д.с. Fisnp, Р2впр, Рзвпр и

Р4впр, вызывают соответственно потоки

Ф1впр, Фгвпр, Фзвпр И Ф4впр.

Потоки Ф1впр и Фгвпр замыкаются по магнитному пути, охватывающему верхнюю 5 половину металлического сердечника по участку Ubcd, и высокочастотному дополнительному безобмоточному магнитному стержню ПО участку laqfd.

Магнитные потоки Фзвпр и Фзвпр замы0 каются по аналогичному пути, охватывающему нижнюю половину металлического сердечника и высокочастотный дополнительный магнитный стержень.

По указанным путям происходит пре5 имущественное замыкание потоков, создаваемых сигналами продольных помех, лежащими в нижней части помехового спектра частот.

Для потоков, создаваемых сигналами

0 помех, находящимися в среднечастотном и высокочастотном участках спектра, преимущественными являются пути, проходящие по наружным поверхностям части металлических стержней (по 1аь для потока Ф1впр или.

5 по Idi для потока Фгвпр), а также по части ферритового безобмоточного стержня laq

ИЛИ Idf, ВОЗДУШНЫМ Зазорам Ibqp, Ibbm. И Ibhf,

Ibcn, а также через ферритовые стержни, уложенные по наружным боковым поверхно- 0 стям отдельных секций по путям lqh, Imp и

Ich, Irs.

В силу симметрии эквивалентной схемы пути замыкания для потоков Фзвпр и содержат аналогичные участки.

5 с учетом изложенных соображений расчет эффективности функционирования дросселя определяется для активной нагрузки RH. В качестве меры эффективности функционирования дросселя принимается

0 величина S (дБ), представляющая отношение относительного значения падения напряжения помех дросселя к аналогичному значению падения напряжения рабочего сигнала. Активные составляющие

5 напряжения помех и рабочего сигнала, теряемые на.дросселе. в расчетах не учитываются.

Относительное значение падения напряжения сигнала помех на дросселе по

0 сравнению с его падением на нагрузке RH, равно

Цдрв в URBRH B

XLB

RH

(1)

где 11дрн - падение напряжения сигнала помех на дросселе на частоте fH,

URB - падение напряжения сигнала помех на нагрузке RH,

tf нагрузке

Использование: в устройствах питания электронных схем для повышения помехозащищенности устройств Сущность изобретения: устройство содержит магни- топровод 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.

JTT

20 5 6

gjvei2

35

2a 5

4 JL.

3a

t/ Ф&&3