Elementy indukcyjne
(22 354)Gwałtowne zmiany natężenia prądu są niezwykle niebezpiecznym zjawiskiem, które może doprowadzić do uszkodzenia płytki drukowanej układu elektronicznego. By skutecznie chronić się przed zakłóceniami natężenia prądu elektrycznego stosuje się dławiki indukcyjne. Są więc one niezwykle istotnym elementem układów elektrotechnicznych i elektronicznych o którym powinien wiedzieć każdy branżowiec.
Budowa dławika
Pomimo bardzo odpowiedzialnej funkcji, jaką pełnią dławiki, ich budowa jest niezwykle prosta. Drut o odpowiedniej grubości uformowany w kształt spirali to podstawowy element konstrukcji. Najbardziej rozpowszechnionym rozwiązaniem jest nawinięcie spirali na rdzeń wykonany z materiału ferromagnetycznego, wykazującego silne właściwości magnetyczne (m.in. kobalt, nikiel lub powszechnie stosowane żelazo). Inną, rzadziej stosowaną konstrukcją jest dławik bezrdzeniowy, czyli wypełnienie spirali powietrzem. Wadą tego drugiego rozwiązania jest jednak konieczność odpowiedniego wzmocnienia zwijanego drutu, by zabezpieczyć go przed samoczynnym rozformowaniem, a także mniejsza indukcyjność w stosunku do dławików z rdzeniami (przy jednakowej liczbie zwojów). Zastosowanie rdzenia pozwala dodatkowo na regulację indukcyjności dławika, poprzez zmianę jego położenia względem otaczających go zwojów. W zależności od warunków pracy i zastosowania wyróżnia się konstrukcje wyposażone w zamknięty obwód magnetyczny – tzw. dławiki ekranowane oraz z otwartym obwodem magnetycznym.
Przeznaczenie oraz sposób montażu wymuszają stosowanie różnego typu elementów pasywnych o zróżnicowanych kształtach oraz sposobach nawinięcia drutu. Poniżej przedstawiono najpowszechniej stosowane rodzaje dławików:
- Dławiki SMD;
- Dławiki THT;
- Dławiki kompensacyjne DMF.
Jak działa dławik?
Dławik zapobiega nagłym zmianom natężenia prądu, dzięki polu magnetycznemu powstałemu dookoła przewodnika pod napięciem. W momencie gwałtownej zmiany natężenia przepływającego prądu elektrycznego, zmienia się również pole magnetyczne, które w formie prądów wstecznych niweluje niepożądane zjawisko. Tzw. dławienie natężenia nazywa się samoindukcją i rośnie proporcjonalnie do zmian zachodzących w przepływającym prądzie.
Najważniejszym parametrem dławika jest jego indukcyjność, która mówi de facto o zdolności do wygenerowania pola magnetycznego wytwarzającego prąd wsteczny. W celu odpowiedniego doboru należy również wziąć pod uwagę rezystancję dławika oraz dopuszczalny prąd pracy. Innym z parametrów opisujących właściwości cewki jest dobroć. Określaj ona umiejętność dławienia przepływów o częstotliwościach odbiegających od jego własnej częstotliwości rezonansowej.
Jednostką charakteryzującą cewkę jest Henr [H]. Mówi ona o tym, że zmiana natężenia prądu o 1 amper w czasie sekundy powoduje indukowanie się napięcia o wartości 1 wolta.
Na wzrost indukcyjności cewki wpłynąć można poprzez:
- Zwiększenie ilości zwojów oraz ich pola powierzchni;
- Dobór odpowiedniego materiału o wysokiej przenikalności względnej na konstrukcję rdzenia;
- Skrócenie jej długości.
Zastosowanie dławików oraz pełniona przez nie funkcja
Urządzenia, w których wykorzystuje się omawiane elementy indukcyjne otaczają nas na każdym kroku. Warto zatem zdawać sobie sprawę, gdzie możemy je znaleźć. Oto kilka przykładów:
- Układy napędowe wyposażone w falowniki – filtrowanie zakłóceń wynikających z regulacji obrotów silnika przy użyciu przemiennika częstotliwości;
- Wszelkiego typu głośniki – dławik pełniący funkcję przeciwzakłóceniową poprawia znacząco walory akustyczne generowanego dźwięku;
- Baterie pojemnościowe – dławik jako elementy ochronne dla kondensatorów.
Klasyczna cewka, a dławik – podstawowe różnice
Dławiki zaliczane są do grupy cewek indukcyjnych. Z tego powodu stosowano zamiennie określenia dławik-cewka. W tym miejscu trzeba jednak zauważyć, że nie każda cewka jest dławikiem. Elementy te odróżnia przede wszystkim sposób wykorzystania w układzie elektrycznym. Dławikiem jest bowiem tylko cewka, której zadaniem jest zapobieganie niepożądanemu zjawisku zmiany natężenia prądu. Inne zastosowanie cewki (np. w elektromagnesach jako źródło przyciągania elementów metalowych) powoduje już, że elementu tego nie można zaliczyć do grona dławików.
Straty mocy w cewkach
Podstawowym powodem straty mocy w cewkach jest rezystancja drutu nawojowego. Jej następstwem jest nagrzewanie się cewki oraz zmiany właściwości magnetycznych rdzenia. Jest to szczególnie niebezpieczne w przypadku wysokiego natężenia płynącego prądu, ponieważ może doprowadzić do uszkodzenia elementów elektronicznych, a w konsekwencji do awarii całego układu.
Kolejnym istotnym szczegółem jest dokładność wykonania konstrukcji cewki. Staranność nawinięcia drutu czy odpowiednie szczeliny pomiędzy kolejnymi zwojami mają fundamentalny wpływ na jakość powstającego pola magnetycznego. Jego rozproszenie to wymierna strata wydajności dławika. Warto nadmienić, że źle wykonana cewka może powodować generowanie dodatkowego ciepła, które potęguje opisane powyżej zagrożenie przegrzania obwodu.
Duży wpływ na straty mocy ma również jakość wykonania samego rdzenia. Nierównomierne jego wykonanie może bowiem prowadzić do generowania dużych odchyleń faktycznych parametrów w stosunku do wartości nominalnych.
Dławiki – właściwy dobór
Podsumowując, dławiki wykorzystuje się w urządzeniach wymagających tłumienia nagłych zmian prądów, filtrowania sygnałów czy ochrony przed przeciążeniami wywołanymi prądami harmonicznymi. Ze względu na bardzo szerokie zastosowanie oraz charakterystyczne dla każdej cewki parametry, należy zwrócić szczególną uwagę przy doborze odpowiedniego elementu obwodu. Tylko dławik o odpowiedniej indukcyjności oraz przeznaczony do pracy z określonym natężeniem prądu może spełniać postawione mu wymagania. Wybierając tak istotne elementy obwodu elektronicznego nie powinno się zatem kierować wyłącznie aspektami ekonomicznymi. Warto postawić na asortyment sprawdzonych producentów, który spełni jakościowe wymagania i pozwoli na długotrwałą, bezawaryjną pracę.
Magazyn:
