Компания Contact изучила множество импульсных источников питания, вплоть до специализированных источников питания 48 В/100 А для распределительных щитов связи и даже небольших устройств, таких как зарядное устройство для мобильного телефона, и столкнулась с множеством неисправностей, но до сих пор не сталкивалась с перегоранием дросселя. Этот дроссель подключен последовательно с выпрямленным и фильтруемым конденсатором основного выходного контура, а затем к цепи конденсаторной фильтрации, образующей π-фильтр типа CLC. Его перегорание обусловлено следующими причинами:

1. Индуктивность не соответствует выходной мощности импульсного источника питания. Если сопротивление катушки постоянному току велико, её температура продолжает расти, пока она не перегорит при полной нагрузке или перегрузке. Причин этому множество.

2. Источник питания перегружен в течение длительного времени (что более вероятно). Это приводит к увеличению потерь на сопротивление катушки индуктора (постоянный ток) и потерь на вихревые токи (переменный ток) в сердечнике, которые преобразуются в тепловую энергию, что приводит к быстрому повышению температуры индуктора вплоть до его перегорания. Схема защиты срабатывает только при перегрузке импульсного источника питания на 50% (т.е. при номинальной выходной мощности 150%).

Номинальная выходная мощность блока питания — это максимальная выходная мощность, которую нельзя превышать при эксплуатации, и должен быть определённый запас. Это обеспечит непрерывную, безопасную и стабильную работу.

3. Проблема с качеством индуктора. Если качество сердечника индуктора низкое, то при прохождении через него большой высокочастотной составляющей переменного тока в сердечнике возникают значительные потери на вихревые токи, что приводит к повышению температуры обмотки сердечника вплоть до её перегорания.

4. Выход из строя фильтрующего конденсатора. Это приводит к добавлению всех пульсирующих составляющих переменного тока после выпрямления к индуктивности, что приводит к пиковым потерям на вихревые токи в сердечнике и быстрому росту температуры, что приводит к перегоранию индуктивности. В этот момент выходное напряжение понижается, а отрицательной обратной связью оно повышается, поэтому пульсирующая составляющая переменного тока на выходе увеличивается, температура вихревых токов в сердечнике растет быстрее, что приводит к порочному циклу, приводящему к перегоранию индуктивности.

5. Короткое замыкание между витками катушки индуктивности. Это также одна из возможных причин, подобно силовому трансформатору: если происходит короткое замыкание между витками катушки, трансформатор должен сгореть.

Анализ причин перегорания индукционной катушки и метод ее обслуживания

Можно сказать, что причины перегорания индуктора весьма многочисленны. Для профилактики можно рассмотреть следующие факторы:

1. Запас прочности катушки индуктивности недостаточен; производитель не оставляет возможности для экономии. Запас прочности изначально закладывается в конструкцию, которая учитывает различные факторы в процессе проектирования и сознательно задаёт больший запас прочности.

2. Качество эмалированного провода; производители с целью снижения себестоимости продукции используют термостойкий эмалированный провод ниже 130 °C ~ 150 °C.

3. Повышение температуры катушки индуктивности. Как правило, требования к конструкции катушки индуктивности составляют до 60 К, а термостойкость полиэфирного эмалированного провода должна составлять 155 °C. Некоторые производители уменьшают количество витков катушки индуктивности для снижения стоимости. Повышение температуры катушки индуктивности до 75–90 К позволяет катушке индуктивности работать при высоких температурах в течение длительного времени. Длительная перегрузка может привести к ухудшению контакта токопроводящих частей и увеличению контактного сопротивления, что значительно снижает индуктивность. Прочность изоляции катушки.

4. Сила реакции между силой всасывания катушки индуктивности; при низком напряжении всасывание затрудняется, время работы катушки индуктивности увеличивается, и катушка индуктивности дольше выдерживает сильный ток, что приводит к её большему нагреву. Всасывание становится более заметным, и всасывание затрудняется до тех пор, пока оно не становится невозможным. Индуктор работает при высоких температурах, что приводит к увеличению сопротивления и значительному увеличению тока.

5. Диапазон рабочего напряжения изделия недостаточно широк. При напряжении от 80% до 85% горячее состояние может не быть поглощено. При напряжении выше 120% катушка индуктивности легко перегревается.

6. В процессе производства контроль не строгий или отсутствует; в процессе производства внутренний слой обмотки катушки индуктивности недостаточно пропитывается краской, а сушка неполная. Это может привести к некачественной пайке подводящих проводов и неполной изоляции, что приводит к межвитковым и межслойным замыканиям и потере изоляции.

7. Недостаток процесса намотки катушки индуктивности; при работе намоточного станка натяжение обмотки не должно быть слишком слабым или слишком сильным, в противном случае эмалированный провод будет удлиняться, что приведет к частичному падению выдерживаемого напряжения изоляции.

8. Перед вводом катушки индуктивности, поскольку погода влажная, дождливая, а влажность воздуха составляет 80%, во внутреннюю часть катушки индуктивности легко может проникнуть влага, что приведет к образованию влаги в изоляционной части.

9. В процессе хранения и транспортировки индукционной катушки, если будет допущена ошибка, примеси, такие как влага и жир, попадут в нее, и прочность изоляции значительно снизится.

10. В процессе эксплуатации изоляция катушки индуктивности может быть повреждена или подвергнута механическому воздействию, что приводит к короткому замыканию катушки или её удару о землю. В результате катушка индуктивности генерирует большой ток короткого замыкания, что приводит к резкому повышению температуры и передаче тепла вблизи линии, что в конечном итоге приводит к сгоранию всей катушки.

11. Человеческий фактор: незнание пользователем правил эксплуатации безындукционных катушек приводит к частому неправильному регулированию напряжения; некачественный монтаж, недостаточная проверка катушки индуктивности, что приводит к попаданию в нее посторонних примесей; несоблюдение правил эксплуатации и технического обслуживания. Не соблюдаются строгие требования к эксплуатации. В период с момента установки до выхода из строя большинство катушек индуктивности не проходили плановое техническое обслуживание и очистку от загрязнений, что приводит к ухудшению теплоотвода и возгоранию.

12. Удар молнии. Общие и другие электронные компоненты катушки индуктивности были ранее установлены в оборудовании, линия электропередачи подверглась удару молнии, и импульсное напряжение на обмотке индуктора превысило номинал в несколько раз. В результате удар молнии привел к поражению катушки индуктивности. Повреждений будет сложно избежать.

Вышеуказанные причины приводят к перегоранию индуктора, и его можно использовать, если его легко отремонтировать. Метод заключается в перемотке катушки, при условии, что число витков не слишком велико, короткое замыкание происходит на конце катушки, а остальная часть индуктора не повреждена. После этого повреждённую часть можно удалить, оставив индуктор в рабочем состоянии, что не оказывает существенного влияния на его характеристики.

Причина перегорания индуктора фильтра

Чтобы понять причину повреждения фильтра питания, во-первых, мы должны сначала понять структуру фильтра питания. Фильтр питания в основном состоит из конденсатора фильтра, дросселя фильтра и резистора. Можно увидеть, что повреждение или выход из строя фильтра питания является не чем иным, как двумя причинами: насыщение дросселя, потеря емкости конденсатора и пробой. Так что же вызывает вышеуказанную ситуацию? Во-первых, это перенапряжение; когда напряжение питания превышает 20% от номинального напряжения фильтра питания, индуктивность насыщается; кроме того, это может вызвать пробой конденсатора; во-вторых, длительное использование. Как мы все знаем, конденсатор находится в процессе непрерывной зарядки и разрядки, и количество циклов зарядки и разрядки ограничено.

Индуктивность L индуктора в основном определяется такими факторами, как число витков катушки, структура и метод намотки. Чем больше число витков катушки индуктивности, тем плотнее намотана катушка и тем больше индуктивность. Сердечник внутри катушки больше, чем без сердечника. Магнитная проницаемость сердечника больше, и индуктивность больше. Использование индуктора различно. Величина требуемой индуктивности также различна, например. Резонансный контур, применяемый в коротковолновом диапазоне, имеет индуктивность в несколько микрогенри; резонансный контур, применяемый в средневолновом диапазоне, имеет индуктивность в несколько тысяч микрогенри; в фильтрации питания. Индуктивность индуктора достигает 1 - 30 Гн.

Соответствующая добротность катушки индуктивности, также известная как добротность (Q), является основным параметром, определяющим её качество. Она представляет собой отношение индуктивного сопротивления катушки индуктивности к её эквивалентному сопротивлению потерь при работе от переменного напряжения определённой частоты. Чем выше добротность катушки индуктивности, тем меньше потери и тем выше её КПД.

Любой ток в катушке индуктивности в цепи создаёт магнитное поле, которое воздействует на цепь. Согласно закону Ленца, этот поток стремится противостоять изменениям тока посредством индуцированного напряжения (обратной ЭДС). Добротность катушки индуктивности зависит от сопротивления постоянному току провода катушки, диэлектрических потерь в каркасе катушки и потерь, вызванных сердечником и экраном. Основные функции индуктивности цветного кольца: фильтрация, генерация колебаний, задержка, подавление и т. д.