Электрический дроссель - принцип работы и примеры использования » школа для электрика: все об электротехнике и электронике

Для чего нужен дроссель?

Таким образом, главное назначение дросселя в электрической схеме — задержать на себе ток определенного частотного диапазона или накапливать энергию за определенный период времени в магнитном поле.

Физически ток в катушке не может измениться мгновенно, на это требуется конечное время, — данное положение прямо следует из Правила Ленца. Если бы ток через катушку мог изменяться мгновенно, то на катушке при этом возникало бы бесконечное напряжение. Самоиндукция катушки при изменении тока сама формирует напряжение — ЭДС самоиндукции. Таким образом, дроссель задерживает ток.

Если необходимо подавить переменный компонент тока в цепи (а помехи или пульсации — это как раз пример переменной составляющей), то в такую цепь устанавливают дроссель — катушку индуктивности, обладающую для тока частоты помех значительным индуктивным сопротивлением.

Пульсации в сети существенно снизятся, если на пути установлен дроссель. Таким же образом можно развязать или изолировать друг от друга сигналы различной частоты, действующие в цепи.

В радиотехнике, в электротехнике, в СВЧ-технике, — используются высокочастотные токи от единиц герц до гигагерц. Низкие частоты в пределах 20 кГц относятся к звуковым частотам, затем следует ультразвуковой диапазон — до 100 кГц, наконец диапазон ВЧ и СВЧ — выше 100 кГц, единицы, десятки и сотни МГц.

Низкочастотный дроссель похож с виду на железный трансформатор, с тем лишь отличием, что обмотка на нем всего одна. Катушка навита на сердечник из трансформаторной стали, пластины которого изолированы между собой дабы снизить вихревые токи.

Такая катушка обладает высокой индуктивностью (более 1 Гн), она оказывает значительное противодействие любому изменению тока в электрической цепи, где она установлена: если ток резко стал убывать — катушка его поддерживает, если ток начал резко возрастать — катушка станет его ограничивать, не даст резко нарасти.

Одна из широчайших сфер применения дросселей — это высокочастотные схемы. Многослойные или однослойные катушки навиваются на ферритовые или стальные сердечники, либо используются совсем без ферромагнитных сердечников — просто пластмассовый каркас или только проволока. Если схема работает на волнах среднего и длинного диапазона, то возможно часто встретить секционную намотку.

Дроссель с ферромагнитным сердечником имеет меньшие габариты, чем дроссель без сердечника той же индуктивности. Для работы на высоких частотах используют сердечники ферритовые или из магнитодиэлектрических составов, отличающихся малой собственной емкостью. Такие дроссели способны работать в довольно широком диапазоне частот.

Как вы уже поняли, основной параметр дросселя — индуктивность, как и у любой катушки. Единица измерения данного параметра — генри, а обозначение — Гн. Следующий параметр — электрическое сопротивление (на постоянном токе), оно измеряется в омах (Ом).

Затем идут такие характеристики, как допустимое напряжение, номинальный подмагничивающий ток, и конечно добротность, — крайне важный параметр, особенно для колебательных контуров. Различные типы дросселей находят сегодня самое широкое применение для решения самых разнообразных инженерных задач.

Применение дросселей

Итак, по назначению электрические дроссели подразделяются на:

Дроссели переменного тока, работающие во вторичных импульсных источниках питания. Катушка накапливает энергию первичного источника питания в своем магнитном поле, затем отдает ее в нагрузку. Обратноходовые преобразователи, бустеры — в них используются дроссели, причем иногда с несколькими обмотками, как у трансформаторов. Аналогичным образом работает магнитный балласт люминесцентной лампы, служащий для ее розжига и поддержания номинального тока.

Дроссели для пуска двигателей — ограничители пусковых и тормозных токов. Это эффективнее, чем рассеивать мощность в форме тепла на резисторах. Для электроприводов мощностью до 30 кВт такой дроссель по внешнему виду напоминает трехфазный трансформатор (в трехфазных цепях используются трехфазные дроссели).

Дроссели насыщения, применяемые в стабилизаторах напряжения, и феррорезонансных преобразователях (трансформатор частично превращается в дроссель), а также в магнитных усилителях, где сердечник подмагничивается с целью изменения индуктивного сопротивления цепи.

Сглаживающие дроссели, применяемые в фильтрах для устранения пульсаций выпрямленного тока. Источники питания со сглаживающими дросселями были очень популярны в период расцвета ламповых усилителей из-за отсутствия конденсаторов с очень большой емкостью. Для сглаживания пульсаций после выпрямителя должны были использоваться именно дроссели.

Область применения

Катушки индуктивности используют, как:

токоограничители;
катушки насыщения;
фильтры сглаживания;
магнитные усилители (МУ);
резонансные контуры;
электронный дроссель в радио,- и компьютерных схемах.

Токоограничители

Генератор на транзисторе

Для чего нужны дроссели в качестве токоограничителей, можно узнать из следующего списка:

Катушки без сердечников имеют маленькое сопротивление, поэтому они эффективно ограничивают величину тока короткого замыкания. Даже малейшее уменьшение мощности дуги короткого замыкания имеет большое значение.
Во время пуска мощных электродвигателей включаются в работу катушки индуктивности. После набора максимальных оборотов аппаратом катушка отключается пусковым устройством.
В лампах дневного света электрические дроссели препятствуют резкому включению тока максимальной величины. В результате происходит постепенный разогрев ртути и переход её в парообразное состояние. У ламп ДРЛ 250 дроссели находятся внутри колбы. Дроссели ламп ДНАТ находятся внутри кожуха отдельно от колбы.

Обратите внимание! Аббревиатура ДРЛ означает Дуговая Ртутная Лампа. ДНАТ – Дуговая Натриевая Трубка

Катушки насыщения

После насыщения магнитного поля величина сопротивления катушки перестаёт расти. Ранее катушки насыщения составляли основу стабилизаторов напряжения. Сегодня их заменили электронные системы.

Фильтры сглаживания

Что это такое в электронике дроссель? Это фильтры сглаживания, которые выпрямляют линию пульсации переменного напряжения. В результате обеспечивается стабильность работы электронной аппаратуры. Такой фильтр выглядит в виде бочонка на USB-кабеле. Внутри него находится одновитковая катушка. В электронных платах используют дроссели марки r68.

Магнитные усилители (МУ)

Они были включены в систему управления электромоторов. Магнитная индукция в сердечнике насыщалась намагничиванием стали сердечника. В пускателе использовалось сразу несколько обмоток. Сегодня вместо магнитных пускателей применяют тиристорные системы.

Схема магнитного пускателя

Резонансные контуры

Резонансную схему применяют в тюнерах. Индуктивная катушка параллельно с конденсатором объединена в единую систему, что составляет резонансный контур. Схема обеспечивает малое сопротивление с фиксированной частотой.

Электронный дроссель в радио,- и компьютерных схемах

Катушки индуктивности типа r68 применяют в монтажных платах с целью выделения токов определённой частоты. Также они исполняют роль защиты, как от внешних, так и внутренних помех частей схемы.

Устройство дросселя и его назначение на примере железнодорожного пути

На некоторых участках железных дорог устанавливаются рельсовые цепи переменного тока. На данных (электрофицированных) участках контактный провод является прямым проводником тока электровозам, а обратным служат рельсовые нити и земля.

В случае, когда ток пропускается по обеим рельсовым нитям, то устраиваемая рельсовая цепь переменного тока называется двухниточной. В этом случае назначением дроссель-трансформатора является пропуск обратного тягового тока в обход изоляционных стыков по каждую сторону. Каждое устройство имеет две обмотки: основную и дополнительную.

Во время движения состава ток протекает по обеим половинам обмотки дроссель-трансформатора, далее токи сталкиваются в средней точке и вновь разветвляются в направлении тяговой подстанции. Правильная установка приборов обеспечивает отсутствие влияние тягового тока на аппаратуру.

Электрический дроссель: принцип действия, назначение, применение

Дроссель (в переводе с немецкого – «сокращать») – это одна из разновидностей катушек индуктивности. Главное предназначение этого элемента электрической схемы – «задерживать» (снижать на определенный период времени) влияние токов определенного диапазона частот. При этом резко изменить силу тока в катушке практически нереально – здесь вступает в силу закон самоиндукции, благодаря которому на выходе формируется дополнительное напряжение.

Дроссель необходим в электрической цепи в том случае, когда необходимо подавить переменную составляющую тока (например, помехи), существенно снизить пульсации в сети, а также ограничить или разделить в соответствии с поставленной задачей различные частотные сигналы (изоляция или развязка).

В электро – и радиотехнике применяется переменный ток в диапазоне от единиц до сотен миллиардов Гц. (1 герц – это одно колебание в секунду).

Условно такие широкие границы подразделяются на несколько участков:

низкие ( звуковые) частоты (20 Гц – 20 кГц);
ультразвуковые частоты (20 – 100 кГц);
высокие и сверхвысокие частоты (от 100 кГц и выше).

Конструктивно низкочастотный дроссель очень напоминает обычный электрический трансформатор, только всего с одной обмоткой.

Последняя представляет собой витки изолированного провода, навитого на стальной сердечник, набранный из изолированных пластин (чтобы избежать возникновение токов Фуко), и обладает большой индуктивностью. Такая катушка характеризуется сильным противодействием любым изменениям тока в цепи: поддерживает его при убывании, и сдерживает при резком нарастании.

Также дроссели широко используются и при реализации различных высокочастотных электрических схем. В данном случае их исполнение может быть одно – или многослойным, при этом часто сердечники (как стальные, так и ферромагнитные) не используются. Иногда в качестве основы для навивки применяют обычные резисторы или пластмассовые каркасы. В диапазоне длинных и средних волн для обеспечения заданных параметров используется также специальная секционная намотка провода.

Главная техническая характеристика дросселя – индуктивность, которая измеряется в генри (Гн), сопротивление постоянному току, допустимое изменение напряжения, номинальный ток подмагничивания, а также добротность.

Последний показатель широко используется при расчетах колебательных контуров.

Применение магнитных сердечников позволяет существенно уменьшить габариты дросселей при тех же заявленных параметрах индуктивности. На высоких частотах используются ферритовые и магнитодиэлектрические составы, позволяющие, благодаря небольшой собственной емкости, использовать их в широком диапазоне.

По своему назначению такой вид катушек индуктивности можно подразделить на следующие виды:

переменного тока. Используются для токоограничения в сети; например, во время пуска электродвигателя или импульсных ИВЭП.
насыщения. Главное область применения – стабилизаторы напряжения.
сглаживающие. Предназначены для ослабления пульсаций уже выпрямленного тока.
магнитные усилители (МУ). Представляют собой катушки индуктивности, сердечник которой подмагничивается за счет постоянного тока. Меняя параметры последнего, можно изменять индуктивное сопротивление.

Существуют также трехфазные дроссели для использования в соответствующих цепях.

Сегодня разнообразные типы дросселей нашли широкое применение для решения разнообразных инженерных задач.

Интересное видео об электрических дросселях смотрите ниже:

Маркировка малогабаритных устройств

Устройства для электронных плат имеют размеры не более 2-3 см. Нанести читаемую маркировку в цифровом или буквенном обозначении практически невозможно. Для этого применяют цветовую маркировку электронных дросселей. Дроссели на схемах изображают в виде спирали с параллельной чертой.

На цилиндрический корпус радиодетали наносят несколько цветных колец. Первые две полосы (слева направо) означают величину индуктивности, измеряемую в мГенри. Третья полоса указывает множитель, на который нужно умножить число индуктивности. Четвёртое кольцо выражает допустимое отклонение в % от номинала. Если его не окажется на корпусе детали, то принято считать допуск в пределах 20%.

Таблица цветовой маркировки

Например, цвета колец расположились в следующем порядке: коричневый, жёлтый, оранжевый и серебристый. Это означает величину индуктивности 14 mH, где допуск отклонения составляет 10%.

Технический прогресс не стоит на месте. С каждым годом появляются новые аналоги устаревших моделей. Разработка новых технологий во всех сферах деятельности человека требует совершенствования радиодеталей, в том числе дросселей.

ПРА электромагнитного типа

Электрическая схема питания ЛЛ с использованием обычной ПРА приведена на рис. 1.

Рис.1. Электрическая схема питания ЛЛ с использованием обычной ПРА

Стартер представляет собой устройство, предназначенное для кратковременного автоматического включения и выключения электроцепи.

Существуют различные конструкции стартеров – тлеющего разряда, тепловые, электронные, электромагнитные. Наиболее распространенными являются стартеры тлеющего разряда, в которых используются биметаллические пластины.

Рис.2. Стартер для запуска люминесцентных ламп

Такие пластины при возникновении в стартере тлеющего разряда нагреваются и замыкают цепь. После замыкания разряд прекращается, электроды остывают и размыкаются. Параметры стартера выбираются таким образом, чтобы напряжение тлеющего разряда было выше рабочего напряжения ЛЛ и ниже минимального сетевого напряжения.

Цены на стартер для люминесцентных ламп

Дроссель представляет собой обычную катушку индуктивности, намотанную на сердечник. Для предотвращения появления в сердечнике вихревых токов он собран из отдельных тонких пластин. Допустимая мощность дросселя должна соответствовать мощности ЛЛ. В противном случае лампа не включится.

Рис.3. Дроссель для люминесцентных ламп

При кратковременном замыкании стартера через электроды ЛЛ проходит большой ток, нагревающий нити этих электродов. и вызывающий термоэлектронную эмиссию. В результате этой эмиссии около электродов образуются электронные облачка, способствующие пробою и появлению разряда.

При размыкании контактов стартера согласно явлению самоиндукции в цепи генерируется мощный импульс напряжения, величина которого пропорциональна индуктивности дросселя. Под действием этого импульса происходит пробой газа и возникает тлеющий разряд, который может перейти в дуговой. Но наличие балансного сопротивления в виде дросселя ограничивает величину протекающего через прибор тока.

Таким образом, дроссель играет двойную роль:

Образуемый дросселем при размыкании стартером электрической цепи высоковольтный импульс напряжения обеспечивает пробой газа и зажигание лампы.
В режиме горения ЛЛ индуктивное сопротивление дросселя обеспечивает поддержание на электродах лампы рабочего напряжения, обеспечивающего тлеющий разряд.

На рис.1 компенсирующий конденсатор С1, включенный на входе схемы питания ЛЛ, предназначен для повышения коэффициента мощности (cos φ ). Для уменьшения влияния радиопомех параллельно контактам стартера включен конденсатор небольшой емкости (С2). Этот конденсатор позволяет также изменить переходный процесс в схеме и увеличить мощность импульса напряжения.

Механический дроссель

Этот класс устройства имеет два типа: с механическим и электрическим приводом. По своей конструкции они представляют собой заслонку с тем или иным приводом, регулирующую прохождение потока газа или жидкости.

Львиная доля механических дросселей установлена на двигателях внутреннего сгорания между впускным коллектором и воздушным фильтром. Нажатие на педаль акселератора поворачивает дроссельную заслонку и увеличивает поток входящего воздуха. Это приводит к увеличению подачи топливно-воздушной смеси в цилиндры и ускоряет двигатель.

Дроссель (в переводе с немецкого – «сокращать») – это одна из разновидностей катушек индуктивности. Главное предназначение этого элемента

Дроссель необходим в электрической цепи в том случае, когда необходимо подавить переменную составляющую тока (например, помехи), существенно снизить пульсации всети, а также ограничить или разделить в соответствии с поставленной задачей различные частотные сигналы (изоляция или развязка).

В электро – и радиотехнике применяется переменный ток в диапазоне от единиц до сотен миллиардов Гц. (1 герц – это одно колебание в секунду). Условно такие широкие границы подразделяются на несколько участков:

– низкие ( звуковые) частоты (20 Гц – 20 кГц);

– ультразвуковые частоты (20 – 100 кГц);

– высокие и сверхвысокие частоты (от 100 кГц и выше).

Конструктивно низкочастотный дроссель очень напоминает обычный электрическийтрансформатор, только всего с одной обмоткой. Последняя представляет собой витки изолированного провода, навитого на стальной сердечник, набранный из изолированных пластин (чтобы избежать возникновение токов Фуко), и обладает большой индуктивностью. Такая катушка характеризуется сильным противодействием любым изменениям тока в цепи: поддерживает его при убывании, и сдерживает при резком нарастании.

Читать также: Как правильно снимать показания счетчика света

Главная техническая характеристика дросселя – индуктивность,(которая измеряется в генри (Гн), сопротивление постоянному току, допустимое изменение напряжения, номинальный ток подмагничивания, а также добротность. Последний показатель широко используется при расчетах колебательных контуров.

По своему назначению такой вид катушек индуктивности можно подразделить на следующие виды:

– переменного тока. Используются для токоограничения в сети; например, во время пуска электродвигателя или импульсных ИВЭП.

– насыщения. Главное область применения – стабилизаторы напряжения.

– сглаживающие. Предназначены для ослабления пульсаций уже выпрямленного тока.

– магнитные усилители (МУ). Представляют собой катушки индуктивности, сердечник которой подмагничивается за счет постоянного тока. Меняя параметры последнего, можно изменять индуктивное сопротивление.

Существуют также трехфазные дроссели для использования в соответствующих цепях.

Сегодня разнообразные типы дросселей нашли широкое применение для решения разнообразных инженерных задач.

Принцип работы идеального дросселя

Дроссель, как и любой другой элемент электрической цепи, содержит ряд параметров, которые определяются его физическими и конструктивными характеристиками. В зависимости от назначения дросселя одни его характеристики стараются улучшить, а значение других уменьшить. Но, несмотря на характер работы дросселя, его основным параметром является индуктивность, поэтому рассмотрим дроссель, содержащий только один параметр – индуктивность, такой дроссель называется идеальным и он характеризуется следующими допущениями:

— обмотка дросселя не имеет активного сопротивления;

— отсутствует межвитковая ёмкость проводников дросселя;

— магнитное поле в сердечнике однородно, то есть значение индукции и напряженности в различных его точках имеет одинаковое значение.

С учётом таких допущений, представим сердечник, на который намотана катушка.

Идеальный дроссель.

Подадим на катушку переменное напряжение U, в результате по катушке потечёт переменный ток I, создающий в сердечнике переменный магнитный поток Φ. Тогда в соответствии с законом самоиндукции в витках обмотки возникнет ЭДС самоиндукции Е. Так как у нас отсутствует активное сопротивление обмотки идеального дросселя, то ЭДС самоиндукции уравновесит напряжение, вызвавшее электрический ток

В тоже время индуктивность, как коэффициент самоиндукции можно определить по следующему выражению

где ω – количество витков катушки,

S – площадь поперечного сечения сердечника,

B – магнитная индукция,

I – величина электрического тока.

Тогда выражение для ЭДС самоиндукции будет иметь вид

Данное выражение показывает, что ЭДС самоиндукции зависит от конструкции и размеров дросселя, а также от скорости изменения магнитного поля (dB/dt).

Так как в идеальном дросселе отсутствуют активные нагрузки, а только индуктивная составляющая, то активная мощность будет равняться нулю. В индуктивном элементе расходуется только реактивная мощность на создание магнитного поля.

Как работает дроссель.

В цепях переменного тока, для ограничения тока нагрузки, очень часто применяют дроссели — индуктивные сопротивления. Перед обычными резисторами здесь у дросселей имеется серьезные преимущества — значительная экономия электроэнергии и отсутствие сильного нагрева.

Каково устройство дросселя, на чем основан принцип его работы? Устроен дроссель очень просто — это катушка из электрического провода, намотанная на сердечнике из ферромагнитного материала. Приставка ферро, говорит о присутствии железа в его составе (феррум — латинское название железа), в том или ином количестве.

Принцип работы дросселя основан на свойстве, присущем не только катушкам но и вообще, любым проводникам — индуктивности. Это явление легче всего понять, поставив несложный опыт. Для этого требуется собрать простейшую электрическую цепь, состоящую из низковольтного источника постоянного тока (батарейки), маленькой лампочки накаливания, на соответствующее напряжение и достаточно мощного дросселя (можно взять дроссель от лампы ДРЛ-400 ватт). Без дросселя, схема будет работать как обычно — цепь замыкается, лампа загорается. Но если добавить дроссель, подключив его последовательно нагрузке(лампочке), картина несколько изменится. Присмотревшись, можно заметить, что во первых, лампа загорается не сразу, а с некоторой задержкой, во вторых — при размыкании цепи возникает хорошо заметная искра, прежде не наблюдавшаяся. Так происходит потому что, в момент включения ток в цепи возрастает не сразу — этому препятствует дроссель, некоторое время поглощая электроэнергию и запасая ее в виде электромагнитного поля. Эту способность и называют — индуктивностью.

Чем больше величина индуктивности, тем большее количество энергии может запасти дроссель. Еденица величины индуктивности — 1 Генри В момент разрыва цепи запасеная энергия освобождается, причем напряжение при этом может превысить Э.Д.С. используемого источника в десятки раз, а ток направлен в противоположную сторону. Отсюда заметное искрение в месте разрыва. Это явление называется — Э.Д.С. самоиндукции.

Если установить источник переменного тока вместо постоянного, использовав например, понижающий трансформатор, можно обнаружить что та же лампочка, подключенная через дроссель — не горит вовсе. Дроссель оказывает переменному току гораздо большое сопротивление, нежели постояному. Это происходит из за того, что ток в полупериоде, отстает от напряжения.

Графически это выглядит таким образом.

Получается, что действующее напряжение на нагрузке падает во много раз(и ток соответственно), но энергия при этом не теряется — возвращается за счет самоиндукции обратно в цепь. Сопротивление оказываемое индуктивностью переменному току называется — реактивным. Его значение зависит от величины индуктивности и частоты переменного тока. Величина индуктивности в свою очередь, находится в зависимости от количества витков катушки и свойства материала сердечника, называемого — магнитной проницаемостью, а так же его формы.

Магнитная проницаемость — число, показывающее во сколько раз индуктивность катушки больше с сердечником из данного материала, нежели без него(в идеале — в вакууме.) Т. е — магнитная проницаемость вакуума принята за еденицу.

В радиочастотных катушках малой индуктивности, для точной подстройки применяются сердечники стержеобразной формы. Материалами для них могут являться ферриты с относительно небольшой магнитной проницаемостью, иногда немагнитные материалы с проницаемостью меньше 1. В электромагнитах реле — сердечники подковоообразной и цилиндрической формы из специальных сталей.

Для намотки дросселей и трансформаторов используют замкнутые сердечники — магнитопроводы Ш — образной и тороидальной формы. Материалом на частотах до 1000 гц служит специальная сталь, выше 1000 гц — различные ферросплавы. Магнитопроводы набираются из отдельных пластин, покрытых лаком.

У катушки, намотанной на сердечник, кроме реактивного(Xl) имеется и активное сопротивление(R). Таким образом, полное сопротивление катушки индуктивности равно сумме активной и реактивной составляющих.

Маркировка и обозначения

В принципиальных схемах и технической документации дроссели обозначаются латинской буквой L, условное графическое обозначение — в виде полуокружностей. Их количество нигде не указывается, но обычно не превышает трёх штук. Жирная точка, ставящаяся в начале полуокружностей, обозначает начало витков. Если индуктивность выполняется на каркасе, сверку изображения чертится прямая линия. Для обозначения номиналов элемента используется код из букв и цифр или цветовая маркировка.

Вам это будет интересно Как сделать трансформатор 220 на 12 вольт своими руками

Цифры указывают на значение индуктивности, а буква — на допуск. Например, код 250 J обозначает индуктивность, равную 25 мкГн с погрешностью в пять процентов. Когда на маркировке стоит только число, то это значит, что допуск составляет 20%. Таким образом, первые две цифры обозначают числовое значение в микрогенри, а третья — множитель. Буква D ставится на высокоточных изделиях, их погрешность не превышает 0,3%.

Цветовая маркировка, в принципе, соответствует буквенно-цифровой, но только наносится в виде цветных полос. Первые две указывают на значения в микрогенри, третья — коэффициент для умножения, а четвёртая — допуск. Индуктивность дросселя, на котором изображены две оранжевые полосы, коричневая и белая, равна 33 мкГ с разрешённым отклонением в 10%.