Alp22.ru

Промышленное строительство
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Дроссель электрический принцип работы

Индуктивность.

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.

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.

Как работает трансформатор.

Рассмотрим работу дросселя собранного на замкнутом магнитопроводе и подключенного в виде нагрузки, к источнику переменного тока. Число витков и магнитная проницаемость сердечника подобраны таким образом, что его реактивное сопротивление велико, ток протекающий в цепи соответственно — нет.

Ток, переодически изменяя свое направление, будет возбуждать в обмотке катушки (назовем ее катушка номер 1) электромагнитное поле, направление которого будет также переодически меняться — перемагничивая сердечник. Если на этот же сердечник поместить дополнительную катушку(назовем ее — номер 2), то под действием переменного электромагнитного поля сердечника, в ней возникнет наведенная переменная Э.Д.С.

Если количество витков обеих катушек совпадает, то значение наведенной Э.Д.С. очень близко к значению напряжения источника питания, поданного на катушку номер 1. Если уменьшить количество витков катушки номер 2 вдвое, то значение наведенной Э.Д.С. уменьшится вдвое, если количество витков наоборот, увеличить — наведенная Э.Д.С. также, возрастет. Получается, что на каждый виток, приходится какая-то определенная часть напряжения.

Обмотку катушки на которую подается напряжение питания (номер 1) называют первичной, а обмотка, с которой трансформированое напряжение снимается — вторичной.

Отношение числа витков вторичной(Np) и первичной (Ns) обмоток равно отношению соответствующих им напряжений — Up(напряжение первичной обмотки) и Us(напряжение вторичной обмотки).

Таким образом, устройство состоящее из замкнутого магнитопровода и двух обмоток в цепи переменного тока можно использовать для изменения питающего напряжения — трансформации. Соответственно, оно так и называется — трансформатор.

Если подключить к вторичной обмотке какую-либо нагрузку, в ней возникнет ток(Is). Это вызовет пропорциональное увеличение тока(Ip) и в первичной обмотке. Будет верным соотношение:

Трансформаторы могут применяться как для преобразовния питающего напряжения, так и для развязки и согласования усилительных каскадов. При работе с трансформаторами необходимо обратить внимание на ряд важных параметров, таких как:
1. Допустимые токи и напряжения для первичной и вторичной обмоток.
2. Максимальную мощность трансформатора — мощность которая может длительное время передаваться через него, не вызывая перегрева обмоток.
3. Диапазон рабочих частот трансформатора.

Параллельный колебательный контур.

Если соединить катушку индуктивности и конденсатор — получится очень интересный элемент радиотехники — колебательный контур. Если зарядить конденсатор или навести в катушке Э.Д.С., используя электромагнитное поле — в контуре начнут происходить следующие процессы: Конденсатор разряжаясь, возбуждает электромагнитное поле в катушке индуктивности. Когда заряд истощается, катушка индуктивности возвращает запасенную энергию обратно в конденсатор, но уже с противоположным знаком, за счет Э.Д.С. самоиндукции. Это будет повторяться снова и снова — в контуре возникнут электромагнитные колебания синусоидальной формы. Частота этих колебаний называется резонансной частотой контура, и зависит от величин емкости конденсатора(С), и индуктивности катушки (L).

Параллельный колебательный контур обладает очень большим сопротивлением на своей резонансной частоте. Это позволяет использовать его для частотной селекции(выделения) в входных цепях радиоаппаратуры и усилителях промежуточной частоты, а так же — в различных схемах задающих генераторов.

Калькулятор расчета индуктивности однослойной катушки.

Использование каких — либо материалов этой страницы, допускается при наличии ссылки на сайт «Электрика это просто».

Зачем нужен электрический дроссель, его принцип работы

Принцип работы электрического дросселя заключается в сдерживании резкого нарастания тока и сглаживании линии падения напряжения. Как работает электрический дроссель, видно на примере люминесцентного светильника. Чтобы газ в колбе не сгорел, а постепенно разогревался, катушка постепенно доводит ток до номинального значения.

Входящий ток «тратит» свою силу на индукцию магнитного поля вокруг катушки. Когда магнитный поток достигнет своего максимума, ток начнёт проходить беспрепятственно через катушку.


Принцип работы дросселя

Важно! Дроссели встречаются во всех электрических схемах. Сглаживание первоначального электрического напряжения защищает радио,- и электрические компоненты от критических перегрузок.

Как понизить напряжение сопротивлением?

Сопротивление ограничивает ток и при его протекании падает напряжение на сопротивление (токоограничивающий резистор). Такой способ позволяет понизить напряжение для питания маломощных устройств с токами потребления в десятки, максимум сотни миллиампер. Примером такого питания можно выделить включение светодиода в сеть постоянного тока 12 (например, бортовая сеть автомобиля до 14.7 Вольт). Тогда, если светодиод рассчитан на питание от 3.3 В, током в 20 мА, нужен резистор R:

Будет интересно➡ Что такое подстроечный резистор: описание устройства и область его применения

R=(14.7-3.3)/0.02)= 570 Ом

Но резисторы отличаются по максимальной рассеиваемой мощности:

Ближайший по номиналу в большую сторону – резистор на 0.25 Вт. Именно рассеиваемая мощность и накладывает ограничение на такой способ питания, обычно мощность резисторов не превышает 5-10 Вт. Получается, что если нужно погасить большое напряжение или запитать таким образом нагрузку мощнее, придется ставить несколько резисторов т.к. мощности одного не хватит и ее можно распределить между несколькими. Способ снижения напряжения резистором работает и в цепях постоянного тока и в цепях переменного тока. Недостаток – выходное напряжение ничем нестабилизировано и при увеличении и снижении тока оно изменяется пропорционально номиналу резистора.

Читайте так же:
Заклепочник для резьбовых заклепок на шуруповерт

Устройство индуктивной катушки

Что такое генератор

Прибор подавляет происходящие в переменном токе пульсации. В электрических цепях проходит электричество разной частоты, поэтому для подавления помех применяют низкочастотные и высокочастотные катушки.

Низкочастотные устройства

Катушки имеют большие размеры. Провод в них намотан вокруг сердечника из трансформаторной стали. В аппаратуре, питание которой обеспечивается мощным напряжением, устанавливают дроссельные блоки низкой частоты. Индуктивные катушки в каскадном исполнении противостоят резким изменениям характеристик тока.

Что такое электрическое дросселирование, знает каждый электрик. На промышленных предприятиях без этого не обходится ни одно электрооборудование.

Высокочастотные элементы

Высокочастотный электронный дроссель гораздо меньше низкочастотного собрата. Катушка может быть выполнена из однослойной или многослойной намотки. Для высокочастотных дросселей применяют ферритовые сердечники или стержни из магнитного диэлектрического материала.

Потери в обмотках

Существуют два принципиально разных вида потерь в дросселях: потери в сердечнике и потери в обмотках. Первые обусловлены вихревыми токами внутри самого сердечника и магнитными свойствами материала — потерями на перемагничивание, отображаемыми в виде петли гистерезиса. Причина потерь в обмотках — это сопротивление самих проводов, обычно медных.

Дроссели, используемые в импульсных силовых приборах, подвержены воздействию ВЧ-пульсаций тока, что может привести к существенному росту эффективного сопротивления обмотки и связанных с ним потерь в медных проводниках. Сопротивление обмотки силовых дросселей включает в себя две составляющие: сопротивление постоянному и переменному току, возникающее в результате действия скин-эффекта и эффекта близости.

Изменение тока в проводе индуцирует магнитный поток, который, в свою очередь, приводит к снижению тока в центральной части провода до очень малых величин. Это ведет к уменьшению эффективного поперечного сечения проводника и увеличению его сопротивления с ростом частоты. Поэтому чем выше частота и ток, тем больше потери мощности. На рабочих частотах той цепи, в которую включен дроссель, сопротивление переменному току может становиться очень большим, часто намного превышающим сопротивление по постоянному току, что ведет к существенному росту потерь в медных проводниках.

Кроме того, в силовых дросселях, оснащенных сердечниками с зазором, магнитное поле в зоне воздушного промежутка создает сильный локальный эффект близости, способный значительно увеличить сопротивление медных проводников по переменному току, а, значит, привести к росту соответствующих потерь и даже выходу дросселя из строя. Все описанные явления влияют на величину потерь мощности в любом электромагнитном устройстве. Взаимосвязь этих явлений значительно усложняет процесс разработки дросселей. Например, один из распространенных способов уменьшения сопротивления по переменному току — применение литцендрата. Однако при этом значительно снижается поперечное сечение проводника, что ведет к резкому росту сопротивления постоянному току.

Рассмотрим другой пример. Для снижения потерь в обмотках при работе в режимах высоких постоянных токов часто применяются дроссели с обмотками из фольги, позволяющие эффективно использовать пространство внутри сердечника. Однако появление даже очень небольшого переменного тока может привести к возникновению в таких обмотках существенных потерь. Все это неприемлемо для большинства современных силовых систем. Многие преобразователи постоянного тока требуют использования дросселей, способных работать в режиме пульсирующих токов с большой постоянной составляющей.

Будет интересно➡ Кварцевые резонаторы — принцип работы и сфера применения

Даже при условии того, что переменная составляющая тока будет всегда намного меньше постоянной составляющей, сопротивление переменному току может стать на порядок больше сопротивления постоянному току. Проблема становится все более острой по мере того, как в современных установках повышается плотность тока и рабочая частота. К счастью, уже найдены способы снижения потерь по переменному току в медных проводниках.

Эти потери существенно уменьшаются при применении однослойных обмоток. При использовании порошковых сердечников без зазора удается значительно ослабить влияние эффекта близости, что также ведет к снижению потерь по переменному току в медных проводниках.

Однако порошковые сердечники, как правило, характеризуются гораздо большими потерями на перемагничивание, чем ферритовые. Поэтому в силовых установках с высоким уровнем пульсаций тока иногда все же предпочитают использовать сердечники с зазором — из-за меньших потерь в них. Или же применяют порошковые сердечники из материала со сравнительно высокой магнитной проницаемостью и зазором, что позволяет использовать преимущества и того, и другого подхода. Но в этих случаях приходится решать проблемы, связанные с краевыми эффектами в зазорах, а также с потерями в медных проводниках, которые могут быть весьма значительными.

Дроссели разной мощности.

Другая работа, проведенная West Coast Magnetics совместно с Thayer School of Engineering, позволила найти способы решения ряда проблем, связанных с применением обмоток из литцендрата в силовых дросселях с сердечниками с зазором. Дело в том, что поле в зоне зазора бывает довольно сильным, что может привести к возникновению локальных потерь в части обмотки, расположенной близко к нему. Было показано, что для заданной геометрии сердечника и каркаса существует оптимальное соотношение параметров обмотки из литцендрата и ее расположения внутри каркаса, позволяющее минимизировать потери в обмотке.

  • ширина и высота окна внутри сердечника;
  • ширина и высота окна каркаса дросселя;
  • амплитуда и частота пульсаций тока;
  • длина зазора;
  • коэффициент заполнения каркаса;
  • диаметр жил литцендрата;
  • длина витка;
  • количество витков.

Материал в тему: все о переменном конденсаторе.

Используя эти данные, программа рассчитывает напряженность поля внутри каркаса, а также идеальное расположение в нем обмотки. Кроме того, программа определяет суммарные потери в обмотке и выбирает количество жил, требуемое для заполнения доступного внутреннего пространства. Для примера рассмотрим дроссель индуктивностью 10,6 мкГн, работающий на частоте 250 кГц со среднеквадратичным значением пульсаций тока 4 А.

В дросселе используется сердечник E19/8/5 с зазором 0,65 мм и обмотка из 13 витков. Для обмотки выбран литцендрат 44 AWG с диаметром жил 0,05 мм. Программа ShapeOpt выдала результат, что при оптимальном суммарном количестве жил (314) полные потери в обмотке дросселя составят 0,28 Вт. На рисунке 3 показано оптимальное расположение обмотки внутри каркаса: зеленым показана область, занимаемая обмоткой, а белым — свободное пространство.

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:

  1. Катушки без сердечников имеют маленькое сопротивление, поэтому они эффективно ограничивают величину тока короткого замыкания. Даже малейшее уменьшение мощности дуги короткого замыкания имеет большое значение.
  2. Во время пуска мощных электродвигателей включаются в работу катушки индуктивности. После набора максимальных оборотов аппаратом катушка отключается пусковым устройством.
  3. 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.

Читайте так же:
Бензопила poulan 2150 инструкция по эксплуатации

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.

Основные характеристики

К основным характеристикам относятся следующие показатели:

  • величина индукции;
  • потеря сопротивления;
  • потери сердечника;
  • потери из-за вихревых токов;
  • паразитная ёмкость;
  • ТКИ (температурный коэффициент индуктивности).

Дополнительная информация. Характеристики катушек индуктивности нужны для расчёта новых моделей устройств. Параметры также используются при проектировании печатных плат.

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.

Проверка исправности

Конструкция дросселя настолько простая, что он очень редко выходит из строя. Но к сожалению, иногда это случается. Самые распространенные неисправности — межвитковое замыкание и обрыв цепи, причинами которых, как правило, являются внешние воздействия (вибрация, намокание, механическое повреждение и т. п. ).

Обрыв цепи диагностировать проще всего: с помощью прозвонки или тестера проверяется цепь между контактами на входе и выходе. Если мультиметр показывает бесконечное сопротивление или на прозвонке индикатор не горит, значит, где-то есть обрыв.

Читать также: Кромочный фрезер makita 3709 отзывы

Замыкание между витками определить при помощи прозвонки не получится. В этом случае необходим прибор, который точно замеряет сопротивление. Используют мультиметр в режиме омметра, замеряют показатели и сравнивают с номинальным значением. При расхождении более 20% однозначно необходима замена дросселя, так как присутствует межвитковое замыкание.

Дроссель — свойства, обозначение, виды, использование

Чтобы понять, как работает схема, необходимо знать не только состав элементов, но и точно представлять, что делает конкретный элемент или их группа. В этой статье будем разбираться с тем, что такое дроссель, как он устроен и работает в различных устройствах и схемах.

Что такое дроссель, внешний вид и устройство

Дроссель — это один из видов катушки индуктивности, представляет собой специальную медную проволоку, намотанную на сердечник. Но не всё так просто, бывают они и без сердечника, называются бескаркасные или воздушные. Внешне некоторые похожи на трансформатор. Отличие в том, что дроссель имеет только одну обмотку, а у трансформатора их две или больше. Если вывода только два, то перед вами точно не трансформатор.

Дроссели без сердечника представляют собой намотанную спиралью проволоку. Как выглядит дроссель в электротехнике разобрались, теперь поговорим о его конструкции.

Что такое дроссель: это намотанная в виде спирали медная проводка с сердечником или без

Что такое дроссель: это намотанная в виде спирали медная проводка с сердечником или без

Как уже говорили, сердечник у дросселя может быть, а может и не быть. Сердечник может быть из токопроводящего материала — металла, а может из магнитного. Наличие или отсутствие сердечника, а также его тип (не только материал, но и форма) влияют на параметры катушки индуктивности.

Элементы без сердечников применяются для отсечения высоких частот, с сердечником чаще применяют для накопления энергии. Есть и ещё один момент: если сравнить дроссели с одинаковыми параметрами с сердечником и без, то те которые его имеют, размером намного меньше. Чем лучше проводимость сердечника, тем меньше идёт проволоки и меньшие размеры имеет элемент.

Схематическое изображение дросселя с магнитным сердечником и без

Схематическое изображение дросселя с магнитным сердечником и без

Несколько слов о проволоке, которую используют для намотки дросселя. Это специальный изолированный провод. Изоляция — тонкий слой диэлектрического лака, он незаметен, но изолирует хорошо. Так что, при самостоятельной намотке катушки, не используйте обычную проволоку, только специальную, покрытую изоляцией.

Дроссель на схеме обозначается графическим изображением полуволны. Если он с магнитным сердечником, добавляется черта. Если требуется какой-то специальный металл это также указывается рядом со схематическим изображением. Также может быть указан диаметр провода (L1).

Свойства, назначение и функции

Теперь разберём, что такое дроссель с точки зрения электрики. Если говорить коротко — это элемент, который сглаживает ток в цепи, что отлично видно на графике. Если подать на него переменный ток, увидим, что напряжение на катушке возрастает постепенно, с некоторой задержкой. После того, как напряжение убрали, в цепи еще какое-то время протекает ток. Это происходит так как поле катушки продолжает «толкать» электроны благодаря запасённой энергии. То есть, на дросселе ток не может появляться и исчезать мгновенно.

Ток на дросселе возрастает плавно и так же плавно снижается. Глядя на эти графики становится понятно что такое дроссель с точки зрения электрических параметров. Это элемент, сглаживающий ток

Ток на дросселе возрастает плавно и так же плавно снижается. Глядя на эти графики становится понятно, что дроссель — это элемент, сглаживающий ток

Это свойство и используют, когда надо ограничить ток, но есть ограничения по нагреву (желательно его избежать). То есть дроссель используют как индуктивное сопротивление, задерживающее или сглаживающее скачки тока. Как и резистор, катушка индуктивности имеет определённое сопротивление, что вызывает падение напряжение и ограничивает ток. Вот только греется намного меньше. Потому его часто используют как индуктивную нагрузку.

У дросселя есть два свойства, которые тоже используют в схемах.

  • так как это подвид катушки индуктивности, то он может запасать заряд;
  • отсекает ток определённой частоты (задерживаемая частота зависит от параметров катушки).

В некоторых устройствах (в люминесцентных лампах) дроссель ставят именно для накопления заряда. Во всякого рода фильтрах его используют для подавления нежелательных частот.

Виды и примеры использования

Чтобы более точно усвоить, что такое дроссель, поговорим о конкретном применении этого элемента в схемах. Его можно увидеть практически в любой схеме. Их ставят, если надо развязать (сделать независимыми друг от друга) участки, работающие на разной частоте. Они сглаживают резкие скачки тока (увеличение и падение), используются для подавления шумов. В некоторых схемах работают как стартовые, способствуя увеличению напряжения в момент старта. В зависимости от назначения, делятся на следующие виды:

  • Сглаживающие. В силу индуктивности, препятствуют резкому повышению или понижению тока.
  • Фильтрующие. Специально подобранные параметры отсекают (подавляют) выбросы на определённых частотах (или в целом диапазоне). Ставят их и на входе статических конденсаторов.
  • Сетевые. Ставят в приборах, питающихся от однофазной сети. Служат для предохранения аппаратуры от перенапряжения.
  • Моторные. Ставят на входе электроприводов, чтобы сгладить пусковые токи.

Практически в любой схеме есть этот элемент

Практически в любой схеме есть этот элемент

Как видите, дроссели в электрике имеют широкое применение. Есть они в любой бытовой аппаратуре, даже в лампах. Не тех, которые работают с лампами накаливания, а тех, которые называют лампами дневного света, а так же в экономках и в светодиодных. Просто там они очень небольшого размера. Если разобрать плеер, проигрыватель, блок питания, — везде можно найти катушку индуктивности.

Дроссель в лампах дневного света

Для работы лампы дневного света необходим пуско-регулирующий аппарат. В более «старом» варианте он состоит из дросселя и стартера. Зачем дроссель в люминесцентной лампе? Он выполняет сразу две задачи:

  • При пуске накапливает заряд, необходимый для розжига лампы (пусковой).
  • Во время работы сглаживает возможные перепады тока, обеспечивая стабильное свечение лампы.

Как подключается дроссель в светильнике дневного света

Как подключается дроссель в светильнике дневного света

В схеме люминесцентной лампы с электромагнитным ПРА, дроссель включается последовательно с лампой, стартер — параллельно. При неисправности одного из элементов или сгорании лампы, она просто не зажигается. Принцип работы этого узла такой. При включении напряжения в 220 В недостаточно для старта лампы. Пока она холодная, имеет очень большое сопротивление и ток течёт через постепенно разогревающиеся катоды лампы, затем через стартер.

В стартере есть биметаллический контакт, который при прохождении тока нагревается, начинает изгибаться. В какой-то момент он касается второго неподвижного контакта, замыкая цепь. Тут в работу вступает дроссель, пока грелся контакт стартера, он накапливал энергию. В момент когда происходит разряд стартера, он выдаёт накопленную энергию, увеличивая напряжение. В момент старта оно может достигать 1000 В. Этот разряд провоцирует разгон электродов, вырывая их из катодов лампы. Высвобождённые электроды начинают движение, ударяются о люминесцентное покрытие лампы, она начинает светиться. Дальше ток протекает не через стартер, а через лампу, так как её сопротивление стало ниже. В этом режиме дроссель работает на сглаживание скачков тока. Как видим, катушка индуктивности работает и как стартовая, и как стабилизирующая.

Зачем нужен дроссель в блоке питания

Как уже говорили, дроссель сглаживает пульсации тока. Если он при этом обладает значительным сопротивлением, параметры можно подобрать так, чтобы подавить определённые частоты.

Дроссель для сглаживания пульсаций

Дроссель для сглаживания пульсаций

Второе назначение дросселя в блоке питания — сглаживание тока. Для этого используют низкочастотные дросселя с сердечниками из магнитной стали. Пластины друг от друга изолированы слоем диэлектрика (могут быть залиты лаком). Это необходимо чтобы избавится от самоиндукции и токов Фуко. Катушки такого типа имеют индуктивность порядка 1 Гн, так что сглаживают любые колебания тока, гасят его выбросы.

Как проверить дроссель мультиметром

Что такое дроссель и для чего его применяют разобрались, теперь ещё стоит научиться определять его работоспособность. Если мультиметр может измерять индуктивность, всё несложно. Просто проводим измерение. Если параметры дросселя нам неизвестны, выставляем самый большой предел измерений. Обычно это несколько сотен Генри. На шакале обозначаются русскими Гн или латинской буквой H.

Установив переключатель мультиметра в нужное положение, щупами касаемся выводов катушки. На экране высвечивается какое-то число. Если цифры малы, переводим переключатель в одно из следующих положений, ориентируясь по предыдущим показателям.

Функция измерения индуктивности есть далеко не во всех мультиметрах

Функция измерения индуктивности есть далеко не во всех мультиметрах

Например, если высветилось 10 мГн, выставляем предел измерения ближайший больший. После этого повторно проводим измерения. В этом случае на экране высветится индуктивность измеряемого дросселя. Имея паспортные данные, можно сравнить реальные показатели с заявленными. Они не должны сильно отличаться. Если разница велика, надо дроссель менять.

Если мультиметр простой, функции измерения индуктивности в нём нет, но есть режим измерения сопротивлений, также можно проверить его работоспособность. Но в данном случае мы будем измерять не индуктивность, а сопротивление. Измерив сопротивление обмотки мы просто сможем понять, работает дроссель или он в обрыве.

Так можно проверить исправность дросселя для ламп дневного света

Так можно проверить исправность дросселя для ламп дневного света

Для прозвонки дросселя тестером переводим переключатель мультиметра в положение измерения сопротивлений. Выставляем предел измерений, лучше выставить нижний,чтобы видеть сопротивление обмотки. Далее щупами прикасаемся к концам обмотки. Должно высветиться какое-то сопротивление. Оно не должно быть бесконечно большим (обрыв) и не должно быть нулевым (короткое). В обоих случаях дроссель нерабочий, все остальные значения — признак работоспособности.

Чтобы убедиться в отсутствии короткого замыкания на витках дросселя, можно перевести мультиметр в режим прозвонки и прикоснуться щупами к выводам. Если звенит — короткое есть, где-то есть пробой, а это значит, что нужен другой дроссель.

Зачем нужен электрический дроссель, его принцип работы

Что такое дроссель

Электрический дроссель — элемент, применяющийся в различных электротехнических приборах и радиоустройствах. Он регулирует силу тока, разделяя при этом или ограничивая электрические сигналы разной частоты, устраняя пульсацию постоянного тока. Посредством прохождения тока по скрученному проводнику образуется магнитное поле, используемое в электро- и радиотехнике.

Принцип работы

Дроссель функционирует по принципу самоиндукции. По внешнему виду напоминает обычную катушку, работающую по типу электрического трансформатора, хотя конструкция состоит лишь из одной обмотки.

Дроссельная катушка имеет ферромагнитные или стальные пластины, изолированные одна от другой для исключения образования токов Фуко, характеризующихся большими помехами. Прибор выполняет функцию сдерживающего барьера при перепадах напряжения в электросети.

Но именно это устройство относится к низкочастотным. Переменный ток, идущий по сетям, характеризуется большим диапазоном колебаний: от 1 до 1 млрд Герц.

Условно они делятся на такие виды:

  1. Низкие частоты (их ещё называют звуковыми) имеют границы колебаний 20−20000 Гц.
  2. Ультразвуковые: от 20 до 100 кГц .
  3. Сверхвысокие: свыше 100 кГц .

У приборов, работающих на высоких частотах, сердечник заменяется каркасами из пластика или резисторами, служащими основой для обмотки медным проводом. В этом случае дроссельный трансформатор оснащён в несколько слоёв или секционной обмоткой.

Дроссель низкочастотный

Главной технической характеристикой дроссельной катушки является индуктивность (принятые единицы измерения — Генри (Гн), сопротивляемая способность постоянному электрическому току (амплитуда колебаний приближается к нулю) изменением напряжения в требуемых пределах, номинальным подмагничиванием тока.

Используя магнитные сердечники, значительно уменьшаются размеры дросселей с теми же существующими значениями индуктивности. Применение ферритовых и магнитоэлектрических составов благодаря их небольшой ёмкости позволяет пользоваться ими при широких диапазонах.

По предназначению такого типа катушки делятся на три вида:

  1. Переменного тока — применяются для ограничения его в сети.
  2. Катушки насыщения — в стабилизаторах напряжения.
  3. Сглаживающие ослабевают пульсацию выравниваемого тока.

Магнитные усилители — дроссели работают с намагничивающимся сердечником под действием постоянного тока. При других его параметрах соответственно меняется индуктивное сопротивление.

Бывают ещё трёхфазные катушки, применяющиеся в определённых цепях. В наше время различные инженерные задачи решаются с использованием разнообразных типов дросселей.

Применение дросселя

Индуктивность нашла широкое применение в большом разнообразии приборов электротехники, автоматики, радиотехники. Дроссели работают в виде различных электрических фильтров, преобразователей электрической энергии, разных типов электромагнитных реле, а также трансформаторов. Если же конденсатор выполняет накопительную функцию электрического заряда, то индуктивность накапливает электромагнитную энергию. Вот зачем нужен дроссель.

Дроссельные катушки

Посредством прохождения электричества по проводу происходит образование постоянного магнитного поля. Это зависит от количества витков: чем их больше на дросселе и больше проходящего через него количества тока, тем сильнее становится магнитное поле элемента. Чтобы увеличить мощность электрического магнита, в прибор следует встраивать ферромагнитный сердечник. Способность дросселя вырабатывать магнитное поле зачастую применяется в электромагнитах, имеющих большую мощность, в различных электромеханических реле, электродвигателях, а также генераторах.

Дроссельная катушка пропускает постоянный электроток с минимальным сопротивлением, но если проходит ток переменной частоты, оказывает большое сопротивление, то есть выступает в роли фильтра. Эта способность, которая называется индуктивностью, применяется для того, чтобы отделить цепь переменной частоты от цепи постоянной частоты тока. Дроссель с наличием стального сердечника применяется в фильтрах блоков питания сетевых выпрямителей, чтобы сглаживать пульсацию переменного тока.

Под воздействием на катушку переменного магнитного поля в ней происходит образование переменного электротока. Это индуктивное свойство применяется в электрических генераторах с постоянным и переменным током.

В них преобразуется механическая энергия в электрическую:

Атомная электростанция

  • гидроэлектростанциями используется энергия падающей воды;
  • генераторы, работающие на жидком топливе, при сжигании бензина или дизеля вырабатывают электричество;
  • тепловые электростанции в качестве топлива используют уголь или же природный газ;
  • в атомных электростанциях механическая энергия получается благодаря нагреву воды.

При прохождении электричества через дроссель вокруг него возникает переменное магнитное поле, оказывающее действие на находящуюся рядом катушку и в ней тоже начинает образовываться переменный электроток.

В этом случае катушка выполняет функции трансформатора, который служит для выравнивания сопротивления нагрузки с внутренними сопротивлениями прибора, вырабатывающего электроэнергию. Трансформаторы применяются во всех отраслях электросвязи, всяческих автоматизированных системах, радиотехнике, различной электронике и т. д.

Электронные аналоги

Обычно индуктивные катушки имеют довольно большие размеры. Для их уменьшения без изменения каких-либо технических характеристик нужно сделать замену индуктивного элемента. Вместо него устанавливается полупроводниковый стабилизатор. Он выполняет функцию транзистора с достаточно высокой мощностью. Так элемент преобразуется в электронный дроссель.

Транзистор полностью компенсирует скачки напряжения в сети, сокращает его пульсацию. Но нужно учесть, что этот элемент выполняет всё-таки полупроводниковую функцию, поэтому в приборах, работающих на высоких частотах, его нерационально применять.

Дроссели маркируют в соответствии с их параметрами, поэтому перепутать тип устройства довольно трудно.

Реферат по теме «Дроссели»

Главной целью данного реферата является ознакомление с дросселями, их классификацией, свойствами и применением.

Соответствует курсу по дисциплине «Электрорадиоматериалы».

Основной задачей реферата являлось дать краткую характеристику дросселям.

Современная радиоэлектроника является мощным средством научно-технического прогресса. Методы и средства радиоэлектроники проникли во все отрасли науки и техники, они находят широкое применение в различных отраслях народного хозяйства, в военном деле, в культуре и в быту. Современная радиоэлектроника – это комплекс областей науки и техники, включающий наряду с радиотехникой и электронной техникой оптоэлектронику, рентгеноэлектронику, гамма – электронику и другие.

ХХ столетие, и особенно его вторая половина, ознаменовалась для радиотехники бурным её развитием как по количеству, так и по качеству и сложности функций, выполняемых радиотехническими системами и средствами. Потребности развивающейся радиотехники способствовали развитию электронной техники, и напротив, появление новых электронных приборов, в особенности сверхвысокочастотных и квантовых электронных приборов: магнетронов и клистронов, ламп бегущей и обратной волны, лазеров, мазеров и др., привело к резкому расширению возможностей радиотехники, к освоению СВЧ – диапазонов электромагнитных волн. Всё шире применяются радиотехнические методы для задач, не связанных с излучением электромагнитных волн. Поэтому понятие «радиотехника» стало заменяться более широким понятием «радиоэлектроника».

1. Общие сведенья

Дросселями называют статические электромагнитные устройства, используемые в электрических цепях в качестве индуктивных сопротивлений

Дроссель электрический — катушка индуктивности, включаемая в электрическую цепь последовательно с нагрузкой для устранения (подавления) или ограничения переменной составляющей тока различной частоты. Реактивное сопротивление

где f — частота; w — циклическая частота; L — индуктивность;

Дроссели обычно имеют сердечник (электротехническая сталь). Применяются преимущественно в электрических фильтрах.

Различают несколько разновидностей дросселей. Основными из них являются дроссели переменного тока, называемые также индуктивными катушками, сглаживающие дроссели электрических фильтров и дроссели насыщения.

Общим для них является то, что дроссель любого типа представляет собой катушку с ферромагнитным сердечником. Дроссели различают по числу обмоток и форме протекающего через них тока. Дроссель переменного тока имеет одну обмотку, обтекаемую переменным током. Сглаживающий дроссель также имеет одну обмотку, но обтекается пульсирующим током. Дроссель насыщения имеет две обмотки, одна из которых обтекается переменным, а вторая постоянным током.

Ниже будут рассматриваться только простые однофазные маломощные дроссели переменного тока (далее –д.).

Д., в зависимости от условий работы аппаратуры для которой они предназначены, могут быть разбиты на 3 группы:

a) Д. для аппаратуры, работающей в обычных условиях (температура , влажность

);

b) Д. для кратковременной работы в условиях, отличных от обычных;

c) Д. для радиоэлектронной аппаратуры, длительно работающей в тяжёлых условиях.

Д. переменного тока обычно делят по следующим признакам:

a) По мощности – маломощные (до 5КВт) и мощные (свыше 5КВт);

b) По частоте – промышленной (50гц), повышенной (400-1000гц), высокой (свыше 1000гц);

c) По конструкции магнитопровода – броневые, стержневые и тороидальные (в броневых сердечник обхватывает обмотку, а в др. – наоборот);

d) По конструкции обмоток – катушечные, галетные и др.;

e) По роду материала сердечника – из электротехнической стали или феррита;

f) По материалу обмотки – из провода или фольги;

g) По конструкции – открытые, открытые; но, влагозащищенные; закрытые;

h) По способу выполнения магнитопровода – с замкнутым ферромагнитным сердечником; с магнитопроводами, имеющими немагнитные зазоры; с разомкнутыми магнитопроводами.

Также д. могут быть подразделены по виду вольт-амперной характеристики (ВАХ): линеаризированные – с зазором в магнитопроводе или с ненасыщенным замкнутым сердечником, и нелинейные – без зазора в насыщенном магнитопроводе или с сильно насыщенным сердечником с зазором.

Дроссель высокой частоты — это катушка индуктивности, включаемая в цепь тока высокой частоты для увеличения ее сопротивления. При этом значение постоянного тока или тока низкой частоты не изменяется. Д. применяются в цепях фильтрации питания усилителей высокой частоты. Для повышения заградительных свойств, дроссель должен обладать значительной по сравнению с контурной катушкой индуктивностью и весьма малой емкостью. Резонансная частота дросселя должна быть гораздо больше частоты выделяемого в контуре рабочего сигнала. В этом случае при индуктивности порядка сотен микрогенри дроссель должен быть эффективен в развязывающих цепях контуров УВЧ (ультравысокой частоты). Конструктивно дроссели высокой частоты выполняют намоткой на любой каркас, например, на основания непроволочных резисторов, в виде однослойных сплошных катушек либо катушек типа «универсаль». Дроссели, выпускаемые промышленностью, намотаны на ферритовые стержни и опрессованы пластмассой, их индуктивность сотни микрогенри -единицы миллигенри.

Низкочастотные дроссели , в большинстве случаев, предназначенные для уменьшения пульсации выпрямленного напряжения в телевизорах, радиоприемниках, передатчиках и других устройствах, входят в состав сглаживающих и низкочастотных LC-фильтров. Сопротивление дросселя постоянному току весьма мало и равно омическому сопротивлению провода обмотки. Сопротивление дросселя переменному току

(где f — частота питающей сети 50 или 400 Гц или пульсаций 100 или 800;

L — индуктивность дросселя в Гн) составляет несколько единиц — десятков кOм и зависит от требуемого уровня допустимых пульсаций.

В управляемых дросселях, наоборот, используется свойство магнитного материала изменять свое сопротивление переменному току при изменении рабочей точки магнитной характеристики.

Все характеристики дросселя обусловливаются свойствами его ферромагнитного сердечника. Вольтамперные характеристики, как уже говорилось выше, при этом могут быть близкими к линейным, а могут быть и существенно нелинейными.

Одной из важнейших характеристик реального дросселя является величина рассеяния магнитного потока. Любой магнитный поток, не замкнутый внутри дросселя, представляет собой потенциальный источник электромагнитных помех. Дроссели бывают экранированными и неэкранированными. Неэкраниро-ванный дроссель может иметь магнитный сердечник или быть намотанным без сердечника. Дроссели без сердечника применяются только на очень высоких частотах вследствие очень малых значений индуктивности, которые можно получить при приемлемых габаритах. Для большинства неэкранированных дросселей требуется магнитный сердечник. Сердечник снижает величину рассеяния магнитного потока, концентрируя большую его часть внутри себя и непосредственно снаружи провода, но всё же существует значительный магнитный поток и за пределами сердечника. На Рис.1 изображены две основные формы, используемые для неэкранированного магнитного сердечника. Сердечник в форме бобины может быть частично экранирован с помощью магнитной втулки, которая закрывает катушку снаружи, но не замыкает магнитный контур. Такие сердечники, а также сердечники, имеющие форму стержня, обычно применяются в неэкранированных дросселях для поверхностного монтажа.

Рисунок 1. Формы неэкранированных магнитных сердечников: бобина с втулкой или стержень

В экранированном дросселе магнитный сердечник должен полностью закрывать обмоточный провод. На Рис.2 изображены конфигурации сердечников, обеспечивающие различные степени экранирования. Сердечник в форме бобины можно также полностью экранировать, установив втулку так, чтобы она полностью закрывала бобину. Такая конфигурация применяется во многих экранированных дросселях для поверхностного монтажа.

Рисунок 2. Различные конфигурации сердечников для экранированных дросселей

Все дроссели имеют паразитную ёмкость, возникающую вследствие близкого расположения соседних витков. Обычно она очень мала (так как дроссель с сердечником имеет небольшое число витков), и на рабочих частотах импульсных источников питания её влиянием можно пренебречь.

В случае, когда через дроссель течёт довольно большой постоянный ток, необходимо учитывать величину сопротивления обмоточного провода. В дросселе для источника питания с выходным током 10 А для требуемых 10. 20 витков может быть использовано 60 см провода. Если выбрать толщину провода №20 по американскому стандарту AWG (American Wire Gauge), его сопротивление будет всего лишь 0.02 Ом, что, казалось бы, совсем немного. Однако на этих 0.02 Ом будет рассеиваться 2 Вт тепла (см. Табл. 8.1). Суммарная площадь поверхности 60 см провода №20 составит всего лишь 15 см2, поэтому он будет довольно сильно нагреваться. Ещё одна проблема состоит в том, что сопротивление 0.02 Ом при токе 10 А создаёт на дросселе падение напряжения 0.2 В. Такое напряжение весьма значительно для большинства источников питания постоянного тока. В Табл. 1 приведён пример зависимости предельно допустимого тока через дроссель от толщины провода и плотности тока. Величина нагрева в этой таблице приведена для однослойных катушек. В многослойных катушках нагрев будет больше.

Некоторые производители сердечников, например Micrometals, для представленных в своих каталогах порошковых сердечников из карбонильного железа сообщают данные о зависимости рабочей температуры от диаметра провода.

Таблица 1. Зависимость предельно допустимого тока от диаметра провода

В стандартных таблицах проводов обычно даётся единственное значение предельно допустимого тока

с взятой за основу плотностью тока 300 А/см 2 для катушек и трансформаторов или 600 А/см 2 для электропроводки. Это единственное значение задаёт отправную точку для лабораторных измерений. Никто из производителей проводов не даёт подробной информации о взаимозависимостях между плотностью тока, предельно допустимым током, нагревом и диаметром провода. Проще всего взять сердечник, намотать на нём катушку и измерить нагрев, пропуская через неё заданный постоянный ток.

Сопротивление провода текущему в катушке переменному току обусловлено в первую очередь скинэффектом. Сопротивление проводника увеличивается с ростом частоты. Граничная частота, при которой в

проводе с круглым сечением имеет место скин-эффект, рассчитывается по формуле f = 124 / d 2

где f измеряется в МГц, a d — в милах (1 мил = 0.025 мм).

Величину сопротивления, обусловленного скин-эффектом выше граничной частоты, можно снизить, используя несколько параллельных проводов, лит-цендрат или плоские проводники. Намотка в несколько

параллельных проводов снижает сопротивление, вызванное скин-эффектом, но дополнительные витки увеличивают величину ёмкости между обмотками. Литцендрат состоит из нескольких проводников, переплетённых таким образом, чтобы минимизировать ёмкость между ними. Литцендрат наиболее эффективен до частоты 500 кГц. На частотах выше 3 МГц он теряет эффективность вследствие влияния ёмкости между жилами. Плоские проводники (ленты или полоски) для дросселей практически не применяются из-за трудностей в получении требуемого числа витков. Кроме того, использование плоских проводников в дросселе существенно повышает его паразитную ёмкость.

В настоящее время существует несколько методов оценки потерь в дросселе, причем, большинство из них могут только качественно оценить потери в дросселе. Для реализации количественной оценки потерь было необходимо большое количество элементов, несколько источников питания. Но, благодаря появлению новой технологической базы, стало возможным использование схем измерения, позволяющих использовать меньшее количество элементов при оценке электрических потерь, возникающих в дросселе при наличии в нем активного сопротивления.

Существуют два принципиально разных вида потерь в дросселях: потери в сердечнике и потери в обмотках. Первые обусловлены вихревыми токами внутри самого сердечника и магнитными свойствами материала — потерями на перемагничивание, отображаемыми в виде петли гистерезиса. Причина потерь в обмотках — это сопротивление самих проводов, обычно медных.

Дроссели, используемые в импульсных силовых приборах, подвержены воздействию ВЧ-пульсаций тока, что может привести к существенному росту эффективного сопротивления обмотки и связанных с ним потерь в медных проводниках. Сопротивление обмотки силовых дросселей включает в себя две составляющие: сопротивление постоянному и переменному току, возникающее в результате действия скин-эффекта и эффекта близости.

Изменение тока в проводе индуцирует магнитный поток, который, в свою очередь, приводит к снижению тока в центральной части провода до очень малых величин. Это ведет к уменьшению эффективного поперечного сечения проводника и увеличению его сопротивления с ростом частоты. Поэтому чем выше частота и ток, тем больше потери мощности.

На рабочих частотах той цепи, в которую включен дроссель, сопротивление переменному току может становиться очень большим, часто намного превышающим сопротивление по постоянному току, что ведет к существенному росту потерь в медных проводниках. Кроме того, в силовых дросселях, оснащенных сердечниками с зазором, магнитное поле в зоне воздушного промежутка создает сильный локальный эффект близости, способный значительно увеличить сопротивление медных проводников по переменному току, а, значит, привести к росту соответствующих потерь и даже выходу дросселя из строя.

Все описанные явления влияют на величину потерь мощности в любом электромагнитном устройстве. Взаимосвязь этих явлений значительно усложняет процесс разработки дросселей. Например, один из распространенных способов уменьшения сопротивления по переменному току — применение литцендрата. Однако при этом значительно снижается поперечное сечение проводника, что ведет к резкому росту сопротивления постоянному току.

Рассмотрим другой пример. Для снижения потерь в обмотках при работе в режимах высоких постоянных токов часто применяются дроссели с обмотками из фольги, позволяющие эффективно использовать пространство внутри сердечника. Однако появление даже очень небольшого переменного тока может привести к возникновению в таких обмотках существенных потерь. Все это неприемлемо для большинства современных силовых систем. Многие преобразователи постоянного тока требуют использования дросселей, способных работать в режиме пульсирующих токов с большой постоянной составляющей. Даже при условии того, что переменная составляющая тока будет всегда намного меньше постоянной составляющей, сопротивление переменному току может стать на порядок больше сопротивления постоянному току. Проблема становится все более острой по мере того, как в современных установках повышается плотность тока и рабочая частота.

К счастью, уже найдены способы снижения потерь по переменному току в медных проводниках. Например, эти потери существенно уменьшаются при применении однослойных обмоток. При использовании порошковых сердечников без зазора удается значительно ослабить влияние эффекта близости, что также ведет к снижению потерь по переменному току в медных проводниках.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector