Дроссель в электронике


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:

  1. низкие ( звуковые) частоты (20 Гц – 20 кГц);
  2. ультразвуковые частоты (20 – 100 кГц);
  3. 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:

pue8.ru

Что такое дроссель и для чего он нужен?

В этой статье мы расскажем читателям энциклопедии домашнего мастера что такое дроссель и для чего он нужен. Drossel — это немецкое слово, которое обозначает сглаживание. Конкретно будем говорить об электрическом дросселе. Сейчас трудно найти электрическую схему в которой нет данного устройства, которое даже в цифровой век широко используется в технике. Он нужен для регулирования либо отсекания, в зависимости от назначения — сглаживать резкие скачки тока или отсекать электрические сигналы другой частоты, постоянный ток отделять от переменного.

Конструкция и принцип работы

Прежде всего поговорим о том, из чего состоит данный элемент цепи и как он работает. На схемах обозначение дросселя следующее:

Внешний вид изделия может быть таким, как на фото:

Это катушка из провода намотанного на сердечник с магнитопроводом, или без корпуса в случае высоких частот. Похож на трансформатор только с одной обмоткой. Краткий экскурс в физику, ток в катушке не может мгновенно измениться. Проведем мысленный эксперимент — у нас есть источник переменного тока, осциллограф, дроссель.

Во время начала полу волны мы наблюдаем нарастание тока с запозданием, это вызвано индуцированием магнитного потока в сердечнике. Происходит постепенное нарастание тока в обмотках, когда с источника переменного тока сигнал уходит на спад, мы наблюдаем спад тока в дросселе, опять же с некоторым опозданием, поскольку магнитное поле в магнитопроводе продолжает толкать ток в катушке и не может быстро изменить свое направление. Получается в какой-то момент ток из внешнего источника противодействует току, наведенному магнитопроводом дросселя. В цепях переменного тока назначение дросселя — выступать ограничителем или индуктивным сопротивлением.

Для постоянного тока данный элемент схемы не является сопротивлением или регулирующим элементом. Этот эффект используют для устройств, в электрических цепях, где нужно ограничить ток до нужной величины, при этом избежать излишней громоздкости и выделения тепла.

Интересное пояснение по данному вопросу вы также можете просмотреть на видео:

Наглядное сравнение, объясняющее принцип работы Теоретическая часть вопроса

Область применения

Дроссель предназначен для того, чтобы сделать нашу жизнь светлее. Конкретно в люминесцентных лампах он ограничивает ток через колбу, до нужной величины, избегая его чрезмерное увеличение через лампу.

Люминесцентный светильник в основном состоит из дросселя, стартера, люминесцентной лампы. В двух словах описание работы люминесцентного светильника происходит так:

Из сети ток через дроссель проходит на одну из нитей накала люминесцентной лампы, далее попадает на стартерное устройство, далее на вторую нить накала и уходит в сеть. В стартерном устройстве пластина из биметалла нагревается тлеющим разрядом газа, выпрямляется под действием тепла и замыкает цепь. В этот момент начинают работать нити накала, на концах лампочки, разогревая пары ртути в колбе люминесцентной лампы. Через короткий промежуток времени, пластина в стартере остывает и возвращается в исходное положение. Во время разрыва цепи происходит резкий всплеск напряжения в дросселе, происходит пробой газа в колбе люминесцентной лампы, и возникает тлеющий разряд, лампочка начинает светить, работающая лампа шунтирует стартер, выключая его из цепи более низким сопротивлением.

В электронных схемах современных экономических люминесцентных ламп тоже есть рассматриваемый в статье элемент, но из-за более высоких частот он имеет миниатюрные размеры. А принцип работы и назначение остались те же.

Также дроссель обязательный элемент в схемах ламп ДРЛ, натриевых ламп ДНАТ, металлогалогеновых лампочек CDM.

В импульсных блоках питания в схемах преобразователях назначение дросселя — блокировать резкие всплески от трансформатора, пропуская сглаженное напряжение. Грубо говоря в этом случае он играет роль фильтра.

В электрических сетях они также устанавливаются, но называются реакторами. Назначение дугогасительного реактора — предотвращать появление самостоятельной дуги во время однофазного короткого замыкания на землю, также как и прочих реакторов, которые так или иначе регулируют или же ограничивают величину тока через них, специально или в случае нештатной ситуации.

С помощью дросселя можно улучшить дешевый или самодельный сварочный аппарат, установив его во вторичную цепь. Сварочный трансформатор собранный с дросселем будет варить не хуже фирменных аппаратов, дуга станет ровной и не будет рваться, шов будет равномерно залит.

Поджог дуги станет происходить намного легче и просадка сетевого напряжения будет меньше влиять на появление и горение дуги. Даже неспециалист сможет быстро достичь хороших результатов в сварке, делая всевозможные поделки у себя дома.

Вот мы и рассмотрели устройство дросселя, принцип работы и назначение. Надеемся, что теперь вы полностью разобрались, для чего нужен данный элемент схемы!

Будет интересно прочитать:

samelectrik.ru

Что такое дроссель

Главная > Теория > Что такое дроссель

В электрических схемах среди других деталей используются катушки, намотанные изолированным проводом. В этой статье рассказывается, что такое дроссель, или катушка индуктивности, а также, как работает дроссель.

Интересно. Так называют также заслонку карбюратора автомобиля, но к электрическому дросселю она не имеет отношения.

Принцип действия

Катушка индуктивности обладает сопротивлением переменному току, причем, чем выше частота тока, тем выше сопротивление.

Ток, текущий через обмотку, вследствие законов Ленца и электромагнитной самоиндукции, не может измениться мгновенно. Это основной принцип работы дросселя. Чем выше скорость изменения тока, тем выше ЭДС, наводимая в катушке. При разрыве цепи с мгновенным исчезновением тока, идущего через обмотку, ЭДС стремиться к бесконечности. На практике напряжение на разрыве цепи или концах катушки достигает нескольких киловольт, что может привести к пробою изоляции или выгоранию контактов.

На этом принципе основана работа автомобильного зажигания.

Ток и напряжение

Изменение величины переменного напряжения на экране осциллографа выглядит как синусоида. Если оно не строго синусоидальной формы, то его можно разложить на сумму синусоидальных колебаний различной частоты. При росте напряжения происходит индуцирование тока в обмотке, поэтому он отстаёт от напряжения. Во второй фазе при уменьшении напряжения он также уменьшается с опозданием. Это связано с наличием магнитного поля, согласно закону самоиндукции, противодействующему изменениям тока, текущего через обмотку. Отставание тока от напряжения можно увидеть на экране двулучевого осциллографа. Таким образом, индуктивность оказывает сопротивление переменному току, причём тем выше, чем выше его частота.

Ток отстаёт от напряжения

В отличие от обычного резистора, имеющего активное сопротивление и выделяющего при работе тепло, катушка индуктивности имеет индуктивное сопротивление. Избыточная энергия превращается в ЭДС самоиндукции, направленной встречно приложенному напряжению.

Для увеличения магнитного потока и индуктивности обмотки её наматывают на сердечнике разной формы из различных материалов.

Устройство катушки индуктивности

Дроссель – это катушка, имеющая некоторое количество витков из изолированного провода. Изоляция необходима, чтобы ток шёл по всему проводу последовательно, создавая при этом магнитное поле.

Обмотка может быть намотана на магнитопроводе или без него. Это зависит от назначения устройства. Его форма может быть квадратной, Ш-образной или тороидальной. Материал зависит от частоты напряжения. Работающее устройство иногда издаёт гул с частотой напряжения питания.

На электронных платах такие элементы имеют корпус SMD. Так же устроен элемент R68.

Низкочастотные устройства

Обмотки этих приборов наматываются на сердечник, собранный из пластин, изготовленных из трансформаторной стали. Пластины покрываются лаком для изоляции друг от друга. Переменное магнитное поле наводит ЭДС в магнитопроводе, из-за чего потери на нагрев становятся неоправданно большими. Для того чтобы их уменьшить, голые пластины, а также сердечник из цельного металла не используются.

Внешне такое устройство похоже на трансформатор. Обмотка может быть намотана совсем без сердечника. Такие приборы используются для ограничения тока короткого замыкания.

Высокочастотные элементы

Катушки, предназначенные для работы в сетях высокой частоты, мотаются на стальные ферритовые сердечники, а также совсем без них.

Намотка встречаются однослойная и многослойная, одно,- и многосекционная. Внешне могут быть похожи на трансформатор, резистор или конденсатор с соответствующей маркировкой. Например, так выглядит элемент R68.

Применение катушки индуктивности

Так для чего нужен электрический дроссель? Зачем он применяется? Используются такие устройства в самых разных местах.

Токоограничивающие приборы

В катушках индуктивности избыточная энергия превращается в ЭДС. Поэтому, в отличие от обычных резисторов, они меньше по размеру и не требуют охлаждения. Их используют:

  • Для ограничения тока короткого замыкания – наматываются без сердечника. Их индуктивное сопротивление невелико, однако при КЗ каждая десятая часть Ома имеет значение для увеличения токоограничивающего эффекта;
  • Для запуска электродвигателей большой мощности, где подключаются на время пуска. После запуска закорачиваются специальным пускателем;
  • В лампах ДРЛ, ДНаТ (дуговых натриевых трубчатых) и пусковой аппаратуре люминесцентных ламп. Дроссель днат должен соответствовать по мощности лампе. Вместо дросселя в лампе ДРЛ 250 или ДРЛ 400 может использоваться встроенное сопротивление.

Дросселя для люминесцентных ламп

Интересно. Сейчас вместо старой пусковой аппаратуры люминесцентные лампы включаются через электронный дроссель. Вместо него можно использовать электронный дроссель от сгоревшей энергосберегающей лампы такой же или большей мощности.

Катушки насыщения

При росте тока, протекающего через обмотки, магнитопровод насыщается магнитным полем, и свыше определённой величины сопротивление не растёт. Раньше использовались в стабилизаторах напряжения. Сейчас в этом нет необходимости – используются электронные схемы.

Сглаживающие фильтры

Предназначены для устранения пульсаций выпрямленного переменного напряжения. Использовались в транзисторных блоках питания и сварочных трансформаторах. Сегодня вместо катушки блоки питания используют электронные схемы. Их называют «электронный дроссель». Используется электронный дроссель аналогично обычному.

«Бочонок» на USB-кабеле – это тоже катушка с ферритовым сердечником и одним витком обмотки.

В электронных схемах для этих целей используются малогабаритные элементы, например, R68.

Магнитные усилители (МУ)

До появления тиристорных систем управления электродвигателями использовались магнитные усилители – МУ. В них сердечник из трансформаторной стали намагничивался постоянным током дополнительной обмоткой. Таких обмоток могло быть несколько. Это приводило к насыщению железа магнитным полем, изменению индуктивного сопротивления и тока в основной обмотке.

После появления тиристоров такие устройства вышли из применения.

Резонансный контур

При включении катушки индуктивности параллельно с конденсатором получившаяся цепь будет иметь минимальное сопротивление на определённой частоте. Такие схемы используются в радиоприёмниках.

Элементы электронных схем и компьютерных плат

На платах катушки индуктивности, такие, как R68, используются для выделения сигналов определённой частоты, защите от помех и отделении частей схемы друг от друга.

Маркировка малогабаритных устройств

Что такое мини катушка Тесла

На деталях небольшого размера, используемых в электронной технике, недостаточно места для нанесения надписей, указывающих номинальные характеристики устройства. Поэтому используется специальная цветовая маркировка дросселей. По этой кодировке при помощи онлайн-калькуляторов можно узнать параметры элемента.

Цветовая кодировка состоит из 3 или 4 колец, нанесённых на корпус. По первым двум кольцам видна индуктивность элемента в миллигенри, следующее – показывает множитель, на который необходимо умножить первое число, а четвёртое – допустимое отклонение реальной индуктивности от номинала. Если колец всего три, то отклонение составляет 20%. Первое кольцо обычно шире остальных.

Цветовая маркировка дросселей

Например, на корпусе следующие полосы:

  1. коричневый – 1;
  2. жёлтый – 4;
  3. оранжевый – 1mH;
  4. серебряный – допуск 10%.

Таким образом, номинал этого элемента составляет 14 mH с допуском 10%.

Катушка индуктивности как электрический прибор и принцип её действия известны много десятков лет. Но без устройств разных типов и номиналов, использующихся в самых разных местах, невозможно существование ни электротехники, ни электроники, в том числе компьютерной техники.

Видео

elquanta.ru

Электрический дроссель: зачем нужен прибор, принцип работы элемента и область применения

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
  • Применение дросселя
  • Электронные аналоги

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.

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.

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:

  • 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.

220v.guru


Смотрите также