Что такое дроссель в электрике и для чего он нужен
Что такое дроссель
Дроссель – это катушка индуктивности, которая обладает большим сопротивлением по отношению к переменному току. В схеме постоянного тока дроссель оказывает гораздо меньшее сопротивление. Название электрического компонента имеет немецкое происхождение – Drossel, что означает сглаживание, торможение.
Конструкция
Принципиальная схема дросселя представляет собой намотанный провод на ферромагнитный сердечник. Отсюда становится понятно, что такое дроссель. Электроэлемент напоминает трансформатор, но имеет одну обмотку.
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.
Важно! Дроссели встречаются во всех электрических схемах. Сглаживание первоначального электрического напряжения защищает радио,- и электрические компоненты от критических перегрузок.
Устройство индуктивной катушки
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.
Область применения
Катушки индуктивности используют, как:
Токоограничители
Для чего нужны дроссели в качестве токоограничителей, можно узнать из следующего списка:
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.
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:
Дополнительная информация. Характеристики катушек индуктивности нужны для расчёта новых моделей устройств. Параметры также используются при проектировании печатных плат.
Разновидности дросселей
Их различают по назначению и способу установки. Однофазные катушки индуктивности используют в лампах дневного света, питающихся от сети 220 в. Трёхфазные устройства работают в схемах питания напряжением 380 вольт для дуговых ртутных ламп и дуговых натриевых трубок.
Встраиваемые модели монтируют в корпусе прибора. В этом случае устройства защищены от пыли и влаги. В закрытом виде устройства помещены в специальных коробах.
Электронные аналоги
На смену индукционным катушкам в их традиционном исполнении пришли полупроводниковые радиодетали: транзисторы, тиристоры.
Следует заметить. Для высокочастотных приборов транзисторы не используют.
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%.
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.
Видео
Принцип работы дросселя
Катушка индуктивности – устройство, основным компонентом которого является проводник скрученный в кольца или обвивающий сердечник.
При прохождении тока, вокруг скрученного проводника (катушки), образуется магнитное поле (она может концентрировать переменное магнитное поле), что и используется в радио- и электротехнике.
К точной и компьютерной технике технике больше близок дроссель (Drossel, регулятор, ограничитель), так как он чаще всего применяется в цепях питания процессоров, видеокарт, материнских плат, блоков питания.
В последнее время применяются индукторы закрытые в корпуса из металлического сплава для уменьшения наводок, излучения, шумов и высокочастотного свиста при работе катушки.
Дроссель служит для уменьшения пульсаций напряжения, сглаживания или фильтрации частотной составляющей тока и устранения переменной составляющей тока. Сопротивление дросселя увеличивается с увеличением частоты, а для постоянного тока сопротивление очень мало. Характеристики дросселя получаются от толщины проводника, количества витков, сопротивления проводника, наличия или отсутствия сердечника и материала, из которого сердечник сделан. Особенно эффективными считаются дроссели с ферритовыми сердечниками (а также из альсифера, карбонильного железа, магнетита) с большой магнитной проницаемостью.
Используется в выпрямителях, сетевых фильтрах, радиотехнике, питающих фазах высокоточной аппаратуры и другой технике требующей стабильного и «правильного» питания. Многослойная катушка может выступать и в качестве простейшего конденсатора, так как имеет собственную ёмкость. Правда, от данного эффекта пытаются больше избавиться, чем его усиливать и он считается паразитным.
Как работает дроссель
Устройство дросселя
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).
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.
Как работает трансформатор
Для чего нужен дроссель
Дроссель используется вместо последовательного резистора, потому что обеспечивает лучшую фильтрацию (меньше остаточной пульсации переменного тока на источнике питания, что означает меньшее гудение на выходе усилителя) и меньшее падение напряжения. «Идеальный» индуктор будет иметь нулевое сопротивление постоянному току.
При использовании резистора большего размера, вы быстро достигаете точки, где падение напряжения возрастает до пиковых величин, и, кроме того, «провал» питания становится значительным, потому что разность токов между полной выходной мощностью и холостым ходом может быть немалой, особенно в усилителе класса AB.
Существует две распространенные конфигурации источника питания: конденсаторный вход и дроссельный вход.
Входной фильтр конденсатора не обязательно должен иметь дроссель, но для дополнительной фильтрации тот необходим. Источник питания дросселя по определению обязан оснащаться дросселем.
Источник питания с дросселем
На входе конденсатора будет конденсатор фильтра, следующий непосредственно за выпрямителем. Тогда он может иметь или не иметь второго фильтра, состоящего из последовательного резистора или дросселя, за которым следует другой конденсатор. Сеть «колпачок – индуктор – колпачок» обычно называется сетью «пи-фильтр». Преимущество входного фильтра конденсатора заключается в более высоком выходном напряжении, но он имеет более низкое регулирование напряжения, чем входной фильтр дросселя.
Источник питания дросселя будет иметь дроссель, следующий сразу за выпрямителем. Основное преимущество входного питания дросселя – лучшее регулирование напряжения, но за счет гораздо более низкого выходного напряжения. Входной фильтр дросселя должен иметь определенный минимальный ток, протекающий через него для поддержания регулирования.
Дроссель в собранном приборе
Пример:
Разница напряжений между двумя типами фильтров может быть довольно большой. Например, предположим, что у вас есть трансформатор 300-0-300 и двухполупериодный выпрямитель.
Если вы используете конденсаторный входной фильтр, вы получите максимальное напряжение постоянного тока без нагрузки в 424 вольт, которое снизится до напряжения, зависящего от тока нагрузки и сопротивления вторичных обмоток.
Если вы используете тот же трансформатор с входным фильтром дросселя, пиковое выходное напряжение постоянного тока будет составлять 270 В и будет гораздо более строго регулироваться, чем входной фильтр конденсатора (меньше перемен напряжения питания с изменениями тока нагрузки).
Как обозначается дроссель на схеме
Условные обозначения:
Условное графическое обозначение дросселей
Из чего состоит дроссель
Есть схожесть с трансформатором, но слой обмотки всего один. Такая конструкция помогает стабилизировать сеть, а также исключить шанс резкого скачка напряжения.
Как подключить дроссель
Схема подключения очень простая и представляет собой цепь последовательно соединённого дросселя и самого устройства ДРЛ 250. Подключение идёт через сеть 220 вольт и работает при обычной частоте. Поэтому их без труда можно поставить в домашнюю сеть. Дроссель работает как стабилизатор и корректировщик напряжения.
Схема подключения дросселя
Как отличить резистор от дросселя
По внешнему виду: от резисторов отличаются обычно толщиной (дроссели толще), от конденсаторов – неправильной формой «капельки».
Более точный способ – сопротивление. У дросселя оно почти нулевое.
Дроссели в электрике: что это и где используются?
Чтобы зажечь лампу, натриевую или люминесцентную, необходимо выровнять ток. При включении в сеть лампы, для выполнения этой функции используется дроссель. Он является в данном случае пускорегулирующей аппаратурой. Это устройство необходимо чтобы лампа загорелась. Без данного элемента лампа не может быть запущена. Лампа в обычном режиме может разогреваться на протяжении пяти минут, а иногда и больше. Пусковой ток, которые выдает дроссель может быть значительно больше рабочего напряжения.
Вообще есть два типа дросселей – с одной и двумя обмотками. Однообмоточный также называется ДНаТ. В статье будут рассмотрены все аспекты работы дросселей, как они действуют и какие функции выполняет. В заключении читатель найдет интересный материал на данную тему и видеоролик, который поможет детальнее разобраться в работе дросселей.
Дроссель ДНаТ разновидности и способы подключения
Для того, чтобы обеспечить зажигание и выравнивание тока натриевых ламп, как высокого, так и низкого давления, при включении осветительных приборов в сеть, применяется дроссель днат, к которым относятся пускорегулирующая аппаратура и балласты.Это основные устройства, без которых применение натриевых ламп является не то, чтобы нецелесообразным, а попросту бессмысленным. Помимо пускорегулирующего аппарата, необходимо приобрести также импульсное зажигающее устройство, сокращенно ИЗУ, которое позволяет разогреть лампу, при этом используется импульс, который позволяет получить разряд в газовой смеси.
В настоящее время двухобмоточные дроссели считаются морально устаревшими, поэтому применяются достаточно редко. Пускорегулирующий аппарат можно приобрети как отечественного производства, так и зарубежного, данное утверждение касается и импульсного зажигающего устройства. Главное условие, заключается в том, что мощность дросселя и ИЗУ должна соответствовать мощности натриевой лампы.
Отметим тот факт, что импульсное зажигающее устройство (ИЗУ) может быть двух видов. К первому виду относятся ИЗУ двухпроводные, ко второму виду относятся ИЗУ с тремя проводами. Соответственно, трех проводные устройства надежнее, но при этом цена на них дороже, поэтому вопрос упирается в экономическую целесообразность приобретения изделия. Следующим термином, который относится к такому понятию, как дроссель днат, является балласт. Балластом принято называть пускорегулирующий аппарат и импульсное запускающее устройство, которые имеют металлический корпус.
Существуют и открытые пра. Вопрос выбора открытого или закрытого устройства, зависит от предпочтений отдельно взятого электрика. К достоинства пра в металлическом корпусе отнесем более низкую рабочую температуру, гарантии производителя относительно сборки изделия, и более простую схему монтажа в осветительных приборах. Остановимся на схеме подключения днат. Итак, основное условие, это соответствие мощности дросселя, мощности лампы. Например, если у вас дроссель днат 600, то и натриевая лампа должна быть 600. Правило простое, но если его не соблюдать, то период эксплуатации осветительного прибора значительно снизится, и светоотдача упадет до критической отметки.
Причем, для соединений необходимо применять медный провод, моножильный или многожильный, сечением 0,75х1,5, хотя также вопрос на любителя, можно взять провод и большего сечения, так сказать, с запасом. Уделите внимание вопросу приобретения сетевого шнура, он также должен выдерживать большие нагрузки, сечение должно быть порядка 1,5 – 2,5 мм, даже если дроссель для днат 150. Примерные параметры дросселей приведены в таблице ниже.
Следующий момент, на который обращаем внимание, это необходимость установки предохранителя. Многие будут утверждать, что это лишняя трата денег, но это высказывание не соответствует истине. Предохранитель, как верный страж, спасет при пробое балласта, когда возможны различные неприятности, которые могут закончиться либо взрывом лампы, пожаром или банальным выбиванием пробок, если у вас не прикручены жучки. Автомат лучше всего приобретать двухполюсной, так более удобно, чтобы не заморачиваться, как необходимо вставить вилку в розетку.
Причем к выбору автоматов необходимо подойти со всей степенью серьезности. Как, впрочем, и к покупке других деталей, таких как дроссель днат 250, пускорегулирующая аппаратура или импульсное зажигающее устройство. Поэтому, необходимо покупать комплектующие исключительно в торговых точках, которые не занимаются продажей бракованного неликвида.
При этом лучше переплатить и купить нормальный автомат или дроссель, чем недоплатить и купить ПРА для ДНаТ произведенное китайской промышленностью. Чтобы потом не получилось, как в русской пословице: скупой платит дважды. Схемы подключения всех обозначенных в статье устройств, в каждом конкретном случае разные, поэтому необходимо воспользоваться услугами профессионального электрика, который выполнит работу качественно.
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.
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.
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.
Обмотки из литцендрата
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.
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.
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:
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.
Как понизить переменное напряжение дросселем или конденсатором?
Если речь вести только о переменном токе, то можно использовать реактивное сопротивление. Реактивное сопротивление есть только в цепях переменного тока, это связно с особенностями накопления энергии в конденсаторах и катушках индуктивности и законами коммутации. Дроссель и конденсатор в переменном токе могут быть использованы в роли балластного сопротивления. Реактивное сопротивление конденсатора зависит от его емкости (чем меньше С, тем больше сопротивление) и частоты тока в цепи (чем больше частота, тем меньше сопротивление).
Пример использования индуктивного сопротивление – это питание люминесцентных ламп освещения, ДРЛ ламп и ДНаТ. Дроссель ограничивает ток через лампу, в ЛЛ и ДНаТ лампах он используется в паре со стартером или импульсным зажигающем устройством (пусковое реле) для формирования всплеска высокого напряжения включающего лампу. Это связано с природой и принципом работы таких светильников. А конденсатор используют для питания маломощных устройств, его устанавливают последовательно с питаемой цепью. Такой блок питания называется “бестрансфоматорный блок питания с балластным (гасящим) конденсатором”.
Очень часто встречают в качестве ограничителя тока заряда аккумуляторов (например, свинцовых) в носимых фонарях и маломощных радиоприемниках. Недостатки такой схемы очевидны – нет контроля уровня заряда аккумулятора, их выкипание, недозаряд, нестабильность напряжения.
Заключение
Более подробно о том, что такое дроссель и зачем он нужен, можно узнать прочитав статью дроссели. Если у вас остались вопросы, можно задать их в комментариях на сайте. Также в нашей группе ВК можно задавать вопросы и получать на них подробные ответы от профессионалов.