Электрический дроссель: принцип действия, назначение, применение

Дроссель электрический: сферы применения, устройство и электронные аналоги. Разновидности электрических дросселей по их назначению. Технические характеристики и примеры применения электрических дросселей.

Катушка индуктивности, дроссель – принцип работы

Катушка индуктивности, дроссель. - фото 1

  • Катушка индуктивности, дроссель – принцип работы
  • Как работает дроссель
  • Устройство дросселя
  • Как работает трансформатор
  • Для чего нужен дроссель
  • Как обозначается дроссель на схеме
  • Из чего состоит дроссель
  • Как подключить дроссель
  • Как отличить резистор от 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.

Что такое дроссель, его применение и принцип работы - изображение 2

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 в электрике - фотография 3

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.

Как работает дроссель - изображение 5

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

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.

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

Принцип работы дросселя

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

Устройство дросселя

Устроен дроссель очень просто – это катушка из электрического провода, намотанная на сердечнике из ферромагнитного материала. Приставка ферро, говорит о присутствии железа в его составе (феррум – латинское название железа), в том или ином количестве.

Принцип работы дросселя основан на свойстве, присущем не только катушкам но и вообще, любым проводникам – индуктивности.

Это явление легче всего понять, поставив несложный опыт.

Для этого требуется собрать простейшую электрическую цепь, состоящую из низковольтного источника постоянного тока (батарейки), маленькой лампочки накаливания, на соответствующее напряжение и достаточно мощного дросселя (можно взять дроссель от лампы ДРЛ-400 ватт).

Как измерить индуктивность дросселя мультиметром - фото 6

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.

Как обозначается дроссель на схеме - фотография 7

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

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

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

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

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

Для чего нужен дроссель

Принцип работы - фото 18Виды дросселей

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.

Основные характеристики - изображение 19Источник 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.

Разновидности дросселей - изображение 20Дроссель 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).

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.

Проверка исправности

Устройство дроссельКонструкция 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.

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.

Как обозначается дроссель на схеме

Условные обозначения:

Принцип работы - фотография 27Условное графическое обозначение дросселей

Из чего состоит дроссель

Элементы:

  • катушка;
  • провод, намотанный на сердечник;
  • магнитопровод.

Есть схожесть с трансформатором, но слой обмотки всего один. Такая конструкция помогает стабилизировать сеть, а также исключить шанс резкого скачка напряжения.

Механический дроссель

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

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

Если педаль газа соединена тросиком или системой тяг с дросселем — значит, последний имеет механический привод, характеризующийся высокой надежностью и простотой ремонта. В некоторых моделях автомобилей для более точного управления оборотами двигателя используется система из датчиков положения педали газа и электропривода заслонки дросселя.

Устройство дросселя и его назначение на примере железнодорожного пути

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

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

Блок дроссель-трансформатора

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

Электронные аналоги

На смену индукционным катушкам в их традиционном исполнении пришли полупроводниковые радиодетали: транзисторы, тиристоры.

Следует заметить. Для высокочастотных приборов транзисторы не используют.

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.

Применение дросселя - фотография 28Схема подключения дросселя

Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Загрузка ...