Катушку индуктивности, используемую для подавления помех, для сглаживания пульсаций тока, для накопления энергии в магнитном поле катушки или сердечника, для развязки частей схемы друг от друга по высокой частоте — называют дросселем или реактором (от нем. drosseln — ограничивать, глушить).
Таким образом, главное назначение дросселя в электрической схеме — задержать на себе ток определенного частотного диапазона или накапливать энергию за определенный период времени в магнитном поле.
Физически ток в катушке не может измениться мгновенно, на это требуется конечное время, — данное положение прямо следует из Правила Ленца. Если бы ток через катушку мог изменяться мгновенно, то на катушке при этом возникало бы бесконечное напряжение. Самоиндукция катушки при изменении тока сама формирует напряжение — ЭДС самоиндукции. Таким образом, дроссель задерживает ток.
Если необходимо подавить переменный компонент тока в цепи (а помехи или пульсации — это как раз пример переменной составляющей), то в такую цепь устанавливают дроссель — катушку индуктивности, обладающую для тока частоты помех значительным индуктивным сопротивлением. Пульсации в сети существенно снизятся, если на пути установлен дроссель. Таким же образом можно развязать или изолировать друг от друга сигналы различной частоты, действующие в цепи.
В радиотехнике, в электротехнике, в СВЧ-технике, — используются высокочастотные токи от единиц герц до гигагерц. Низкие частоты в пределах 20 кГц относятся к звуковым частотам, затем следует ультразвуковой диапазон — до 100 кГц, наконец диапазон ВЧ и СВЧ — выше 100 кГц, единицы, десятки и сотни МГц.
Низкочастотный дроссель похож с виду на железный трансформатор, с тем лишь отличием, что обмотка на нем всего одна. Катушка навита на сердечник из трансформаторной стали, пластины которого изолированы между собой дабы снизить вихревые токи. Такая катушка обладает высокой индуктивностью (более 1 Гн), она оказывает значительное противодействие любому изменению тока в электрической цепи, где она установлена: если ток резко стал убывать — катушка его поддерживает, если ток начал резко возрастать — катушка станет его ограничивать, не даст резко нарасти.
Одна из широчайших сфер применения дросселей — это высокочастотные схемы . Многослойные или однослойные катушки навиваются на ферритовые или стальные сердечники, либо используются совсем без ферромагнитных сердечников — просто пластмассовый каркас или только проволока. Если схема работает на волнах среднего и длинного диапазона, то возможно часто встретить секционную намотку.
Дроссель с ферромагнитным сердечником имеет меньшие габариты, чем дроссель без сердечника той же индуктивности. Для работы на высоких частотах используют сердечники ферритовые или из магнитодиэлектрических составов, отличающихся малой собственной емкостью. Такие дроссели способны работать в довольно широком диапазоне частот.
Как вы уже поняли, основной параметр дросселя — индуктивность, как и у любой катушки . Единица измерения данного параметра — генри, а обозначение — Гн. Следующий параметр — электрическое сопротивление (на постоянном токе), оно измеряется в омах (Ом).
Затем идут такие характеристики, как допустимое напряжение, номинальный подмагничивающий ток, и конечно добротность, — крайне важный параметр, особенно для колебательных контуров. Различные типы дросселей находят сегодня самое широкое применение для решения самых разнообразных инженерных задач.
Итак, по назначению электрические дроссели подразделяются на:
Дроссели переменного тока, работающие во вторичных импульсных источниках питания. Катушка накапливает энергию первичного источника питания в своем магнитном поле, затем отдает ее в нагрузку. Обратноходовые преобразователи, бустеры — в них используются дроссели, причем иногда с несколькими обмотками, как у трансформаторов. Аналогичным образом работает магнитный балласт люминесцентной лампы, служащий для ее розжига и поддержания номинального тока.
Дроссели для пуска двигателей — ограничители пусковых и тормозных токов. Это эффективнее, чем рассеивать мощность в форме тепла на резисторах. Для электроприводов мощностью до 30 кВт такой дроссель по внешнему виду напоминает трехфазный трансформатор (в трехфазных цепях используются трехфазные дроссели).
Дроссели насыщения, применяемые в стабилизаторах напряжения, и феррорезонансных преобразователях (трансформатор частично превращается в дроссель), а также в магнитных усилителях, где сердечник подмагничивается с целью изменения индуктивного сопротивления цепи.
Сглаживающие дроссели, применяемые в фильтрах для устранения пульсаций выпрямленного тока. Источники питания со сглаживающими дросселями были очень популярны в период расцвета ламповых усилителей из-за отсутствия конденсаторов с очень большой емкостью. Для сглаживания пульсаций после выпрямителя должны были использоваться именно дроссели.
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
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
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 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
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
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
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
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
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.
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;
- катушки насыщения;
- фильтры сглаживания;
- магнитные усилители (МУ);
- резонансные контуры;
- электронный дроссель в радио,- и компьютерных схемах.
Токоограничители
Для чего нужны дроссели в качестве токоограничителей, можно узнать из следующего списка:
- Катушки без сердечников имеют маленькое сопротивление, поэтому они эффективно ограничивают величину тока короткого замыкания. Даже малейшее уменьшение мощности дуги короткого замыкания имеет большое значение.
- Во время пуска мощных электродвигателей включаются в работу катушки индуктивности. После набора максимальных оборотов аппаратом катушка отключается пусковым устройством.
- В лампах дневного света электрические дроссели препятствуют резкому включению тока максимальной величины. В результате происходит постепенный разогрев ртути и переход её в парообразное состояние. У ламп ДРЛ 250 дроссели находятся внутри колбы. Дроссели ламп ДНАТ находятся внутри кожуха отдельно от колбы.
Обратите внимание! Аббревиатура ДРЛ означает Дуговая Ртутная Лампа. ДНАТ – Дуговая Натриевая Трубка.
Катушки насыщения
После насыщения магнитного поля величина сопротивления катушки перестаёт расти. Ранее катушки насыщения составляли основу стабилизаторов напряжения. Сегодня их заменили электронные системы.
Фильтры сглаживания
Что это такое в электронике дроссель? Это фильтры сглаживания, которые выпрямляют линию пульсации переменного напряжения. В результате обеспечивается стабильность работы электронной аппаратуры. Такой фильтр выглядит в виде бочонка на USB-кабеле. Внутри него находится одновитковая катушка. В электронных платах используют дроссели марки r68.
Магнитные усилители (МУ)
Они были включены в систему управления электромоторов. Магнитная индукция в сердечнике насыщалась намагничиванием стали сердечника. В пускателе использовалось сразу несколько обмоток. Сегодня вместо магнитных пускателей применяют тиристорные системы.
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.
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.
