Что такое дроссель в электрике
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.
Схема подключения дросселя и его обозначение
Дроссель — это разновидность катушки индуктивности. В электрических схемах элемент используется для снижения влияния токов в определенном диапазоне. Эта деталь применяется при создании аппаратуры, она пассивна, но при этом обеспечивает стабильность работы всей схемы. Электронный дроссель обладает простым механизмом, но подходит для постоянного и переменного тока.
Что такое дроссель?
Деталь используется при составлении электроцепи для предотвращения нагрева и перегрузки. Катушка индуктивности задерживает влияние тока, при этом резкие перепады исключаются из-за закона самоиндукции. Так создается дополнительное напряжение.
Дроссель состоит всего из 4 элементов:
Электронный дроссель похож на железный трансформатор, отличается он обмоткой. Сердечник состоит из стали, а пластины располагаются так, чтобы они не соприкасались друг с другом. Индуктивность достигает 1Гн, катушка ограничивает резкие скачки тока в цепи. Если уровень снижается, то деталь поддерживает его на минимальных показателях, а при сильном повышении дроссель в устройстве ограничивает скачок. Элемент также используется для сглаживания, отделения определенных участков схемы, накапливания энергии и устранения помех.
Разбираясь в том, что такое дроссель, стоит уточнить, что его в основном ставят для сбора энергии и задержки тока в выбранном диапазоне. Некоторые виды люминесцентных ламп неспособны работать без такой детали. Это относится к уличным фонарям и домашним светильникам. Дроссель в контакте с ними выступает ограничителем, который передает электроды на лампу.
Созданные по этому принципу механизмы формируют напряжение, оно нужно для получения разряда. После этого загорается лампа. Процесс протекает настолько быстро, что напряжение создается всего через несколько долей секунды, без детали невозможна стабильная работа и включение предмета.
Функционирование
Электропроводная катушка, ограничивающая ферромагнитный сердечник, работает по принципу самоиндукции. При детальном рассмотрении прибора становится понятно, что он функционирует как электрический трансформатор, но при этом оснащен дополнительной обмоткой. Сердечник специально изолируют, чтобы в электронике не создавались дополнительные помехи.
Катушка обладает высокой индуктивностью, но весь механизм считается низкочастотным. Диапазон колебания тока составляет от 20 до 100 кГц. По этому критерию дроссели делят на низкие, ультразвуковые и сверхвысокие. В последних отсутствует сердечник, вместо него используется обычный резистор или пластиковый каркас.
Устройство
Дроссель-трансформатор имеет вид проводника, который наматывается по спирали. В зависимости от сферы использования его делают одно- или многожильным. Иногда в устройство добавляют диэлектрический каркас или оставляют деталь без него. В некоторых элементах дополнительно используется основание с круглым, квадратным или прямоугольным сечением.
Деталь состоит из множества витков, во время создания используется прогрессивная или универсальная намотка. При использовании первого вида они плавно меняются по всей длине, второго — расстояние между витками остается одинаковым.
Прогрессивная намотка используется в электрике, когда требуется сконструировать высокочастотное устройство. Для достижения результата приходится уменьшать паразитную емкость. Намотку выполняют в один или несколько слоев, из материалов подходит только медь, поскольку она выступает проводником.
Чтобы повысить индуктивность, используют ферромагнитный сердечник. В зависимости от места применения используют разные виды материала, поскольку некоторые из них подходят для подавления сильных помех, а другие берут при фильтрации звука. Когда требуется дросселирование механизмов на сверхвысоких частотах, то используют в основном латунь.
Во время производства производитель учитывает требуемую индуктивность, способности к выдерживанию тока и особенности индукции, поскольку иначе произойдет насыщение. Сначала определяется размер зазора, количество витков и сила тока, а потом высчитывается диаметр проволоки. В мелких машинах или электронных устройствах дроссель делают плоским, тогда проводник располагают в виде круга или зигзага.
Дроссель-трансформаторы выпускают в двух вариациях:
Детали с сердечниками занимают меньше места, поэтому подходят для малогабаритных приборов.
Также элементы классифицируют по назначению:
Помимо этого, есть модели, которые работают на вторичных импульсных источниках. Для этого устройство сначала накапливает энергию в своем поле, а потом переводит ее в нагрузку.
Обозначение дросселя на схеме
Такие детали всегда изображают по единому принципу, поэтому достаточно один раз в нем разобраться, чтобы потом регулярно читать такие схемы. При этом число полуокружностей выбирают почти любым, чаще оно составляет 3 или 4 единицы для удобного сопряжения с остальными элементами. Выводы обмотки направляют в одну или разные стороны, здесь все зависит от конфигурации схемы. Если нужно изобразить отвод, то рисуют рядом друг с другом сочленения полуокружностей, точку между ними не ставят.
Также есть цветная маркировка деталей, которая соответствует показателям индуктивности. Первые несколько меток указывают на показатели индуктивности в мкГн. Третья — множитель, а последняя — имеющийся допуск. Дроссели маркируют, используя 3 или 4 полоски, иногда их меняют на точки. Если на детали есть три метки, то допуск по умолчанию составляет 20%.
Дроссели используются не только в разных видах лампочек, но и во время сбора импульсных блоков питания, в которых выступают фильтром. В электрических цепях его чаще называют реактором, но принцип устройства остается прежним. Деталь также ставят в сварочные аппараты и применяют в промышленных целях.
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:
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:
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:
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.