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!
Механическая или электрическая заслонка: что лучше?
Мы с Вами выяснили, что это дроссельная заслонка является тем сам клапаном, который заставляет мотор крутиться быстрее или медленнее, регулируя подачу кислорода к его цилиндрам.
Теперь давайте рассмотрим разновидности этого устройства и их конструктив. Различают такие типы заслонок:
- с механическим приводом;
- с электрическим приводом.
Механическая система является классикой и встречается не только на старых автомобилях, но и на вполне современных, но только в бюджетном сегменте.
Её суть заключается в том, что связь между педалью газа и заслонкой осуществляется простым металлическим тросом. Логика работы устройства элементарна – нажали на газ, дроссель открылся и пустил воздух к цилиндрам.
Помимо непосредственно самой поворачивающейся заслонки и тросика, идущего к ней, в состав узла входит датчик положения и регулятор холостого хода.
Назначение первого понятно – датчик отслеживает, насколько сильно открылась заслонка, и передаёт эту информацию, к примеру, в блок управления мотора.
Что же касается регулятора, то он нужен для того, чтобы на холостом ходу двигатель получал необходимую для минимальных оборотов порцию кислорода. Представляет он собой отдельный небольшой клапан с электроприводом.
Что такое дроссельная заслонка с электрическим приводом?
Она гораздо более современная и технологичная. Главное отличие от механической системы заключается в отсутствии непосредственной связи с педалью, всем управляет электроника.
В этом случае отдельные датчики следят за тем, насколько сильно мы нажимаем на газ и уже компьютер принимает решение, как сильно отклонить заслонку при помощи электропривода.
Кстати, в этой разновидности нет необходимости устанавливать отдельный клапан для регулировки оборотов на холостом ходу – воздух в любом случае проходит через основную дроссельную заслонку.
К слову, преимуществ электрической системы перед механической масса. Так как всем процессом заправляет электроника, удаётся достичь лучшей экономичности двигателя и меньшего уровня выбросов вредных веществ.
Короче говоря, механические варианты хоть и просты в конструкции, но уже являются устаревшими не только физически, но и морально.
Надеюсь, теперь у Вас не возникнет вопроса: «А что такое дроссельная заслонка и зачем она нужна?» Подписывайтесь, ведь публикации статей об устройстве автомобилей продолжаются.
ВЫХОДНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ЗАЩИТЫ
Принцип действия большинства используемых на сегодняшний день преобразователей частоты основан на широтно-импульсной модуляции выходных импульсов напряжения (PWM – Pulse Width Modulation; ШИМ – широтно-импульсная модуляция
). Получаемое таким образом напряжение имеет форму последовательности импульсов с очень коротким временем нарастания (высокая крутизна фронта), напряжение не является синусоидальным. Для инвертора это является положительным фактором, поскольку переключение в течение короткого промежутка времени позволяет поддерживать уровень, при котором потери в преобразователе сведены к минимуму. Однако, крутизна нарастания напряжения (du/dt) выходных импульсов, а также возрастающая частота переключения, используемая в инверторах, могут стать причиной возникновения паразитных явлений в кабеле двигателя и непосредственно в самом двигателе. Эти явления существенно влияют на сокращение долговечности двигателя и повышают вероятность аварии приводной системы в целом. Наиболее часто возникающие проблемы:
a) высокая скорость нарастания напряжения (du/dt)
– при небольшом расстоянии между инвертором и двигателем, высокая крутизна нарастания выходного напряжения инвертора негативно воздействует на изоляцию кабеля и его обмотку. В современных преобразователях показатели крутизны достигают отметки 10 и даже 12 [кВ/мкс], в то время как в двигателях допустимая крутизна нарастания напряжения не должна превышать 1 [кВ/мкс].
b) перенапряжение на клеммах двигателя
– является результатом возникающих волновых явлений, которые иногда называют «Эффектом длинной линии электропередачи», «Эффектом отраженной волны» или «Эффектом стоячей волны». При длине кабеля ок. 10 [м] уже наблюдаются признаки эффекта. Основная коварность этих следующих с высокой частотой импульсов перенапряжения заключается в том, что мотор «убивается» на протяжении длительного времени и часто выход из строя мотора не связывают с питанием его от ШИМ-инвертора. Мотор перематывают или устанавливают новый и все через некоторое время повторяется. Эквивалентную схему кабельной линии электропередачи можно представить в виде последовательного соединения паразитных емкостей и индуктивностей рассеивания кабельной линии:
a) схема приводной системы (инвертор – кабель – двигатель); b) крутизна нарастания выходного напряжения инвертора; c) перенапряжение на клеммах двигателя
Рис.4. Напряжение на обмотке двигателя без дросселя.
Рис.5. Одиночный импульс выходного напряжения инвертора (верхняя осциллограмма) и напряжение на зажимах мотора (нижняя осциллограмма). Без дросселей. Длина кабеля 211м, частота ШИМ 2 кГц, преобразователь частоты 0,75 кВт, асинхронный двигатель 0,75 кВт, 2820 об/мин
Рис.6. Напряжение на моторе (верхняя осциллограмма) и ток (нижняя осциллограмма). Без дросселей. Длина кабеля 211м, частота ШИМ 2 кГц, преобразователь частоты 0,75 кВт, асинхронный двигатель 0,75 кВт, 2820 об/мин
Даже при невысокой индуктивности последовательность импульсов напряжения высокой крутизны приводит к возникновению перенапряжения. С увеличением длины кабеля повышается его результирующая индуктивность, а усиливающиеся волновые явления и перенапряжение могут повредить изоляцию двигателя. Величина перенапряжения на обмотках двигателя
может достигать величины более 1000В. В то время как допустимое значение перенапряжения для низковольтного двигателя общепромышленного назначения ограничено величиной 1000В; минимальное время нарастания напряжения 2 мкс.
c) дополнительные потери в двигателе и кабеле питания
– высшие гармоники напряжения и тока приводят к дополнительным потерям в кабеле питания, сердечнике двигателя и обмотке, особенно в «беличьей клетке» ротора. Это снижает КПД двигателя и приводной системы в целом. Дополнительные потери – это выделяемое тепло. Потери приводят к повышению температуры двигателя и кабеля, ускоряют процесс старения изоляции, значительно сокращая тем самым срок их службы. Надежность системы снижается.
d) экранный, подшипниковый ток и токи утечки на землю
–dысокочастотные составляющие схемы замещения асинхронных двигателей и паразитные емкости кабеля питания относятся к тем параметрам, которые практически всегда остаются в стороне, т.е. не учитываются при сетевом питании. Значения этих емкостей находятся в пределах от нескольких до десятка с лишним [нФ] и для потребителей не имеют существенного значения. Проблема появляется только при питании
двигателей
от ШИМ-инверторов. При высокой частоте переключений результирующее реактивное сопротивление паразитных емкостей кабеля и двигателя уменьшается. Чем меньше значение результирующего реактивного сопротивления, тем большее количество тока проходит через паразитные емкости. Значения паразитного экранного, подшипникового тока и тока утечки на землю суммируются с соответствующей нагрузкой преобразователя (рис.1.a), что в критической ситуации (например, при применении длинных кабелей) может привести к необходимости изменения мощности инвертора и сечения кабеля питания.
e) эмиссия электромагнитных помех
– выходной сигнал напряжения ШИМ- инвертора состоит из основной гармоники (Гц), полосы несущей частоты (кГц) и гармоник высшего порядка (МГц), возникающих вследствие быстрого переключения транзисторных ключей. Именно последний диапазон частот отвечает за эмиссию электромагнитных помех. Данные помехи расходятся равномерно во всех направлениях, а кабель двигателя вместе с ШИМ- инвертором является основным источником электромагнитных помех всей системы
автоматики маш
ины.
f) создание высокого уровня шума
– кроме вышеперечисленных негативных результатов проявления высших гармоник в выходном напряжении инвертора, остается еще проблема шума. Гармоники с более высокой частотой приводят к возникновению свиста и «треска» двигателя, что влияет на комфорт обслуживания приводной системы.
Дроссели du/dt
Эффект действия дросселей du/dt типа ED3Du
проявляется в защите изоляции обмоток двигателя от импульсов напряжения большой амплитуды с высокой скоростью нарастания обусловленных особенностью современных ШИМ–инверторов и эффектом «отраженной волны». Дроссели особо эффективны при небольшой длине моторного кабеля и низкой частоте ШИМ и являются тем необходимым минимумом, который должен обеспечить пользователь для надежной работы приводной системы.
Преимущества применения дросселей du/dt типа ED3dU:
- повышение надежности и долговечности двигателя
- ограничение крутизны нарастания напряжения du/dt
- успешное подавление электромагнитных помех в диапазоне частот от 1 до 30МГЦ
Рис.7. Кривые напряжения перед и за дросселем du/dt типа ED3dU.
Рис.8. Одиночные импульсы напряжения на выходе инвертора (верхняя осциллограмма) и двигателя (нижняя осциллограмма) . Дроссель du/dt типа ED3dU-2,58/2,1 (2,58мГн, 2,1А) на зажимах инвертора 0,75кВт, 400В, 50Гц; ШИМ 2кГц, длина кабеля 211м
Рис.9. Напряжение на зажимах двигателя (верхняя осциллограмма) и ток двигателя (нижняя осциллограмма). Дроссель du/dt типа ED3dU-2,58/2,1 (2,58мГн, 2,1А) на зажимах инвертора 0,75кВт, 400В, 50Гц; ШИМ 2кГц, длина кабеля 211м
Моторные дроссели
Моторные дроссели в отличие от дросселей du/dt имеют более высокую индуктивность и поэтому могут работать при большой длине кабеля и большой частоте переключений. Это чаще всего применяемое и успешное устройство, которое защищает двигатель от негативного влияния ШИМ преобразователя частоты.
Преимущества применения моторных дросселей типа ED3S:
- повышение надежности и долговечности мотора
- ограничение крутизны нарастания напряжения du/dt
- успешное подавление электромагнитных помех
- уменьшение амплитуды перенапряжений на клеммах двигателя
- снижение уровня шума двигателя
Рис.10. Кривые напряжения перед и за моторным дросселем.
Рис.11. Одиночные импульсы напряжения на выходе инвертора (верхняя осциллограмма) и двигателя (нижняя осциллограмма). Моторный дроссель типа ED3S-22,4/2,1 (22,4 мГн, 2,1А) на зажимах инвертора 0,75кВт, 400В, 50Гц; ШИМ 2кГц, длина кабеля 211м.
Рис.12. Напряжение (верхняя осциллограмма) и ток двигателя (нижняя осциллограмма). Моторный дроссель типа ED3S-22,4/2,1 (22,4мГн, 2,5А) на зажимах инвертора 0,75кВт, 400В, 50Гц; ШИМ 10кГц, длина кабеля 211м.
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.
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.
Каково устройство дросселя, на чем основан принцип его работы? 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.
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.
Графически это выглядит таким образом.
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.
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.
Дроссель для люминесцентной 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.
Следующий момент, на который необходимо обратить внимание, это схема монтажа. При этом необходимо учитывать различные параметры, среди которых отметим длину провода от лампы к дросселю. Это расстояние не должно превышать одного метра.
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.
Таблица расчетов основных свойств дросселя.
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.
Стоит почитать: все об электолитических конденсаторах.
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.
Будет интересно➡ Что такое импульсное реле
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.
Дроссель на схеме.
Принцип работы идеального дросселя
Дроссель, как и любой другой элемент электрической цепи, содержит ряд параметров, которые определяются его физическими и конструктивными характеристиками. В зависимости от назначения дросселя одни его характеристики стараются улучшить, а значение других уменьшить. Но, несмотря на характер работы дросселя, его основным параметром является индуктивность, поэтому рассмотрим дроссель, содержащий только один параметр – индуктивность, такой дроссель называется идеальным и он характеризуется следующими допущениями:
— обмотка дросселя не имеет активного сопротивления;
— отсутствует межвитковая ёмкость проводников дросселя;
— магнитное поле в сердечнике однородно, то есть значение индукции и напряженности в различных его точках имеет одинаковое значение.
С учётом таких допущений, представим сердечник, на который намотана катушка.
Подадим на катушку переменное напряжение U, в результате по катушке потечёт переменный ток I, создающий в сердечнике переменный магнитный поток Φ. Тогда в соответствии с законом самоиндукции в витках обмотки возникнет ЭДС самоиндукции Е. Так как у нас отсутствует активное сопротивление обмотки идеального дросселя, то ЭДС самоиндукции уравновесит напряжение, вызвавшее электрический ток
В тоже время индуктивность, как коэффициент самоиндукции можно определить по следующему выражению
где ω – количество витков катушки,
S – площадь поперечного сечения сердечника,
B – магнитная индукция,
I – величина электрического тока.
Тогда выражение для ЭДС самоиндукции будет иметь вид
Данное выражение показывает, что ЭДС самоиндукции зависит от конструкции и размеров дросселя, а также от скорости изменения магнитного поля (dB/dt).
Так как в идеальном дросселе отсутствуют активные нагрузки, а только индуктивная составляющая, то активная мощность будет равняться нулю. В индуктивном элементе расходуется только реактивная мощность на создание магнитного поля.
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.
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:
Будет интересно➡ Что такое подстроечный резистор: описание устройства и область его применения
R=(14.7-3.3)/0.02)= 570 Ом
Но резисторы отличаются по максимальной рассеиваемой мощности:
P=(14.7-3.3)*0.02=0.228 Вт
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.
Установка дросселя.
Определение
Делителем напряжения называется прибор или устройство, которое понижает уровень выходного напряжения относительно входного, пропорционально коэффициенту передачи (он будет всегда ниже нуля). Такое название он получил, потому что представляет собой два и более последовательно соединенных участка цепи.
Они бывают линейными и нелинейными. При этом первые представляют собой активное или реактивное сопротивление, в которых коэффициент передачи определяется соотношением из закона Ома. К ярко выраженным нелинейным делителям относят параметрические стабилизаторы напряжения. Давайте разберемся как устроен это прибор и зачем он нужен.
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:
- низкие ( звуковые) частоты (20 Гц – 20 кГц);
- ультразвуковые частоты (20 – 100 кГц);
- 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:
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.
Различные лампы.
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.
Будет интересно➡ Что такое геркон и как применяется в быту?
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.
Эти потери существенно уменьшаются при применении однослойных обмоток. При использовании порошковых сердечников без зазора удается значительно ослабить влияние эффекта близости, что также ведет к снижению 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.
Дроссели разной мощности.
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.
- ширина и высота окна внутри сердечника;
- ширина и высота окна каркаса дросселя;
- амплитуда и частота пульсаций тока;
- длина зазора;
- коэффициент заполнения каркаса;
- диаметр жил литцендрата;
- длина витка;
- количество витков.
Материал в тему: все о переменном конденсаторе.
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.
В дросселе используется сердечник E19/8/5 с зазором 0,65 мм и обмотка из 13 витков. Для обмотки выбран литцендрат 44 AWG с диаметром жил 0,05 мм. Программа ShapeOpt выдала результат, что при оптимальном суммарном количестве жил (314) полные потери в обмотке дросселя составят 0,28 Вт. На рисунке 3 показано оптимальное расположение обмотки внутри каркаса: зеленым показана область, занимаемая обмоткой, а белым — свободное пространство.
