Что такое дроссель кратко

Обновлено: 04.07.2024

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.

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.

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).

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.

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.

Как работает трансформатор

Рассмотрим работу дросселя, собранного на замкнутом магнитопроводе и подключенного в виде нагрузки, к источнику переменного тока. Число витков и магнитная проницаемость сердечника подобраны таким образом, что его реактивное сопротивление велико, ток протекающий в цепи соответственно - нет.

Ток, переодически изменяя свое направление, будет возбуждать в обмотке катушки (назовем ее катушка номер 1) электромагнитное поле, направление которого будет также переодически меняться - перемагничивая сердечник. Если на этот же сердечник поместить дополнительную катушку(назовем ее - номер 2), то под действием переменного электромагнитного поля сердечника, в ней возникнет наведенная переменная Э.Д.С.

Если количество витков обеих катушек совпадает, то значение наведенной Э.Д.С. очень близко к значению напряжения источника питания, поданного на катушку номер 1. Если уменьшить количество витков катушки номер 2 вдвое, то значение наведенной Э.Д.С. уменьшится вдвое, если количество витков наоборот, увеличить - наведенная Э.Д.С. также, возрастет. Получается, что на каждый виток, приходится какая-то определенная часть напряжения.

Обмотку катушки на которую подается напряжение питания (номер 1) называют первичной. а обмотка, с которой трансформированое напряжение снимается - вторичной .

Отношение числа витков вторичной(Np ) и первичной (Ns ) обмоток равно отношению соответствующих им напряжений - Up (напряжение первичной обмотки) и Us (напряжение вторичной обмотки).

Таким образом, устройство, состоящее из замкнутого магнитопровода и двух обмоток в цепи переменного тока, можно использовать для изменения питающего напряжения - трансформации. Соответственно, оно так и называется - трансформатор.

Для чего нужен дроссель

Существует две распространенные конфигурации источника питания: конденсаторный вход и дроссельный вход.

Источник питания с дросселем

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

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.

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

В цепях с переменным током с целью ограничения тока нагрузки используются дроссели, то есть индуктивные сопротивления. Такие устройства обеспечивают существенную экономию электроэнергии, не допускают перегрузку и чрезмерный нагрев.

Дроссель представляет собой один из видов катушек индуктивности, основным назначением которого является задержание влияния тока на конкретный диапазон частот. Причём резкое изменение силы тока в катушке невозможно, поскольку работает закон самоиндукции, вследствие чего создается дополнительное напряжение. Рассмотрим детально принцип действия, виды и назначение дросселей.

Назначение

Многих интересует, что такое дроссель и как он выглядит. Устройство выполнено в виде железного трансформатора, единственным отличием является наличие одной обмотки. Катушка накручена на сердечник из трансформаторной стали, при этом пластины разделены и не контактируют друг с другом с целью снижения вихревого тока.

Электронный дроссель характеризуется высоким уровнем индуктивности до 1Гн, катушка эффективно противодействует изменениям тока в электроцепи. При снижении силы тока катушка его поддерживает, а в случае резкого повышения катушка обеспечивает ограничение и предотвращение резкого скачка.

Рассматривая, для чего нужен дроссель, следует назвать такие цели:

снижение помех;
сглаживание пульсаций электрического тока;
накапливание энергии в магнитном поле;
отделение частей схемы по высокой частоте.

Зачем же нужен дроссель? Основным его назначением в электросхеме является задержка на себе тока конкретного частотного диапазона или накопление энергии в магнитном поле.

Важность дросселя объясняется тем фактом, что люминесцентные газоразрядные лампы (к примеру, бытовые светильники, фонари на улицах) не функционируют без дросселя. Он выступает в роли ограничителя напряжения, подающегося на электроды газоразрядной лампы.

Также дроссельные устройства формируют пусковое напряжение, требуемое для создания электрического разряда между электродами. Благодаря этому обеспечивается включение люминесцентной лампы. Пусковое напряжение рассчитано всего на доли секунды. Таким образом, дроссель – это устройство, отвечающее за включение лампы и ее стабильное функционирование.

Принцип работы

Электронный дроссель имеет простую конфигурацию и понятный принцип функционирования. Он представляет собой катушку из электропровода, которая намотана на сердечник из специального ферромагнитного материала. Принцип работы базируется на самоиндукции катушки. При рассмотрении конструкции дросселя, становится понятным, что она работает как электрический трансформатор, только с одной обмоткой.

Сердечник и ферромагнитные пластины изолированы с целью предотвращения токов Фуко, создающих существенные помехи. Катушка имеет большую индуктивность, причем непосредственно выступает защитным ограждением при резких скачках напряжения в сети.

Однако данная конструкция считается низкочастотной. Переменный ток в бытовых сетях колеблется в широком диапазоне, поэтому колебания разделяются на три категории:

низкие частоты в пределах 20Гц-20кГц;
ультразвуковые частоты от 20 кГц до 100 кГц.;
сверхвысокие частоты более 100 кГц.

В высокочастотных устройствах не предусмотрен сердечник, вместо него применяются каркасы из пластика или стандартные резисторы. А сам дроссель в таком случае имеет конфигурацию многослойной навивки.

В процессе расчетов и составления схем, как подключить дроссель учитываются его параметры и характеристики сети, в которой необходимо поддерживать работу ламп. Особенное внимание при подключении необходимо уделять этапу начала свечения лампы, когда требуется пробивание газовой среды при помощи разряда. В этот момент необходимо высокое напряжение, а после этого прибор выступает в качестве сдерживающего напряжение элемента.

Для стабильной работы некоторых электрических схем требуется наличия в электроцепи сглаженного тока. Данная статья рассмотрит тему — что такое дроссель. Будет дано определение этого элемента, описаны разновидности, принцип работы, устройство, а так же будут приведены различные схемы подключения.

Устройство

Дроссель устаревшее название, в настоящее время более известен как катушка индуктивности, по своей сути — это компонент электрической цепи, винтовая, спиральная или винтоспиральная катушка из свёрнутого изолированного проводника, обладающая значительной индуктивностью при относительно малой ёмкости и малом активном сопротивлении. Как следствие, при протекании через катушку переменного электрического тока наблюдается её значительная инерционность. Состоит из следующих элементов:

Катушка, на которую намотан медный или алюминиевый изолированный провод. В основном применяется медный провод. Алюминиевые используются в бюджетных и низкокачественных элементах, чтобы снизить затраты при производстве устройства и уменьшить его итоговую цену.
Ферритовый сердечник. Так же применяются сердечники из диэлектрических материалов, которые изменяют свои свойства при взаимодействии с электрическим током.
Соединительные контакты.

Устройство дросселя очень схоже с трансформатором. Основное отличие заключается в наличие всего одного ряда обмотки. Так же дроссели могут быть бескорпусными. Такие устройства используются в высокочастотных схемах.

Катушка также может быть выполнена без установленного внутри магнитного сердечника. Устройства без сердечника более громоздкие, так как такая конструкция требует наличия гораздо большего количества витков на катушке.

Дроссель обычный электронный имеет обозначение на схеме в виде волнистой линии. Если дроссели оснащены магнитным сердечником, то волнистая линия дополняется прямой чертой.

Принцип работы

Принцип работы дросселя можно описать следующим образом:

Назначение дросселя для цепей переменного тока можно охарактеризовать следующим образом:

Используется в качестве ограничителя тока электроцепи.
Как элемент насыщения для стабилизаторов напряжения.
В виде фильтра, сглаживающего электрические пульсации.
В качестве магнитного усилителя для цепей постоянного тока. При помощи элемента можно изменить индуктивное сопротивление и характеристики тока самой цепи.

Все эти возможности и характеристики дроссельных устройств применяются в электротехнике и электронике при проектировании различных устройств, оборудования.

Разновидности

В настоящее время используются следующие виды электрических дросселей:

Безвитковый. Дроссель безвитковый электромагнитный представляет собой кольцо из феррита и пропущенный через него проводник. Имеет большое внешнее сходство с обычным резистором. Основное назначение устройства заключается в подавление высокочастотных помех.
Для переменного тока. Предназначен для создания реактивного и индуктивного сопротивления, фильтра пульсации тока в преобразователях напряжений.
Сглаживающий. Дроссель электронный сглаживающий используется для занижения переменной части напряжения, или тока на входных и выходных частях электросхемы. Используются такие устройства в преобразователях тока. Сглаживающие дроссели подключаются последовательно к нагрузке, тем самым провоцируя сглаживание переменной части тока, пропуская через себя только постоянную составляющую линейного тока. Особенностью подобных элементов является большая индуктивность.
Насыщения. Дроссель насыщения применяется для цепей переменного тока в качестве регулятора индуктивного сопротивления. Основным отличием устройства является наличие 2 обмоток: рабочей, для подключения к переменному току и управляющей, которая подсоединяется непосредственно к электроцепи с постоянным током. Для работы такого прибора применяется вариант нелинейности кривой магнитопровода. Иными словами, регулировка постоянного тока зависит от величины намагничивания сердечника.

Современная электротехника требует значительного уменьшения габаритных параметров элементов электросхем. На схемах с поверхностным монтажем, при условии большой ее загруженности деталями, используются так называемые чип-фильтры. У таких элементов отсутствует провод. Катушка формируется из нескольких слоев феррита. Основным назначением чип-фильтров является снижение высокочастотных помех на сложных электронных схемах.

Кроме того существуют пусковые устройства. Они используются в качестве ограничителей тормозного и пускового тока для электродвигателей. В электрике, чтобы запустить мощный электрический двигатель, применяются трехфазные разновидности. Они отличаются большой величиной индуктивности.

Расчет характеристик

Устройство электрическое дроссельное имеет на корпусе маркировку с основными своими характеристиками. Но если маркировки нет или предполагается самостоятельное изготовление устройства, то необходимо провести предварительный расчет основных параметров устройства. Как сделать подобный расчет, будет описано далее.

Когда делаются расчеты, применяется простая формула для вычисления индуктивности:

Чтобы подтвердить правильность рассчитанного количества витков, можно использовать тестер в режиме измерения индуктивности. Это поможет подтвердить правильность определения необходимого количества витков.

Схема подключения

Дроссели часто встречаются в блоках питания и светильниках с люминесцентными лампами. Подключение в схему дросселя для таких вариантов будет представлено ниже в статье.

Люминесцентный светильник

В такой схеме дроссель выступает в качестве пускового и сглаживающего устройства. Подключается он последовательно с лампой. При этом совместно с ним так же используется стартер. При таком подключении дроссель использует такой принцип работы:

По цепи протекает переменный ток.
Люминесцентная лампа в холодном состоянии не включается по причине своего высокого сопротивления. Протекающий ток не запускает лампу, а нагревает ее катоды, а затем перетекает к стартеру.
Внутри стартера происходит нагрев подвижного контакта. После нагрева контакт замыкает цепь.

За момент нагрева катодов и стартера, происходит накопление тока в контуре дросселя. При замыкании стартера происходит вымещение тока дросселем и разрядка самого стартера. При разрядке приходят в движение электроны на катодах лампы. Они вступают в контакт с газом, и при этом лампа загорается. Схема люминесцентной лампы, состоящую из дросселя, двух стартеров и двух люминесцентных ламп представлена ниже.

Блок питания

У начинающих радиолюбителей часто возникает такой вопрос — зачем нужен дроссель в блоке питания. Он необходим по двум причинам:

Для сглаживания переменной составляющей тока.
Для сглаживания пульсаций.

Как правило, дроссели в этих блоках устанавливают после диодного моста непосредственно на выходе, а значит работают уже с постоянным током. При увеличении напряжения или коротком замыкании, дроссель сглаживает значительную часть пульсации. При стабильной работе блока питания, устройство сглаживает высокочастотные помехи, пропуская в цепь только прямой ток без каких-либо колебаний. Такая заслонка также выполняет роль дополнительного сопротивления, которое значительно снижает напряжение на выходе моста. Дроссель и такая схема подключения представлены на рисунке ниже.

Проверка

До этого мы выяснили — для чего нужен дроссель, из чего состоит это устройство, где оно применяется и по какому принципу работает. Теперь попытаемся узнать, как можно протестировать данный элемент на работоспособность. При помощи мультиметра всегда можно проверить целостность элемента и величину его индуктивности.

Индуктивность

Нужно установить мультиметр в режим измерения индуктивности.
Далее надо будет убедиться, что проверяемое устройство отключено от электричества.
Измерительные щупы подсоединить к контактам элемента.

Прибор должен показать значение индуктивности, близкие к указанным на корпусе устройства.

Сопротивление

Замер сопротивления поможет узнать состояние катушки. Проверка в этом случае выглядит следующим образом:

Дроссель необходимо отключить от цепи.
Перевести тестер в режим замера сопротивления.
Соединить измерительные щупы с контактами устройства.

Бесконечно большое сопротивление укажет на обрыв внутренней обмотки. Если сопротивления нет совсем – это указывает на короткое замыкание. Значение сопротивления должно быть близко к характеристикам, которые указаны на корпусе устройства.

Заключение

В статье было дано определение — что это такое электрический дроссель и для чего он используется, а так же как работает и какими способами можно проверить его работоспособность. Так же было рассмотрено, как рассчитать параметры устройства при его самостоятельной сборке. Такие знания помогут начинающим радиолюбителям понять принцип работы электронных схем, включающих в себя дроссели различных типов и разновидностей.

Одним из наиболее распространённых элементов, использующихся в радиоэлектронной аппаратуре, является дроссель. Эта пассивная радиодеталь имеет большое значение в обеспечении стабильности работы электрических схем. Главной ее характеристикой считается индуктивность — очень важная физическая величина. Конструкция элемента проста, но при этом он может использоваться как в цепях переменного, так и постоянного тока.

Основные понятия в электронике

Последующие годы ряд физиков и инженеров из различных стран исследовали свойства электричества, открывая новые явления и изобретая приборы. Наиболее выдающимися учёными, которые внесли весомый вклад в науку, считаются Гальвани, Вольт, Эстред, Ом, Фарадей, Герц, Ампер. Признавая важность их открытий, фундаментальные величины, характеризующие различные электрические явления, назывались их именами.

Итогом их экспериментов и теоретических догадок стал труд Максвелла, создавшего теорию электромагнитных явлений в 1873 году. А через двадцать лет англичанин Томсон обнаружил частицу, участвующую в образовании электричества (электрон), положение которой в атомной структуре тела после указал Резерфорд.

Так было обнаружено, что электрический заряд — это способность физических тел создавать вокруг себя особое поле, оказывающее воздействие на другие вещества. Электричество связано с магнетизмом, который влияет на положение электронов, являющихся элементарными частицами тела. Каждая такая частица обладает определённой энергией (потенциалом) и может перемещаться по телу в хаотично.

Придание же электронам направленного движения приводит к возникновению тока. Работа, затраченная на перемещение элементарной частички, называется напряжением. Если ток течёт в замкнутой цепи, то он создаёт магнитное поле, то есть силу, действующую на электроны.

Все вещества разделяются на три типа:

проводники — это тела, свободно пропускающие через себя ток;
диэлектрики — в этих телах невозможно появление свободных электронов, а значит, ток через них протекать не может;
полупроводники — материалы, свойство которых пропускать ток зависит от внешних факторов, например, температуры.

Характеристикой, обозначающей способность тела проводить ток, называется проводимость, а величина обратная ей — сопротивлением.

Активное сопротивление

На прохождение электрического тока в итоге оказывают влияние три физические величины: сопротивление, индуктивность и ёмкость. Каждый радиоэлемент (не исключение и дроссель) обладает ими в какой-то мере.

Активное сопротивление представляет собой величину, препятствующую прохождению тока и равную отношению разности потенциалов к силе тока (закон Ома). Его сущность объясняется тем, что в кристаллической решётке различных физических тел содержится разное число свободных носителей зарядов. Кроме этого, сама структура может быть неоднородной, то есть содержать примеси или дефекты. Электроны, перемещаясь под действием поля, сталкиваются с ними и отдают часть своей энергии кристаллам тела.

В результате таких столкновений частички теряют импульс, а сила тока уменьшается. Рассеиваемая электрическая энергия превращается в тепло. Элементом, использующим естественные свойства физического тела, является резистор.

Что же касается дросселя, то его активное сопротивление считается паразитным, вызывающим нагревание и ухудшение параметров. Зависит оно от типа материала и его физических размеров.

Определяется по формуле R = p * L / S, Ом, где:

p — удельное сопротивление (справочная величина), Ом*см;
L — длина проводника, см;
S — площадь поперечного сечения, см 2 .

Ёмкостная составляющая

Любой проводник тока в разной мере имеет свойство накапливать электрический заряд. Эта способность называется ёмкостью элемента. Для одних радиодеталей она считается вредной составляющей (в частности, для дросселя), а для других — полезной (конденсатор). Относят это понятие к реактивному сопротивлению. Его величина зависит от вида подаваемого сигнала на элемент и ёмкости материала, из которой он сделан.

Математически реактивное сопротивление описывается выражением Xc = 1/w*C, где:

w — циклическая частота, скалярная угловая величина, определяющаяся числом колебаний сигнала за единицу времени (2*p*f), Гц;
C — ёмкость элемента, Ф.

Из формулы видно, что чем больше будет ёмкость и частота тока, тем выше сопротивление элемента, а значит, имеющий большое ёмкостное сопротивление дроссель будет нагреваться. Значение ёмкости в дросселе зависит от размеров проводника и способа его укладки. При спиралевидной намотке между рядом лежащими кольцами возникает ёмкость, также влияющая на протекающий ток.

Паразитная составляющая ёмкости проявляется и в образовании собственного резонанса изделия, так как дроссель на эквивалентной схеме можно представить в виде последовательной цепочки индуктивности и конденсатора. Такое включение создаёт колебательный контур, работающий на определённой частоте. Если частота сигнала будет ниже резонансного значения, то преобладать будет индуктивная составляющая, а если выше — ёмкостная.

Поэтому существенной задачей изготовления дросселя в электронике считается увеличение собственного резонанса конструкции.

Индуктивность и самоиндукция

Электрическое поле неразрывно связано с магнитным. Там, где существует одно, неизменно появляется и второе. Индуктивность — это физическая величина, характеризующаяся накоплением энергии, но в отличие от ёмкости эта энергия является магнитной. Её величина зависит от магнитного потока, образованного силой тока, протекающего через радиоэлемент. Чем больше ток, тем сильнее магнитный поток пронизывает изделие. Интенсивность накопления элементом энергии зависит от этого потока.

Математическая формула нахождения индуктивности — L = Ф/ I, где:

Ф — магнитный поток, Вб;
I — сила тока, текущая через элемент, А.

Индуктивность измеряется в генри (Гн). Таким образом, катушка индуктивности в момент протекания через неё тока создаёт магнитный поток равный одному веберу (Вб).

Сопротивление, оказываемое индуктивностью, во многом зависит от частоты приложенного сигнала. Для его расчёта используется выражение XL = w*L. То есть для постоянного тока она равна нулю, а для переменного — зависит от его частоты. Иными словами, для высокочастотного сигнала элемент будет обладать большим сопротивлением.

Физический процесс, наблюдаемый при прохождении переменного тока через индуктивность, можно описать следующим образом: в течение первой декады сигнала (ток возрастает) магнитное поле усиленно потребляет энергию из электрической цепи, а в последней декаде (ток убывает) отдаёт её обратно, поэтому за период прохождения тока мощность не потребляется.

Но эта модель подходит к идеальному элементу, на самом же деле некоторая часть энергии превращается в тепло. То есть происходят потери, характеризующиеся добротностью Q, определяемую отношением получаемой энергии к отдаваемой.

При изменении тока, текущего через проводник в контуре, возникает электродвижущая сила индукции (ЭДСИ) — самоиндукция. Другими словами, переменный ток изменяет величину магнитного потока, который приводит в итоге к появлению ЭДСИ. Проявляется этот эффект в замедлении процессов появления и спадания тока. Амплитуда самоиндукции пропорциональна величине тока, частоте сигнала и индуктивности. Её отставание по фазе от сигнала составляет 90 градусов.

Принцип работы

По своей сути электрический дроссель — это индуктивность. Он способен накапливать энергию, получая её из магнитного поля. При воздействии на элемент напряжения в нём постепенно происходит увеличение тока, при этом если сменить полярность — ток начнёт убывать, т. е. резко изменить значение тока в дросселе невозможно.

Постепенное нарастание величины тока и его спад происходит из-за магнитного поля, которое не может мгновенно изменить своё направление. Другими словами, ток блока питания противодействует наведённому току в сердечнике изделия, поэтому в цепях с током переменой частоты он является своего рода ограничителем из-за индуктивного сопротивления.

По своей конструкции дроссель чем-то похож на трансформатор, но при этом чаще всего у него одна обмотка. А вот их принципы действия полностью отличаются. Если для трансформатора важно передавать всю энергию и гальванически развязывать цепь, то главной задачей стоящей перед дросселем является накапливание энергии в индуктивности. В то же время для трансформатора такое накопление считается паразитным процессом.

Устройство прибора

Выполняется этот элемент из проволочного вида проводника, наматываемого в виде спирали. Этот проводник может быть как многожильным, так и одножильным. Проволока может наматываться на диэлектрический каркас или использоваться без него. Если применяется основание, то оно может быть выполнено круглым, прямоугольным или квадратным сечением. Физически же дроссель состоит из одного или множества витков проводника.

При изготовлении дросселя используются следующие разновидности намотки:

прогрессивная — шаг витков плавно изменяется по всей длине конструкции;
универсальная — расстояние между витками одинаковое.

Первый тип используется при создании изделий, предназначенных для работы на высоких частотах, при этом уменьшается значение паразитной ёмкости. Такая намотка может быть однослойной или многослойной, причем даже разного диаметра. В качестве материала для изготовления проводника используется медь.

Увеличение индуктивности достигается путём добавления ферромагнитного сердечника. В зависимости от назначения устройства используют разные его виды, например, для подавления высокочастотных помех — феррит, флюкстрол или карбонил, для фильтрации звуковой частоты — пермаллой. В то же время для дросселя, работающего со сверхвысокими частотами, применяют латунь. Магнитопровод рассчитывается так, чтобы избежать режима насыщения (падения индуктивного сопротивления).

Чтобы избежать насыщения в дросселях, магнитопровод изготавливается с зазором. При изготовлении дросселя стараются обеспечить:

необходимую индуктивность;
величину магнитной индукции, исключающую насыщение;
способность выдерживать необходимый ток.

Для этого обычно сначала рассчитывается зазор и число витков исходя из силы тока и индуктивности, а после определяется максимально возможный диаметр проволоки. В цифровых малогабаритных устройствах дроссель изготавливается в плоском виде. Достигается это путём печатания проводниковой дорожки в виде круговой или зигзагообразной линии.

Виды и характеристики

Главной характеристикой дросселя, безусловно, является индуктивность. Но, кроме неё, существует ряд номинальных параметров, характеризующих элемент как изделие. Именно они определяют возможности использования устройства и его срок службы. Основными из них являются:

Мощность — определяется типом сердечника и поперечным сечением провода. Обозначает величину сигнала, которую может выдержать дроссель. Единицей измерения служит ватт.
Добротность и угол потерь — характеризуют качество устройства. Чем больше добротность и меньше угол, тем выше качество.
Частота тока — f, Гц. В зависимости от неё дроссели разделяют на низкочастотные, имеющие границы колебаний 20−20 000 Гц, ультразвуковые — от 20 до 100 кГц и сверхвысокие — больше 100 кГц.
Наибольшее допустимое значение тока — I, А.
Сопротивление элемента в неподключенном состоянии — R, Ом.
Потери в магнитопроводе — P, Вт.
Вес — G, кг.

Современная промышленность изготавливает электромагнитные дроссели, отличающиеся не только по характеристикам, но и по видам. Они выпускаются цилиндрической, квадратной, прямоугольной и круглой формы. А также они различаются по типу цепи, для которой предназначены, и могут быть однофазными или трёхфазными.

Условно дроссели можно разделить на три типа:

Сглаживающие. Используются для фильтрации переменной составляющей сигнала, уменьшая её значение. Такие элементы ставятся на входе или выходе выпрямительных или преобразующих части схем.
Переменного тока. Ограничивают его величину при резком скачке.
Насыщения. Управляют индуктивным сопротивлением за счёт периодического подмагничивания.

Маркировка и обозначения

В принципиальных схемах и технической документации дроссели обозначаются латинской буквой L, условное графическое обозначение — в виде полуокружностей. Их количество нигде не указывается, но обычно не превышает трёх штук. Жирная точка, ставящаяся в начале полуокружностей, обозначает начало витков. Если индуктивность выполняется на каркасе, сверку изображения чертится прямая линия. Для обозначения номиналов элемента используется код из букв и цифр или цветовая маркировка.

Цифры указывают на значение индуктивности, а буква — на допуск. Например, код 250 J обозначает индуктивность, равную 25 мкГн с погрешностью в пять процентов. Когда на маркировке стоит только число, то это значит, что допуск составляет 20%. Таким образом, первые две цифры обозначают числовое значение в микрогенри, а третья — множитель. Буква D ставится на высокоточных изделиях, их погрешность не превышает 0,3%.

Цветовая маркировка, в принципе, соответствует буквенно-цифровой, но только наносится в виде цветных полос. Первые две указывают на значения в микрогенри, третья — коэффициент для умножения, а четвёртая — допуск. Индуктивность дросселя, на котором изображены две оранжевые полосы, коричневая и белая, равна 33 мкГ с разрешённым отклонением в 10%.

Область применения

Отвечая на вопрос, зачем нужен дроссель, можно с уверенностью сказать, что основное его применение — это фильтры. Ни один качественный источник питания не обходится без этого простого элемента. Его применение позволяет избавиться от пульсаций напряжения, которые вызывают нестабильность в работе многих устройств — материнской платы, видео- и звуковых карт и т. п.

Сглаживание формы сигнала путём устранения его паразитной составляющей обеспечивает стабильную работу микропроцессорных блоков, особо зависящих от качества питающего их напряжения.

Кроме того, используя свойство элемента накапливать энергию, а потом её отдавать в цепь, дроссель нашёл своё применение в люминесцентных лампах. Такие осветители работают на принципе возникновения дугового разряда, поддерживающегося в парах инертного газа. Для того чтобы он возник, между электродами необходимо появление высокого пускового напряжения, способного пробить газовый диэлектрик. Благодаря дросселю такой разряд и создаётся.

Их также используют и в усовершенствованных осветительных приборах — индукционных лампах. Отличие таких светильников от люминесцентных заключается в отсутствии электродов, необходимых для зажигания. Для получения света используются три составляющие — электромагнитная индукция, разряд в газе, свечение люминофора.

Стоит отметить и ещё одно из применений дросселя — сварочный трансформатор. Здесь основное назначение радиоэлемента заключается в стабилизации тока. Сварочный дроссель, установленный в инверторе, смещает фазу между током и напряжением. Такое его использование упрощает розжиг электрода и поддерживает стабильное горение дуги.

Способность элемента создавать магнитное поле зачастую применяется в электромагнитах, отличающихся большой мощностью, а также в различных электромеханических реле, электродвигателях и даже генераторах.

Самостоятельное изготовление

Для самостоятельного изготовления дросселя необходимо правильно рассчитать его конструкцию. Для этого используется простая формула расчёта индуктивности: L=0,01*d*w 2 /(L/d+0,44), где d — диаметр основания (см), L — длина проволоки (см), w — количество витков. При этом если имеется мультиметр с возможностью изменения индуктивности, то точное количество витков можно подобрать, используя его.

Метод намотки при использовании этой формулы предполагает укладку виток к витку. Например, необходимо подобрать магнитопровод для дросселя с индуктивностью один мкГн, рассчитанный на ток I = 4A. Берется сердечник 2000 НМ типоразмера К 16 х 8 х 6. Согласно справочнику коэффициент начальной индуктивности — ALH = 1,36 мкГн, а длина магнитного пути — le= 34,84 мм. Соответственно, число витков будет N= (L/ALH)0,5= (1/1,36)0,5 = 0,86. Если принять N=1, то при заданном токе напряжённость магнитного поля в сердечнике будет равна Н= 4*1/(34,84*10−3)= 114 А/м.

Таким образом, дроссель представляет собой катушку, которая характеризуется индуктивностью. Благодаря своим свойствам он может накапливать магнитную мощность, после отдавая её в цепь в виде электрической энергии. При этом использование элемента позволяет также подавлять переменную составляющую тока в цепи.

Читайте также: