Что делает дроссель в цепи

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:

1. низкие ( звуковые) частоты (20 Гц – 20 кГц);
2. ультразвуковые частоты (20 – 100 кГц);
3. 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:

Зачем нужен электрический дроссель, его принцип работы

Электрический дроссель — элемент, применяющийся в различных электротехнических приборах и радиоустройствах. Он регулирует силу тока, разделяя при этом или ограничивая электрические сигналы разной частоты, устраняя пульсацию постоянного тока. Посредством прохождения тока по скрученному проводнику образуется магнитное поле, используемое в электро- и радиотехнике.

Принцип работы

Дроссель функционирует по принципу самоиндукции. По внешнему виду напоминает обычную катушку, работающую по типу электрического трансформатора, хотя конструкция состоит лишь из одной обмотки.

Дроссельная катушка имеет ферромагнитные или стальные пластины, изолированные одна от другой для исключения образования токов Фуко, характеризующихся большими помехами. Прибор выполняет функцию сдерживающего барьера при перепадах напряжения в электросети.

Но именно это устройство относится к низкочастотным. Переменный ток, идущий по сетям, характеризуется большим диапазоном колебаний: от 1 до 1 млрд Герц.

Условно они делятся на такие виды:

1. Низкие частоты (их ещё называют звуковыми) имеют границы колебаний 20−20000 Гц.
2. Ультразвуковые: от 20 до 100 кГц .
3. Сверхвысокие: свыше 100 кГц .

У приборов, работающих на высоких частотах, сердечник заменяется каркасами из пластика или резисторами, служащими основой для обмотки медным проводом. В этом случае дроссельный трансформатор оснащён в несколько слоёв или секционной обмоткой.

Главной технической характеристикой дроссельной катушки является индуктивность (принятые единицы измерения — Генри (Гн), сопротивляемая способность постоянному электрическому току (амплитуда колебаний приближается к нулю) изменением напряжения в требуемых пределах, номинальным подмагничиванием тока.

Используя магнитные сердечники, значительно уменьшаются размеры дросселей с теми же существующими значениями индуктивности. Применение ферритовых и магнитоэлектрических составов благодаря их небольшой ёмкости позволяет пользоваться ими при широких диапазонах.

По предназначению такого типа катушки делятся на три вида:

1. Переменного тока — применяются для ограничения его в сети.
2. Катушки насыщения — в стабилизаторах напряжения.
3. Сглаживающие ослабевают пульсацию выравниваемого тока.

Магнитные усилители — дроссели работают с намагничивающимся сердечником под действием постоянного тока. При других его параметрах соответственно меняется индуктивное сопротивление.

Бывают ещё трёхфазные катушки, применяющиеся в определённых цепях. В наше время различные инженерные задачи решаются с использованием разнообразных типов дросселей.

Применение дросселя

Индуктивность нашла широкое применение в большом разнообразии приборов электротехники, автоматики, радиотехники. Дроссели работают в виде различных электрических фильтров, преобразователей электрической энергии, разных типов электромагнитных реле, а также трансформаторов. Если же конденсатор выполняет накопительную функцию электрического заряда, то индуктивность накапливает электромагнитную энергию. Вот зачем нужен дроссель.

Посредством прохождения электричества по проводу происходит образование постоянного магнитного поля. Это зависит от количества витков: чем их больше на дросселе и больше проходящего через него количества тока, тем сильнее становится магнитное поле элемента. Чтобы увеличить мощность электрического магнита, в прибор следует встраивать ферромагнитный сердечник. Способность дросселя вырабатывать магнитное поле зачастую применяется в электромагнитах, имеющих большую мощность, в различных электромеханических реле, электродвигателях, а также генераторах.

Дроссельная катушка пропускает постоянный электроток с минимальным сопротивлением, но если проходит ток переменной частоты, оказывает большое сопротивление, то есть выступает в роли фильтра. Эта способность, которая называется индуктивностью, применяется для того, чтобы отделить цепь переменной частоты от цепи постоянной частоты тока. Дроссель с наличием стального сердечника применяется в фильтрах блоков питания сетевых выпрямителей, чтобы сглаживать пульсацию переменного тока.

Под воздействием на катушку переменного магнитного поля в ней происходит образование переменного электротока. Это индуктивное свойство применяется в электрических генераторах с постоянным и переменным током.

В них преобразуется механическая энергия в электрическую:

• гидроэлектростанциями используется энергия падающей воды;
• генераторы, работающие на жидком топливе, при сжигании бензина или дизеля вырабатывают электричество;
• тепловые электростанции в качестве топлива используют уголь или же природный газ;
• в атомных электростанциях механическая энергия получается благодаря нагреву воды.

При прохождении электричества через дроссель вокруг него возникает переменное магнитное поле, оказывающее действие на находящуюся рядом катушку и в ней тоже начинает образовываться переменный электроток.

В этом случае катушка выполняет функции трансформатора, который служит для выравнивания сопротивления нагрузки с внутренними сопротивлениями прибора, вырабатывающего электроэнергию. Трансформаторы применяются во всех отраслях электросвязи, всяческих автоматизированных системах, радиотехнике, различной электронике и т. д.

Электронные аналоги

Обычно индуктивные катушки имеют довольно большие размеры. Для их уменьшения без изменения каких-либо технических характеристик нужно сделать замену индуктивного элемента. Вместо него устанавливается полупроводниковый стабилизатор. Он выполняет функцию транзистора с достаточно высокой мощностью. Так элемент преобразуется в электронный дроссель.

Транзистор полностью компенсирует скачки напряжения в сети, сокращает его пульсацию. Но нужно учесть, что этот элемент выполняет всё-таки полупроводниковую функцию, поэтому в приборах, работающих на высоких частотах, его нерационально применять.

Дроссели маркируют в соответствии с их параметрами, поэтому перепутать тип устройства довольно трудно.

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:

• проволоки, которая закрепляется в изоляции;
• сердечника, материал для него подбирают отталкиваясь от применения устройства;
• заливочной массы, в которую входят вещества, не поддающиеся горению, так обеспечивается дополнительная изоляция;
• корпуса, его делают из термоустойчивого материала.

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.

Виды

Дроссель-трансформаторы выпускают в двух вариациях:

• Низкочастотные. Они почти не отличаются от железного трансформатора, просто дополнительно имеют одну обмотку. Катушка является стабилизатором, поэтому при понижении тока она сохраняет требуемый уровень, а при повышении снижает до нормальных показателей.
• Высокочастотные. Больше распространены из-за своей стабильной долговечной работы. Для них используется сердечник из стали или феррита, в дешевых аналогах применяют пластик. При работе с длинными или средними волнами используется секционная намотка.

Детали с сердечниками занимают меньше места, поэтому подходят для малогабаритных приборов.

Также элементы классифицируют по назначению:

• Для запуска двигателей. Его используют как ограничитель для пускового и тормозного тока. Иногда деталь меняют на трехфазный трансформатор, поскольку он выполняет те же функции.
• Для насыщения. Ставится в преобразователях или стабилизирующих устройствах. Подходит для магнитных усилителей, поскольку сердечник меняет сопротивление.
• Для сглаживания. Ставится для устранения резких пульсаций, часто встречается в ламповых усилителях.

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.

Дроссели для цепей постоянного тока

Дроссели для цепей постоянного тока относятся к комплектующим электрических цепей, которые предназначены для сглаживания пульсации тока в цепи работающего электропривода. Эти устройства играют своего рода фильтры напряжения и обеспечивают ограничения рабочих токов.

Функциональное предназначение

Дроссель минимизирует возможные пульсации токов при работе электропривода от преобразователя тиристорного типа. Благодаря их использованию исключаются случаи прерывания тока выходящего из полупроводникового выпрямителя. Установка устройств дроссельного типа обеспечивает улучшенную коммутацию электродвигателя, а также уменьшает его нагрев в процессе работы, исключая возможность перегрева.

Применение в составе электроприводов таких устройств, как дроссели позволит повысить коэффициент мощности электрического привода за счет уменьшения амплитуд высших гармоник.

Виды дросселей

Устройства этого типа производятся для одно- или трехфазных цепей. Они рассчитываются на возможность работы с токами от 5А до 4 кА и напряжениями до 10 кВ. Производятся дроссели по техническому заданию или, при спецзаказе – по чертежам заказчика.

Конструкционные особенности

Конструкция дросселя включает в себя магнитопровод и две катушки. Магнитопровод имеет броневую шахтованную конструкцию, собранную из пластин с толщиной 0,5мм, которые производятся из стали электротехнического типа.

Обмотки наматываются из медных проводников круглого или профилированного сечения, которые пропитанные специальной кремнийорганической смесью, которая выдерживает нагревание до температуры в 155 0 С. Дроссели могут производиться в открытых исполнениях для установки в защитных шкафах или в закрытом исполнении для отдельной установки в оборудовании.

Условное обозначение

Для обозначения кратких технических характеристик дросселей используется следующая структура: ДС-Х1/Х2 Х3.

• ДС – вид обозначения устройства;
• Х1 – величина номинального тока;
• Х2 – значение индуктивности при номинальных токах;
• Х3 – вид климатического исполнения и категория расположения.

Основные технические данные

Величина первичного напряжения:

от 0,05 до 500 мГн

Значение номинального тока:

от 10 до 3700 А

Термическая устойчивость обмоток:

Показатель пыле- влагоисполнения: