Дроссель – что это, зачем нужен: простым языком о сложных вещах

Что такое дроссель, принцип работы

Дроссель в переводе с немецкого означает «выравнивание». Это радиоэлемент, представляющий собой катушку, состоящую из сердечника и спирального изолированного проводника. В некоторых случаях ядро ​​отсутствует. Назначение дросселя — сглаживать скачки тока, отделять переменный ток от постоянного. С его помощью также регулируется подача электрических сигналов, отсекаются сильно отличающиеся по частоте.

Катушка индуктивности похожа на трансформатор, но обычно имеет только одну обмотку (как в понижающих, повышающих преобразователях). При прохождении электрического тока создается электромагнитное поле. Далее подъем и спад индуктора происходит с задержкой, за счет этого предусмотрена функция сглаживания резких скачков значений электрических параметров, так как магнитное поле в катушке не может быстро изменить направление.

При импульсном повышении напряжения неравномерности сигнала поглощаются катушкой индуктивности. За счет этого на выходе получается стабильное напряжение. Этот принцип действия используется при производстве сетевых фильтров. Они обеспечивают возможность подачи напряжения без помех, что снижает вероятность повреждения оборудования, подключенного через дроссель, в случае резких скачков напряжения.

Эта функция работы дросселя востребована в цепях переменного тока. Для постоянного тока катушка не является ограничивающим элементом. Также в цепях переменного тока дроссель может полностью блокировать сигнал с неподходящими параметрами, если индуктивность изначально слишком велика.

Свойства, назначение и функции

Теперь давайте посмотрим, что такое дроссель с электрической точки зрения. Если кратко, то это элемент, выравнивающий ток в цепи, что хорошо видно на графике. Если подать на нее переменный ток, то мы увидим, что напряжение на катушке увеличивается постепенно, с некоторой задержкой. После снятия напряжения в цепи некоторое время течет ток. Это происходит потому, что поле катушки продолжает «выталкивать» электроны за счет накопленной энергии. То есть ток не может мгновенно появляться и исчезать на катушке индуктивности.

Ток на катушке индуктивности неуклонно увеличивается, а также постепенно уменьшается. Глядя на эти графики, становится понятно, что дроссель – это элемент, сглаживающий ток

Это свойство используется, когда необходимо ограничить ток, но есть ограничения по нагреву (его желательно избежать). То есть дроссель используется как индуктивное реактивное сопротивление, которое задерживает или выравнивает броски тока. Как и резистор, индуктор имеет определенное сопротивление, которое вызывает падение напряжения и ограничивает ток. Просто греется намного меньше. Поэтому его часто используют в качестве индуктивной нагрузки.

Дроссель имеет два свойства, которые также используются в схемах.

• так как это подвид индуктора, то он может накапливать заряд;
• отсекает ток на определенной частоте (частота задержки зависит от параметров катушки).

В некоторых устройствах (в люминесцентных лампах) дроссель расположен именно для накопления заряда. Во всевозможных фильтрах он используется для подавления нежелательных частот.

Виды и примеры использования

Чтобы более точно понять, что такое дроссель, поговорим о конкретном применении этого элемента в схемах. Его можно увидеть практически на всех схемах. Их ставят, если необходимо развязать (сделать независимыми друг от друга) секции, работающие на разных частотах. Они сглаживают резкие скачки напряжения (подъемы и спады), применяются для подавления шумов. В некоторых схемах они выполняют роль пускателей, способствуя повышению напряжения в момент пуска. В зависимости от назначения они подразделяются на следующие виды:

• Выравнивание. Благодаря индуктивности они предотвращают резкое увеличение или уменьшение тока.
• Фильтрация. Специально подобранные параметры перехватывают (подавляют) выбросы на определенных частотах (или во всем диапазоне). Они также расположены на входе в статические конденсаторы.
• Сеть. Они устанавливаются в устройствах с питанием от однофазной сети. Сервер для защиты оборудования от перенапряжения.
• Двигатель. Их ставят на вводе в электростанции для выравнивания пусковых токов.

Как видите, дроссели в электрических частях нашли широкое применение. Они есть в каждом бытовом приборе, даже в лампах. Не те, которые работают с лампами накаливания, а те, что называются люминесцентными, а также экономки и светодиоды. Вот только они очень маленькие. Если разобрать плеер, проигрыватель, блок питания, то везде можно найти дроссель.

Как проверить дроссель мультиметром

Что такое дроссель и для чего он используется, выяснили, теперь еще стоит научиться определять его работоспособность. Если мультиметр может измерить индуктивность, это легко. Мы делаем только одно измерение. Если параметры газа нам неизвестны, мы устанавливаем наибольший предел измерения. Обычно это несколько сотен генри. На шакале они обозначаются русской Gn или латинской буквой H.

Установив переключатель мультиметра в нужное положение, коснитесь щупами выводов катушки. На экране появится число. Если цифры маленькие, переведите переключатель в одно из следующих положений, ориентируясь на предыдущие индикаторы.

Если, например, отображается 10 мГн, установите предел измерения на следующее большее значение. После этого повторяем измерения. В этом случае на экране будет отображаться индуктивность измеряемой катушки индуктивности. Когда у вас есть паспортные данные, вы можете сравнить реальные показатели с заявленными. Они не должны сильно отличаться. Если разница большая, меняйте дроссельную заслонку.

Если мультиметр простой, в нем нет функции измерения индуктивности, но есть режим измерения сопротивления, можно также проверить работоспособность. Но в этом случае мы будем измерять не индуктивность, а сопротивление. Измерив сопротивление обмотки, мы легко можем понять, исправен дроссель или он разомкнут.

Для проверки газа тестером переводим переключатель мультиметра в положение измерения сопротивления. Ставим предел измерения, лучше ставить нижний, чтобы видеть сопротивление обмотки. Затем коснитесь концов обмотки щупами. Должно быть какое-то сопротивление. Оно не должно быть бесконечно большим (пауза) и не должно равняться нулю (короткое). В обоих случаях дроссельная заслонка неактивна, все остальные значения указывают на производительность.

Чтобы убедиться в отсутствии короткого замыкания на витках газа, можно поставить мультиметр в режим прозвонки и прикоснуться щупами к клеммам. Если звонит, значит короткое, где-то пробой, значит нужен другой дроссель.

Устройство

Катушка индуктивности — устаревшее название, в настоящее время более известная как индуктор, по своей сути она представляет собой элемент электрической цепи, винтовую или винтовую катушку спирально-изолированного проводника, обладающую значительной индуктивностью при сравнительно небольшой емкости и малом активном сопротивление. В результате при протекании по катушке переменного электрического тока наблюдается ее значительная инерционность. Состоит из следующих элементов:

1. Катушка, на которую намотан изолированный медный или алюминиевый провод. В основном используется медная проволока. Алюминий используется в бюджетных и недорогих компонентах, чтобы удешевить производство устройства и снизить конечную цену.
2. Ферритовый сердечник. Применяются также сердечники из диэлектрических материалов, которые меняют свои свойства при взаимодействии с электрическим током.
3. Подключить контакты

Устройство дросселя очень похоже на трансформатор. Главное отличие – наличие всего одного ряда обмоток. Колье также можно распаковать. Такие устройства используются в высокочастотных цепях.

Катушка также может быть выполнена без магнитопровода, установленного внутри. Устройства без сердечника более громоздки, так как такая конструкция требует гораздо большего количества витков катушки.

Обычный электронный дроссель имеет обозначение на схеме в виде волнистой линии. Если дроссели снабжены магнитопроводом, волнистую линию дополняют прямой.

Основные параметры электрического дросселя зависят от его индуктивности, которая измеряется в Генри («Гн»). Элемент также имеет следующие свойства: сопротивление при работе от постоянного тока, добротность, ток смещения и величину переменного напряжения.

Разновидности

В настоящее время используются следующие типы электрических дросселей:

1. Развитый. Безкатушечный электромагнитный дроссель представляет собой ферритовое кольцо и проходящий через него проводник. Он имеет большое внешнее сходство с обычным резистором. Основное назначение устройства – подавление высокочастотных помех.
2. Для переменного тока. Предназначен для создания реактивного и индуктивного сопротивления, фильтра пульсаций тока в преобразователях напряжения.
3. Выравнивание. Электронный сглаживающий дроссель используется для уменьшения переменной части напряжения или тока на входной и выходной частях электрической цепи. Такие устройства используются в преобразователях тока. Уравнительные дроссели включаются последовательно с нагрузкой, вызывая тем самым выравнивание переменной части тока, пропуская через себя только постоянную составляющую линейного тока. Особенностью таких элементов является большая индуктивность.
4. Насыщенность. Дроссель насыщения используется в цепях переменного тока в качестве индуктивного регулятора реактивного сопротивления. Основным отличием устройства является наличие 2-х обмоток: рабочей, для подключения к переменному току и управляющей, которая подключается непосредственно к цепи постоянного тока. Для работы такого устройства используется вариант нелинейности кривой магнитопровода. Другими словами, регулирование постоянного тока зависит от степени намагниченности сердечника.

Современная электротехника требует значительного уменьшения общих параметров элементов электрических цепей. В схемах накладного монтажа, при условии высокой загруженности деталей, применяются так называемые чип-фильтры. Такие элементы не имеют провода. Катушка сформирована из нескольких слоев феррита. Основное назначение чип-фильтров — уменьшить высокочастотный шум в сложных электронных схемах.

Кроме того, есть пусковые установки. Они используются в качестве ограничителей тормозного и пускового тока для электродвигателей. В электро для запуска мощного электродвигателя используются трехфазные варианты. Они характеризуются большой величиной индуктивности.

Читайте также: Бактерицидная ультрафиолетовая лампа: что такое, для чего нужна,где приминяется,рейтинг

Расчет характеристик

Электрогазовый прибор имеет на корпусе маркировку с указанием его основных характеристик. Но если маркировка отсутствует или предполагается самостоятельное изготовление устройства, необходимо провести предварительный расчет основных параметров устройства. О том, как сделать такой расчет, будет рассказано ниже.

При проведении расчетов используется простая формула для расчета индуктивности:

Для подтверждения правильности подсчитанного числа 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 к цепи дросселя для таких вариантов будет представлено далее в статье.

Люминесцентный светильник

В такой схеме дроссель выполняет роль пускового и уравнительного устройства. Он включен последовательно с лампой. При этом в связи с ним используется и стартер. При таком подключении газ использует следующий принцип работы:

1. По цепи протекает переменный ток.
2. Холодная люминесцентная лампа не включится из-за ее высокого сопротивления. Протекающий ток не запускает лампу, а нагревает катоды, а затем поступает на стартер.
3. Внутри стартера подвижный контакт нагревается. После нагрева контакт замыкает цепь.

При нагреве катодов и стартера происходит накопление тока в цепи индуктора. Когда стартер замкнут, ток вытесняется катушкой индуктивности и сам стартер разряжается. Во время разряда электроны на катодах лампы начинают двигаться. Они вступают в контакт с газом, и при этом лампа загорается.

Блок питания

У начинающих радиолюбителей часто возникает вопрос — зачем нужен дроссель в блоке питания. Это необходимо по двум причинам:

1. Для выравнивания переменной составляющей тока.
2. Чтобы сгладить пульсации.

Как правило, дроссели в этих блоках устанавливаются после диодного моста непосредственно на выходе, а значит, работают уже с постоянным током. При повышении напряжения или коротком замыкании дроссель сглаживает значительную часть пульсаций. При стабильном питании прибор сглаживает высокочастотные помехи, подавая в цепь только постоянный ток без колебаний. Такой демпфер также выступает в роли дополнительного сопротивления, значительно снижающего напряжение на выходе моста.

Проверка

Перед этим мы выяснили, что такое дроссель, из чего состоит это устройство, где оно применяется и по какому принципу работает. Теперь попробуем разобраться, как протестировать этот элемент на работоспособность. С помощью мультиметра всегда можно проверить целостность элемента и величину его индуктивности.

Индуктивность

Для измерения индуктивности нужен тестер с режимом измерения этого параметра. Такие возможности мультиметра обозначаются буквами «H» или «GN». Этот параметр измеряется следующим образом:

1. Вы должны настроить мультиметр на измерение индуктивности.
2. Затем убедитесь, что тестируемое устройство отключено от источника питания.
3. Подключите измерительные щупы к контактам на элементе.

Устройство должно показывать значение индуктивности, близкое к указанным на крышке устройства.

Сопротивление

Измерение сопротивления поможет определить состояние катушки. Чек в этом случае выглядит так:

1. Дроссельная заслонка должна быть отключена от цепи.
2. Переключите тестер в режим измерения сопротивления.
3. Подключите измерительные щупы к контактам на приборе.

Бесконечно высокое сопротивление укажет на обрыв внутренней обмотки. Если сопротивления нет вообще, это указывает на короткое замыкание. Значение сопротивления должно быть близко к характеристикам, указанным на корпусе устройства.

Убедиться в отсутствии короткого замыкания можно при переводе тестера в «режим прозвонки». Звуковой сигнал тестера укажет на наличие короткого замыкания.

DC/DC преобразователи, работающие на понижение напряжения

В понижающих преобразователях катушка индуктивности действует как источник тока. Это стало возможным благодаря способности накапливать энергию. Этот процесс также называется заправкой газом. Нужный результат достигается путем подачи на него множества коротких импульсов. В будущем газ станет источником энергии и отдаст собранное. При этом меняется полярность напряжения на обмотке, что провоцирует изменение направления тока. На выходе через дроссель можно получить меньшее напряжение, например, если использовать 12 В, то будет 5 В.

Значения электрических параметров определяются длительностью подаваемого импульса, что позволяет регулировать выходное напряжение. Безопасность работы устройств с такой электрической схемой также обеспечивает конденсатор. Его функция заключается в сглаживании пульсаций, ведь иногда за 1 секунду проходит до 1000 и более импульсов.

Область применения

Индукторы используются в качестве:

• ограничители тока;
• катушки насыщения;
• сглаживающие фильтры;
• магнитные усилители (МУ);
• резонансные цепи;
• электронный дроссель в радио и компьютерных схемах.

Токоограничители

Зачем нужны дроссели в качестве ограничителей тока, можно узнать из следующего списка:

1. Катушки без сердечника имеют низкое сопротивление, поэтому они эффективно ограничивают величину тока короткого замыкания. Даже самое незначительное снижение мощности дуги короткого замыкания имеет большое значение.
2. При пуске мощных электродвигателей в работу включаются индукторы. После достижения агрегатом максимальной скорости, катушка отключается пусковым агрегатом.
3. В люминесцентных лампах электрические дроссели предотвращают резкое включение максимального тока. В результате происходит постепенный нагрев ртути и переход ее в парообразное состояние. У ламп ДРЛ 250 дроссели находятся внутри колбы. Катушки индуктивности ламп ДНАТ размещены внутри корпуса отдельно от колбы.

Катушки насыщения

После насыщения магнитного поля значение сопротивления катушки перестает увеличиваться. В прошлом катушки насыщения составляли основу стабилизаторов напряжения. Сегодня их заменили электронные системы.

Фильтры сглаживания

Что такое дроссель в электронике? Это сглаживающие фильтры, которые выравнивают переменное напряжение. В результате обеспечивается стабильность работы электронного оборудования. Такой фильтр выглядит как бочка на кабеле USB. Внутри находится одновитковая катушка. В электронных платах используются дроссели r68.

Магнитные усилители (МУ)

Они были включены в систему управления электродвигателями. Магнитная индукция в сердечнике насыщалась за счет намагничивания стали в сердечнике. Стартер использовал несколько обмоток одновременно. Сегодня вместо магнитных пускателей используются тиристорные системы.

Резонансные контуры

Резонансный контур используется в тюнерах. Индуктивная катушка параллельно с конденсатором объединена в единую систему, которая представляет собой резонансный контур. Схема обеспечивает низкое сопротивление на фиксированной частоте.

Электронный дроссель в радио,- и компьютерных схемах

Катушки индуктивности типа р68 применяются в печатных платах для изоляции токов с определенной частотой. Они также играют роль защиты, как от внешних, так и от внутренних помех частей схемы.

DC/DC повышающие преобразователи

Такое свойство, как невозможность сберегать энергию с помощью газа в течение длительного периода времени, используется не только для понижения, но и для повышения значений электрических параметров (в частности, напряжения). Если вам нужно получить 12 В на выходе из подаваемых 5 В, также используются DC/DC преобразователи, но повышающие. Принцип их действия основан на свойстве индуктора накапливать энергию при подаче тока. Но при размыкании цепи напряжение резко возрастает, частично доходя до конденсатора.

Когда цепь снова замыкается, описанный цикл повторяется. Но пока катушка индуктивности хранит энергию, ток подается конденсатором. Потом опять резкий скачок напряжения. Он становится импульсивным. А увеличение напряжения также обеспечивается суммированием номинала источника тока и дросселя.

Таким образом, индуктор выполняет важную функцию, поэтому он до сих пор востребован в электротехнике. Его важность нельзя недооценивать даже при использовании цифровых технологий, так как стабильность работы различных устройств, электроники обеспечить без такой функции, как выравнивание импульсов питания, гораздо сложнее.

Маркировка малогабаритных устройств

Устройства для электронных плат имеют размеры не более 2-3 см. Использовать разборчивую маркировку в цифровом или буквенном обозначении практически невозможно. Для этого используют цветовую маркировку электронных дросселей. Катушки индуктивности на схемах изображают в виде спирали с параллельной линией.

На цилиндрический корпус радиодетали нанесено несколько цветных колец. Первые две строки (слева направо) указывают величину индуктивности, измеренную в мГенри. Третья полоса указывает множитель, на который должно быть умножено значение индуктивности. Четвертое кольцо выражает допустимое отклонение в % от номинального значения. Если его нет на теле детали, считается допуском в пределах 20%.

Например, цвета колец расположены в следующем порядке: коричневый, желтый, оранжевый и серебристый. Это означает индуктивность 14 мГн с допуском 10%.

Развитие технологий не стоит на месте. Каждый год появляются новые аналоги устаревших моделей. Развитие новой техники во всех областях человеческой деятельности требует совершенствования радиодеталей, в том числе и дросселей.

Как отличить резистор от дросселя

По внешнему виду: от резисторов обычно отличаются толщиной (дроссели толще), от конденсаторов — неправильной формой «капли».

Более точный способ – сопротивление. На газу почти ноль.

Можно ли обойтись без него

Выше я писал, что дроссель является составной частью балласта, а значит, без него не обойтись. Но газ другой. Есть устройства, ограничивающие силу тока другим, электронным способом. Они называются EPRA – Electronic Ballast.

Безопасна ли замена EMCG электронным балластом? Абсолютно, так как электронные балласты:

1. Имеет малые массогабаритные характеристики.
2. Не гудит.
3. Не вызывает мерцание лампы с частотой сети.
4. Обладает высокой эффективностью (на 30-50% выше, чем ЭМПРА).
5. Запускает LDS почти сразу.

Электронный дроссель сложнее и дороже электромагнитного, но цена полностью компенсируется преимуществами.

Типовые неисправности — замыкание, перегрев, обрыв

А теперь рассмотрим возможные неисправности электромагнитных дросселей и научимся их (дроссели) проверять. Наиболее распространенные неисправности ЭМПРА:

1. Перегрев. Обычно это вызвано неправильной эксплуатацией (светильник не имеет вентиляции или находится в теплом помещении), напряжением сети выше нормы и производственным браком (межвитковое замыкание).
2. Обрыв обмотки. Это может быть вызвано перегревом, механическим повреждением или просто производственным браком.
3. Закрытие. Он может быть как межвитковым, так и полным. Причины те же: брак, перегрев, механические повреждения.

Самостоятельное изготовление

Для самостоятельного производства газа необходимо правильно рассчитать конструкцию. Для этого используется простая формула расчета индуктивности: L = 0,01 * d * w 2 / (L / d + 0,44), где d — диаметр основания (см), L — длина провода (см), w – число витков. Также при наличии мультиметра с возможностью изменения индуктивности точное количество витков можно подобрать с его помощью.

Метод намотки по этой формуле предполагает укладку витка за витком. Например, для дросселя необходимо подобрать магнитопровод с индуктивностью один мкГн, рассчитанный на ток I = 4А. Берется сердечник 2000 НМ размером К 16 х 8 х 6. По справочнику начальный коэффициент индуктивности ALH = 1,36 мкГн, а длина магнитного пути le = 34,84 мм. Соответственно количество витков будет N = (L/ALH) 0,5 = (1/1,36) 0,5 = 0,86. Если принять N=1, то напряженность магнитного поля в сердечнике при данном токе будет равна H= 4*1/(34,84*10-3)= 114 А/м.

Таким образом, индуктор представляет собой катушку, которая характеризуется индуктивностью. Благодаря своим свойствам он может накапливать магнитную силу, а затем отдавать ее в цепь в виде электрической энергии. В этом случае использование элемента также позволяет подавить переменную составляющую тока в цепи.

Полезные советы

Как и многие электронные устройства, дроссели маркируются в зависимости от их параметров. Это довольно сложная аббревиатура, которая будет непонятна неопытным электрикам. Поэтому было введено цветовое кодирование. То есть на прибор нанесено несколько цветных колец, которые определяют индуктивность прибора. Первые два кольца номинальная индуктивность, третье множитель, четвертое допуск.

Обратите внимание на следующее! Если на дроссельной заслонке только три цветных кольца, по умолчанию допуск принимается равным 20%.

Цветовое кодирование удобно, особенно для тех, кто только начинает разбираться в электрическом поле. С его помощью можно точно подобрать параметры устанавливаемых устройств (транзистор, электронный дроссель, сопротивление и так далее).