Что такое дроссель в электрике: маркировка цветными полосками, обозначения на схеме и для чего он нужен

Основные понятия в электронике

Английский физик Уильям Гильберт считается отцом электричества. В 1600 году он придумал слово «янтарь», которое обозначает электричество. В ходе экспериментов с янтарем ученые обнаружили, что если потереть янтарь о шелк, то он приобретает свойство притягивать другие физические тела. Так было открыто статическое электричество. Первый электродвигатель был создан немецким инженером Отто фон Герике. Этот аппарат выглядел как металлический стержень с подвешенным к нему шариком серы.

В последующие годы множество физиков и инженеров из разных стран изучали свойства электричества, открывали новые явления и изобретали приборы. Гальвани, Вольт, Эстреде, Ом, Фарадей, Герц и Ампер считаются самыми выдающимися учеными, внесшими значительный вклад в науку. В знак признания важности их открытий фундаментальные величины различных электрических явлений названы в их честь.

Их эксперименты и теоретические догадки привели к работе Максвелла, который создал теорию электромагнитных явлений в 1873 году. 20 лет спустя англичанин Томсон открыл частицу (электрон), участвующую в образовании электричества, на место которой в атомной структуре человеческого тела позже указал Резерфорд.

Таким образом, было установлено, что электрический заряд — это способность физического тела создавать вокруг себя особое поле, которое воздействует на другие вещества. Электричество связано с магнетизмом тем, что оно влияет на положение электронов, которые являются фундаментальными частицами человеческого тела. Каждая такая частица обладает определенным количеством энергии (потенциалом) и может хаотично перемещаться по телу.

Заставляя электроны двигаться направленно, мы создаем электрические токи. Работа, необходимая для перемещения элементарной частицы, называется напряжением. Если в замкнутом контуре течет электрический ток, создается магнитное поле, т.е. сила, действующая на электроны.

Вся материя делится на три типа.

• Проводники — это тела, которые позволяют току свободно протекать через них.
• Диэлектрики — это тела, в которых не может быть свободных электронов, поэтому через них не может протекать ток.
• Полупроводники — их способность проводить ток зависит от внешних факторов, таких как температура.

Свойство, описывающее способность тела проводить электрический ток, известно как проводимость, а его обратная характеристика — как сопротивление.

Активное сопротивление

Проведение электрического тока в конечном итоге зависит от трех физических величин: сопротивления, индуктивности и емкости. Каждый радиокомпонент (и реакторы не исключение) в той или иной степени обладает ими.

Активное сопротивление является мерой сопротивления протеканию тока и равно отношению разности потенциалов к силе тока (закон Ома). Суть этого объясняется тем, что решетки различных физических тел содержат разное количество свободных носителей заряда. Кроме того, сама структура может быть неоднородной, т.е. содержать примеси или дефекты. Электроны, движущиеся под воздействием магнитного поля, сталкиваются с ним и отдают часть своей энергии кристаллу тела.

В результате этого столкновения частицы теряют импульс, и сила тока уменьшается. Рассеянная электрическая энергия преобразуется в тепло. Элемент, использующий естественные свойства физического тела, — это резистор.

Однако в случае реактора его активное сопротивление считается паразитным сопротивлением, которое вызывает нагрев и ухудшение параметров. Это зависит от типа материала и его физических размеров.

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

• p — удельное сопротивление (справочное значение), Ом*см.
• L — длина проводника, см.
• S — площадь поперечного сечения, см2.

Ёмкостная составляющая

Любой проводник тока в той или иной степени обладает свойством накапливать электрический заряд. Эта емкость известна как емкость компонента. Для некоторых радиокомпонентов он считается вредным (особенно дроссели), а для других — полезным (емкость). Это известно как реактивное сопротивление. Его значение зависит от типа сигнала, подаваемого на компонент, и емкости материала, из которого он изготовлен.

Возможно, вас заинтересует единица измерения киловатт и что измеряется в киловаттах

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

• w — циклическая частота, скалярная угловая величина, определяемая числом колебаний сигнала в единицу времени (2*p*f), Гц.
• C — емкость элемента, Ф.

Как видно из уравнения, чем выше емкость и частота тока, тем выше сопротивление компонента и, следовательно, выше емкость дросселя. Величина емкости в дросселе зависит от размера проводника и способа его намотки. В спиральных обмотках между соседними кольцами существует емкость, которая также влияет на протекание тока.

Паразитную составляющую емкости можно также увидеть в резонансном формировании самого изделия, так как дроссель может быть представлен на схеме как ряд индуктивностей и емкостей. Такое соединение создает колебательный контур, работающий на определенной частоте. Если частота сигнала ниже резонансного значения, то будет преобладать индуктивная составляющая, а если выше — емкостная.

По этой причине фундаментальной задачей при изготовлении электронных дросселей является увеличение собственного резонанса структуры.

Индуктивность и самоиндукция

Электрические и магнитные поля неразрывно связаны между собой. Там, где существует одно, обязательно появится другое. Индуктивность — это физическая величина, характеризующаяся накоплением энергии, но в отличие от емкости, эта энергия имеет магнитную природу. Его величина зависит от величины магнитного потока, создаваемого силой тока, протекающего через радиоэлемент. Чем выше ток, тем сильнее магнитный поток через изделие. Сила энергии, запасенной в клетке, зависит от этого потока.

Математическая формула для нахождения индуктивности — L = F/ I, где.

• Ф — магнитный поток, Вб.
• I — ток, протекающий через компонент, A.

Единицей измерения индуктивности является Генри (Hn). Поэтому катушка индуктивности создает магнитный поток, равный одному Веберу (Vb) в тот момент, когда через нее протекает ток.

Сопротивление, оказываемое индуктором, зависит в первую очередь от частоты подаваемого сигнала. Для его расчета используется выражение XL = w*L. Т.е. для постоянного тока оно равно нулю, а для переменного тока зависит от его частоты. Другими словами, для высокочастотных сигналов компонент будет иметь большее сопротивление.

Физический процесс, наблюдаемый при прохождении переменного тока через индуктор, можно описать следующим образом: в первой декаде сигнала (когда ток увеличивается) магнитное поле интенсивно отбирает энергию из контура, а в последней декаде (когда ток уменьшается) отдает ее обратно, так что при прохождении тока энергия не расходуется.

Однако эта модель соответствует идеальному элементу, и на самом деле часть энергии преобразуется в тепло. То есть, существуют потери, характеризуемые коэффициентом качества Q, определяемым отношением полученной энергии к отданной.

При изменении тока, протекающего через проводник в цепи, создается наведенный электрический потенциал (ЭДС) — самоиндукция. Другими словами, переменный ток изменяет величину магнитного потока, что приводит к возникновению ЭМП. эффект проявляется в виде замедления зарождения и затухания тока. Амплитуда самоиндукции пропорциональна величине тока, частоте сигнала и индуктивности. Гистерезис с сигналом составляет 90 градусов.

Устройство

Дроссель — устаревшее название, сейчас чаще называют индуктором, и по сути это компонент электрической цепи, представляющий собой катушку из спиральных, винтовых или спиралевидных дисковых изолированных проводников со значительной индуктивностью, относительно небольшой емкостью и низким активным сопротивлением. В результате, при прохождении переменного тока через катушку возникает значительная инерция. Он состоит из следующих элементов.

1. Катушка, намотанная медным или алюминиевым изолированным проводом. В основном используется медная проволока. Алюминий используется для недорогих и низкокачественных компонентов, чтобы снизить стоимость изготовления устройства и уменьшить его конечную цену.
2. Ферритовые сердечники. Это также относится к сердечникам, изготовленным из диэлектрических материалов, которые будут изменять свои характеристики при воздействии электрического тока.
3. Подключенные контакты.

Конструкция дросселя очень похожа на конструкцию трансформатора. Основное отличие — наличие только одного ряда обмоток. Дроссель также может быть без номера. Этот тип устройств используется в высокочастотных цепях.

Катушка также может быть установлена без сердечника внутри. Устройства без сердечника более проблематичны, поскольку такая конструкция требует большего количества витков на катушке.

Обычные электронные дроссели обозначены на схеме волнистыми линиями. Если дроссель оснащен магнитопроводом, волнистые линии дополняются прямыми.

Основной параметр дросселя зависит от его индуктивности, которая измеряется в генри («Гн»). Ниже приведены характеристики элемента: сопротивление постоянному току, коэффициент качества, ток намагничивания и изменение напряжения.

Принцип работы

Принцип работы дросселя можно описать следующим образом.

1. Дроссель помещается в цепь с источником переменного тока и лампой.
2. При включении цепи лампа загорается с задержкой на короткий промежуток времени. Этот момент наступает в начале первой полуволны и сопровождается нарастанием тока, падением напряжения и возникновением магнитной индукции.
3. На второй полуволне ток уменьшается, а напряжение увеличивается. В этот момент катушка полностью заряжена.
4. На третьей полуволне ток «проталкивается» через катушку и индуктор. В этот момент ток меняет направление.
5. На последней полуволне устройство полностью пропускает ток, позволяя ему пройти через цепь и включить лампу. Это вызывает включение лампы с некоторым гистерезисом.

Назначение реактора переменного тока можно описать следующим образом.

1. Для использования в качестве токоограничивающего элемента в цепи.
2. В качестве насыщающего элемента в регуляторе напряжения.
3. В качестве фильтра для сглаживания электрических пульсаций.
4. В качестве магнитного усилителя для цепей постоянного тока. Этот элемент можно использовать для изменения характеристик индуктивного сопротивления и тока самой цепи.

Все эти особенности и характеристики дросселей используются при проектировании различных устройств и оборудования в электротехнике и электронике.

Виды и характеристики

Основной характеристикой реактора является, конечно же, индуктивность. Но помимо этого существует ряд номинальных параметров, которые характеризуют элементы как продукт. Именно они определяют мощность устройства и срок его службы. Основные из них следующие.

1. 
   Мощность — определяется типом сердечника и площадью поперечного сечения провода. Он указывает на количество сигнала, с которым может справиться реактор. Единицей измерения является ватт.
2. Коэффициент качества и угол потерь — описывает качество устройства. Чем выше коэффициент качества и чем меньше угол, тем лучше качество.
3. Частота тока — f, Гц. В соответствии с этим дроссель классифицируется как низкочастотный, с границами колебаний от 20 до 20 000 Гц, ультразвуковой — от 20 до 100 кГц и сверхвысокочастотный — выше 100 кГц.
4. Максимально допустимое значение тока — I, A.
5. Сопротивление компонента в отключенном состоянии — R, Ом.
6. Потери в магнитной цепи — P, W.
7. Вес — G, кг.

Современные промышленно выпускаемые электромагнитные дроссели отличаются не только по своим характеристикам, но и по типу. Они бывают различных форм, таких как цилиндрические, квадратные, прямоугольные и круглые. Они также доступны в однофазном и трехфазном исполнении, в зависимости от схемы, для которой они предназначены.

Дроссели можно разделить на три типа.

1. Плавные дроссели. Они используются для фильтрации переменных составляющих сигнала и уменьшения их значения. Этот тип элемента устанавливается на входе или выходе выпрямителя или секции преобразования схемы.
2. Ограничители переменного тока. Они ограничивают ток до пускового тока.
3. Насыщенность. Управление индуктивным сопротивлением путем периодического подмагничивания.

Типы проходных сечений дросселей

Давайте рассмотрим наиболее распространенные типы регулируемых чоков.

Игольчатый дроссель

Дроссель или запорный клапан конической или игольчатой формы закрывает отверстие. Дроссельная канавка в переставляемой конструкции короткая, а окружность смачивания мала.

Основным преимуществом игольчатого дросселя является то, что влияние вязкости на производительность пренебрежимо мало, но недостатком является то, что он чувствителен к чистоте рабочей среды, так как малый зазор может засориться при низких скоростях потока.

Щелевой дроссель

Закрывающий и управляющий элемент перемещается внутри корпуса дроссельной заслонки, полностью или частично перекрывая дроссельное отверстие.

Как и игольчатый дроссель, он чувствителен к загрязнениям и подходит для широкого диапазона вязкости жидкостей.

Щелевые дроссельные заслонки лучше всего использовать для более высоких скоростей потока.

Дроссель с продольной канавкой

В закрывающем и управляющем элементе имеется наклонный буртик и прямоугольный или треугольный паз. Сопротивление дросселированию определяется положением запорно-регулирующего элемента по отношению к отверстию в гильзе.

Этот тип устройств имеет относительно короткую дроссельную щель и малую окружность смачивания.

Дроссельные клапаны с продольными прорезями хорошо подходят для малых расходов.

Расчет характеристик

Реакторы имеют маркировку на корпусе с указанием их основных характеристик. Однако, если маркировка отсутствует, или если вы собираетесь изготовить устройство самостоятельно, вам необходимо произвести предварительные расчеты основных параметров устройства. Как произвести такой расчет, описано ниже.

При проведении расчетов используется простая формула для расчета индуктивности.

Для подтверждения правильности рассчитанного количества витков можно использовать тестер индуктивности. Это подтвердит, что необходимое количество оборотов было рассчитано правильно.

Маркировка и обозначения

В электрических схемах и технической документации дроссели обозначаются латинской буквой L, а их графическая идентификация имеет полукруглую форму. Их количество нигде не указано, но обычно их не более трех. Черная точка в начале полукруга обозначает начало поворота. Если индуктор выполнен на проволочном каркасе, то поперек изображения проводится прямая линия. Для обозначения номинального значения элемента используется код из букв и цифр или цветовой код.

Цифры указывают значение индуктивности, а буквы — допуск. Например, код 250 J указывает на индуктивность 25 мкГн с допуском 5%. Если на маркировке указано только одно число, это означает, что допуск составляет 20%. Таким образом, первые две цифры указывают значение в микрогенри, а третья цифра — множитель. Буква D ставится на высокоточные изделия с допуском менее 0,3%.

Цветовая кодировка по сути такая же, как и буквенно-цифровая, но в виде цветных полос. Первые два указывают значение в микрокорнях, третий — коэффициент умножения, четвертый — допуск. Реактор с двумя оранжевыми, коричневыми и белыми полосами имеет индуктивность 33 мкГн и допуск 10 %.

Область применения

Отвечая на вопрос, зачем нужен реактор, можно сказать, что его основное применение — в фильтрах. Ни один высококачественный источник питания не может обойтись без этого простого элемента. Его использование помогает избавиться от пульсаций напряжения, которые могут привести к нестабильной работе многих устройств, таких как материнские платы, видео- и звуковые карты.

Сглаживание формы сигнала путем устранения паразитных составляющих обеспечивает стабильную работу микропроцессорных устройств, которые особенно зависят от качества напряжения питания.

Кроме того, используя свое свойство накапливать энергию и отдавать ее обратно в цепь, реактор нашел применение в люминесцентных лампах. Эти лампы работают по принципу электрического дугового разряда, создаваемого парами инертного газа. Для возникновения дуги между электродами необходимо высокое пусковое напряжение, способное пробить газообразную среду. Индукторы отвечают за генерацию этого разряда.

Они также используются в разработанных в дальнейшем осветительных приборах — индукционных лампах. Они отличаются от люминесцентных ламп тем, что не имеют электродов, необходимых для зажигания. Для получения света используются три компонента — электромагнитная индукция, разряд в газе и свечение люминофора.

Еще одно применение дросселей — пайка трансформаторов. Здесь основное назначение радиодеталей — стабилизировать ток. Сварочные дроссели, установленные в инверторе, изменяют фазу между током и напряжением. Это облегчает зажигание электродов и поддерживает стабильность дуги.

Эта способность генерировать магнитное поле часто используется в мощных электромагнитах, различных электромеханических реле, электродвигателях и даже генераторах.

Токоограничители

Расчет катушек индуктивности

Следующий список показывает, почему индукторы необходимы в качестве токоограничивающих устройств.

1. Катушки без железного сердечника имеют очень низкое сопротивление, поэтому они эффективно ограничивают величину тока короткого замыкания. Даже малейшее снижение мощности дуги короткого замыкания имеет большое значение.
2. Индуктивные катушки активируются при запуске мощного двигателя. После достижения машиной максимальной скорости катушка отключается стартером.
3. В люминесцентных лампах реактор предотвращает быстрое включение тока при его максимальном значении. В результате ртуть постепенно нагревается и переходит в парообразное состояние. дроссель лампы DRL 250 находится внутри лампы. индуктор лампы DNAT отделен от лампы и находится внутри абажура.

Обратите внимание: аббревиатура ДРЛ обозначает ртутную дуговую лампу. ДНАТ обозначает натриевую дуговую трубку.

Катушки насыщения

Когда магнитное поле насыщается, величина сопротивления катушки перестает увеличиваться. В ранние времена насыщенные катушки были основой для регуляторов напряжения. Сегодня их заменили электронные системы.

Фильтры сглаживания

Что такое дроссели в электронике? Они представляют собой сглаживающие фильтры, которые выпрямляют пульсации переменного напряжения в сети. В результате получается стабильное электронное устройство. Такой фильтр выглядит как бочонок на USB-кабеле. Внутри него находится одинарная катушка. В электронной плате используется реактор r68.

Магнитные усилители (МУ)

Они были включены в систему управления двигателем. Сила магнитной индукции в сердечнике насыщается за счет намагничивания стали сердечника. В стартере используется несколько обмоток. Сегодня вместо магнитных пускателей используются тиристорные системы.

Диаграмма магнитного пускателя

Резонансные контуры

Резонансные схемы используются в тюнерах. Катушка индуктивности подключается параллельно с конденсатором, образуя резонансный контур. Эта схема обеспечивает низкое сопротивление на фиксированной частоте.

Электронный дроссель в радио,- и компьютерных схемах

Катушки индуктивности типа r68 используются на печатных платах для разделения токов определенной частоты. Они также выполняют функцию защиты от внешних и внутренних помех в компонентах схемы.

Самостоятельное изготовление

Для того чтобы изготовить дроссель самостоятельно, он должен иметь правильные размеры. Простая формула для расчета индуктивности: L = 0,01*d*w 2 / (L/d + 0,44), где d — диаметр основания (см), L — длина провода (см) и w — количество витков. Если у вас есть мультиметр, который может изменять индуктивность, вы можете использовать его для определения точного количества витков.

Метод намотки по этой формуле предполагает откладывание количества витков. Например, необходимо выбрать катушки реактора с индуктивностью 1 мкГн и номинальным током I = 4А. Берем ядро 2000 НМ с размерами К 16 х 8 х 6. Согласно справочнику, начальный коэффициент индуктивности равен ALH = 1,36 мкГн, а длина магнитопровода le = 34,84 мм. следовательно, число витков будет N = (L/ALH) 0,5 = (1/1,36) 0,5 = 0,86. если N = 1, то для данного тока напряженность магнитного поля в сердечнике составит H = 4*1/(34,84*10-3) = 114 A/м .

Таким образом, дроссель — это катушка, характеризующаяся индуктивностью. Его характеристики позволяют накапливать магнитную силу и подавать ее обратно в цепь в виде электрической энергии. Кроме того, использование этого элемента позволяет подавить составляющую переменного тока в цепи.

Схема подключения

Дроссели часто встречаются в блоках питания и светильниках, оснащенных люминесцентными лампами. В следующей статье будет описано подключение дросселей в схеме этого варианта.

Люминесцентный светильник

В такой схеме реактор действует как пусковое и сглаживающее устройство. Он подключается последовательно с лампой. Стартер также используется последовательно с лампой. Реактор работает по такому принципу.

1. Через цепь протекает переменный ток.
2. Люминесцентную лампу нельзя включать в холодном состоянии из-за ее высокого сопротивления. Протекающий ток не запускает лампу, а нагревает ее катод, который затем поступает на стартер.
3. Внутри стартера подвижный контакт нагревается. После нагрева контакты замыкают цепь.

По мере нагревания катода и стартера в цепи дросселя накапливается ток. При выключении стартера ток с дросселя снимается, а сам стартер разряжается. При разряде электроны в катоде лампы приходят в движение. Они вступают в контакт с газом, и лампа загорается. Схема люминесцентной лампы, состоящей из дросселя, двух стартеров и двух люминесцентных ламп, показана ниже.

Блок питания

Начинающие радиолюбители часто задают вопрос, зачем нужен дроссель в источнике питания. На это есть две причины.

1. Чтобы сгладить компонент переменного тока.
2. Для сглаживания тока пульсаций.

Обычно дроссель в таких устройствах устанавливается непосредственно после диодного моста на выходе и поэтому работает на постоянном токе. При повышении напряжения или коротком замыкании дроссель сгладит значительную часть пульсаций. Когда источник питания стабилен, устройство сглаживает высокочастотные помехи, пропуская в цепь только постоянный ток, не генерируя никаких колебаний. Такой дроссель также действует как дополнительный резистор, значительно снижая напряжение на выходе моста. Дроссель и такая схема подключения показаны на рисунке ниже.

Проверка

До сих пор мы рассмотрели назначение дросселя, из чего он состоит, где он используется и как работает. Теперь давайте попробуем выяснить, как проверить этот компонент на работоспособность. Вы всегда можете использовать мультиметр для проверки целостности компонента и значения его индуктивности.

Индуктивность

Для измерения индуктивности вам понадобится тестер с режимом для измерения этого параметра. На мультиметре это обозначается символом «H» или «Hn». Чтобы измерить индуктивность с помощью мультиметра, выполните следующие действия.

1. Установите мультиметр в режим измерения индуктивности.
2. Затем убедитесь, что тестируемое устройство отключено от источника питания.
3. Подключите измерительный щуп к контактам компонента.

Значение индуктивности, отображаемое измерителем, должно быть близко к значению, указанному на приборе.

Сопротивление

Измерение сопротивления покажет состояние катушки. В этом случае испытание должно быть проведено следующим образом.

1. Индуктор должен быть отключен от цепи.
2. Установите тестер в режим измерения сопротивления.
3. Подключите тестовый щуп к клеммам устройства.

Бесконечно высокое сопротивление будет указывать на обрыв внутренней обмотки. Если сопротивление полностью отсутствует, это указывает на наличие короткого замыкания. Значение сопротивления должно быть близко к спецификации, указанной на корпусе.

Наличие короткого замыкания можно проверить, переключив тестер в режим «проверка». Тестер подаст звуковой сигнал, указывающий на наличие короткого замыкания.

Как отличить резистор от дросселя

По внешнему виду: обычно их отличают от резисторов по толщине (дроссели толще), а от конденсаторов — по неправильной форме «капель».

Более точным методом является сопротивление. Сопротивление дросселя практически равно нулю.

Преимущества и недостатки электромагнитного дросселя

Теперь мы переходим к преимуществам и недостаткам. К преимуществам электромагнитных дросселей относятся.

1. Относительно низкая стоимость.
2. Простота конструкции.
3. Долговечность.

Недостатков у этого устройства, увы, более чем немного. К ним относятся.

1. Большая масса и размер.
2. Лампа мерцает при удвоенной частоте сети.
3. Жужжащий звук.
4. Низкая эффективность из-за высокого индуктивного сопротивления.
5. Лампа может не включаться при отрицательном напряжении.
6. Длительное время запуска (от 1 до 3 секунд).
7. Если запуск затруднен, лампа будет «мерцать» в течение длительного времени, что может привести к перегоранию катушки.

Можно ли обойтись без него

Как я уже сказал выше, дроссель является неотъемлемой частью балласта, и поэтому его нельзя обойти стороной. Однако ничто не может быть более удушающим, чем это. Существуют устройства, которые ограничивают ток другим способом — электронным. Они называются EBF — электронные балласты.

Как видно из схемы на корпусе светильника, этот светильник может работать с 4 светодиодами без использования стартера. Имеет ли смысл использовать ЭБ вместо ЭКГ? Безусловно, из-за ЭКГ.

1. Уменьшенный вес.
2. Не гудит.
3. Не вызывает мерцания лампы с частотой источника питания.
4. Имеет высокую эффективность (на 30-50% выше, чем ЭКГ).
5. Запускает LDS почти мгновенно.

Электронный дроссель сложнее и дороже электромагнитного, но ценовое преимущество хорошо компенсируется.

Типовые неисправности — замыкание, перегрев, обрыв

Теперь давайте рассмотрим возможные неисправности электронных дросселей и узнаем, как их (дроссели) проверить. Наиболее распространенные неисправности ЭКГ

1. Перегрев. Обычно вызывается неправильной эксплуатацией (лампы не проветриваются или стоят в жарком помещении), напряжением сети выше нормы и производственным браком (межкристальное короткое замыкание).
2. Неисправности обмотки. Может быть вызвано перегревом, механическим повреждением или простым производственным браком.
3. Короткие замыкания. Может быть межвитковым или полностью провальным. Причины те же: брак, перегрев, механические повреждения.