Что такое дроссель, его применение и принцип работы

Что такое дроссель? Как отличить от резистора или трансформатора? Как правильно подключить и зачем вообще это делать? Всё самое интересное далее в статье!

Дроссель в электрике

дроссель в электрике
Дроссель в электрике

Это особый вид катушек индуктивности. Его особенность заключается в том, что он может удерживать в течение некоторого времени токи из определённого диапазона частот. Механизм срабатывания действует быстро, что позволяет пропускать только нужный сигнал.

Это предотвращает ситуацию, при которой напряжении в сети резко меняется. Чтобы повысить уровень безопасности и стабильность работы, дроссель ставят в цепь обязательно. Разберем пропускной диапазон, виды, принцип работы более подробно.

Для чего нужен дроссель

виды дросселей
Виды дросселей

Дроссель используется вместо последовательного резистора, потому что обеспечивает лучшую фильтрацию (меньше остаточной пульсации переменного тока на источнике питания, что означает меньшее гудение на выходе усилителя) и меньшее падение напряжения. «Идеальный» индуктор будет иметь нулевое сопротивление постоянному току. При использовании резистора большего размера, вы быстро достигаете точки, где падение напряжения возрастает до пиковых величин, и, кроме того, «провал» питания становится значительным, потому что разность токов между полной выходной мощностью и холостым ходом может быть немалой, особенно в усилителе класса AB.

Существует две распространенные конфигурации источника питания: конденсаторный вход и дроссельный вход. Входной фильтр конденсатора не обязательно должен иметь дроссель, но для дополнительной фильтрации тот необходим. Источник питания дросселя по определению обязан оснащаться дросселем.

Источник питания с дросселем
Источник питания с дросселем

На входе конденсатора будет конденсатор фильтра, следующий непосредственно за выпрямителем. Тогда он может иметь или не иметь второго фильтра, состоящего из последовательного резистора или дросселя, за которым следует другой конденсатор. Сеть «колпачок – индуктор – колпачок» обычно называется сетью «пи-фильтр». Преимущество входного фильтра конденсатора заключается в более высоком выходном напряжении, но он имеет более низкое регулирование напряжения, чем входной фильтр дросселя.

Источник питания дросселя будет иметь дроссель, следующий сразу за выпрямителем. Основное преимущество входного питания дросселя – лучшее регулирование напряжения, но за счет гораздо более низкого выходного напряжения. Входной фильтр дросселя должен иметь определенный минимальный ток, протекающий через него для поддержания регулирования.

Дроссель в собранном приборе
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 работает дроссель

Дроссель
Дроссель

Во всех переключающих регуляторах индуктор используется в качестве устройства накопления энергии. Когда полупроводниковый переключатель включен, ток в индукторе увеличивается и энергия накапливается. Когда выключатель выключается, эта энергия высвобождается в нагрузку. Количество накопленной энергии определяется как Энергия = ½L·I 2 (Дж)

Где L – индуктивность в Генри, а I – пиковое значение тока индуктора.

Величина, на которую ток в катушке индуктивности изменяется во время цикла переключения, называется пульсирующим током и определяется следующим уравнением:

V l = L·di / DT

Где V l – напряжение на катушке индуктивности, di – ток пульсации, а DT – длительность, в течение которой подается напряжение. Отсюда видно, что значение пульсационного тока зависит от значения индуктивности.

Для понижающего преобразователя выбор правильного значения индуктивности важен для получения приемлемых размеров индуктивности выходного конденсатора и достаточно низкой пульсации выходного напряжения.

Ток индуктора состоит из компонентов переменного и постоянного тока. Поскольку компонент переменного тока является высокочастотным, он будет проходить через выходной конденсатор, который обеспечивает низкий ВЧ-импеданс. Это создаст пульсации напряжения из-за эквивалентного последовательного сопротивления конденсатора (ESR), которое появляется на выходе понижающего преобразователя. Это пульсирующее напряжение должно быть достаточно низким, чтобы не влиять на работу цепи, которую поставляет регулятор.

дроссель в собранной схеме
Дроссель в собранной схеме

Выбор правильного пульсирующего тока также оказывает влияние на размер индуктора и выходного конденсатора. Этот конденсатор должен иметь достаточно высокий номинальный ток пульсации, иначе он перегреется и высохнет. Чтобы получить хороший компромисс между размерами индуктора и конденсатора, вы должны выбрать значение пульсационного тока от 10 % до 30 % от максимального тока нагрузки. Это также подразумевает, что ток в катушке индуктивности будет непрерывным для выходных токов, превышающих 5–15 % от полной нагрузки.

Вы можете использовать индукторы понижающего преобразователя в непрерывном или прерывистом режиме. Это означает, что ток индуктора может течь непрерывно или падать до нуля во время цикла переключения (прерывистый). Однако работа в прерывистом режиме не рекомендуется, так как это делает конструкцию преобразователя более сложной. Выбор пульсирующего тока индуктивности менее чем в два раза ниже минимальной нагрузки обеспечивает работу в непрерывном режиме.

При подборе индуктора для понижающего преобразователя, как и для всех переключающих регуляторов, вам необходимо определить или рассчитать следующие параметры:

  • максимальное входное напряжение;
  • выходное напряжение;
  • частоту переключения;
  • максимальный ток пульсации;
  • рабочий цикл.

Например, для понижающего преобразователя выберем частоту переключения 200 кГц, диапазон входного напряжения 3,3 В ± 0,3 В и выход 1,8 В при 1,5 А с минимальной нагрузкой 300 мА.

Дроссель в блоке питания
Дроссель в блоке питания

Для входного напряжения 3,6 В рабочий цикл будет:

D = V o / V i = 3,6 / 1,8 = 0,5

Где V o – выходное напряжение, а V i – входное напряжение.

Напряжение на индуктивности:

V l = V i – V o = 1,8 В, когда переключатель включен;

V l = – V o = –1,8 В, когда переключатель выключен.

При выборе пульсирующего тока 600 мА необходимая индуктивность: L = V l. Dt / di = (1,8 × 0,5 / 200 × 103 ) / 0,6

L = 7,5 мкГн

Чтобы разрешить некоторый запас, вы должны выбрать значение 10 мкГн. Это дает номинальный пиковый ток пульсации 450 мА. В готовом проекте это можно рассматривать как выходное пульсирующее напряжение 0,45 × ESR выходного конденсатора.

Как измерить индуктивность дросселя мультиметром

Ламповый усилитель с дросселем
Ламповый усилитель с дросселем

Любое проводящее тело обладает определенной конечной индуктивностью. Эта индуктивность является внутренним свойством проводящего тела, и она всегда одинакова независимо от того, находится ли этот проводник или устройство под напряжением в электрической цепи или хранится на полке склада.

Индуктивность прямолинейного сегмента может быть значительно увеличена путем намотки его в виде спиральной катушки, после чего магнитные поля, установленные вокруг соседних витков, объединяются, создавая одно более сильное магнитное поле. Индуктивность катушки зависит от квадрата суммы числа витков.

Индуктивность катушки также значительно увеличивается, если та построена вокруг сердечника, который состоит из материала, имеющего высокую проницаемость для магнитного потока. (Поток – это произведение среднего магнитного поля на величину перпендикулярной области, которую он пересекает. Поток в магнитной цепи аналогичен току в электрической цепи.) Это ситуация в силовых трансформаторах, принадлежащих коммунальным предприятиям, и других катушках, предназначенных для работы на 50 или 60 Гц. Индуктивные эффекты более выражены на более высоких частотах, поэтому для ВЧ-индуктора обычно достаточно воздушного сердечника.

Воздушный сердечник
Воздушный сердечник

Одно из определяющих качеств катушки состоит в том, что при снятии приложенного напряжения, прерывая ток, магнитное поле разрушается, и электрическая энергия, ранее использованная для создания магнитного поля, внезапно возвращается в цепь. Это просто проявление того факта, что магнитное поле и проводник, движущиеся относительно друг друга, вызывают поток тока в проводнике.

Скорость изменения тока в катушке индуктивности пропорциональна приложенному к ней напряжению, определяемому известным уравнением:

V = L dI / dt

Где:

  • L – индуктивность в Генри;
  • V – напряжение, I – ток;
  • t – время.

Подобно конденсатору и в отличие от резистора полное сопротивление индуктора зависит от частоты. Импеданс – это векторная сумма сопротивления (когда и если в цепи есть резистор или эквивалент) и индуктивного или емкостного сопротивления.

В конденсаторе более высокая частота соответствует более низкому емкостному сопротивлению. В индукторе более высокая частота соответствует более высокому индуктивному сопротивлению.

Катушка не оказывает противодействия потоку постоянного тока, за исключением:

  • небольшого сопротивления из-за большой емкости провода;
  • мгновенного индуктивного сопротивления при первом включении катушки из-за работы, необходимой для установления магнитного поля. (В течение времени нарастания постоянный ток по существу переменный.)
Ламповый усилитель
Ламповый усилитель

Уравнение для емкостного сопротивления:

X C = 1 / 2πfC

Где X C = емкостное сопротивление в омах; f = частота в герцах; C = емкость.

Уравнение для индуктивного сопротивления:

X L = 2πfL

Где X L = индуктивное сопротивление в омах; f = частота в герцах; L = индуктивность.

Эти уравнения «симметричны». Один является зеркальным отражением другого, различие заключается в роли, которую играет частота. В емкостном сопротивлении f находится в знаменателе, а в индуктивном сопротивлении – в числителе. Емкостное и индуктивное реактивное сопротивление, а также общий импеданс выражены в омах как сопротивление постоянному току, и они полностью соответствуют закону Ома при том понимании, что эти свойства меняются с частотой.

Как обозначается дроссель на схеме

Условные обозначения:

обозначение дросселя на схеме
Условное графическое обозначение дросселей

Из чего состоит дроссель

Элементы:

  • 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
Схема подключения дросселя

Как отличить резистор от дросселя

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

Более точный способ – сопротивление. У дросселя оно почти нулевое.

Таблица с маркировкой:

Серебряный  0,0110
Золотой  0,15 %
Черный 0120 %
Коричневый1110 
Красный22100 
Оранжевый331000 
Желтый44  
Зеленый55  
Голубой66  
Фиолетовый77  
Серый88  
Белый99  
 1-я цифра2-я цифраМножительДопуск

Чем отличается дроссель от трансформатора

Наглядная схема трансформатора
Наглядная схема трансформатора

Трансформатор оснащён несколькими мотками и меняет величину напряжения. Дроссель имеет одну обмотку и уравнивает пульсации постоянного тока (не пропускает переменную часть дальше в сеть).

Как рассчитать дроссель на ферритовом кольце

Дроссель на ферритовом кольце
Дроссель на ферритовом кольце

Индукторы обычно указываются с двумя номиналами тока: непрерывный (Irms) и пиковый (Isat). Irms обычно указывается как постоянный ток, вызывающий повышение температуры индуктора на 40 °C. Isat – это пиковый ток, который вызывает определенный спад индуктивности – определяется как процентное уменьшение от значения разомкнутой цепи и может варьироваться от 5 % до 50 %. Эти номиналы тока являются руководством к характеристикам индуктора. Фактический максимальный рабочий ток будет зависеть от применения. Учитывая это, необходимо проверить ряд факторов, чтобы обеспечить правильный выбор индуктора.

Два дросселя в сборе

Во-первых, важно посмотреть, как индуктивность «падает» с увеличением тока. Для таких материалов, как железный порошок, порошок пермаллоя молибдена (MPP), сендуст и аморфный порошок, которые используют распределенный воздушный зазор, спад индуктивности начинается при очень низких уровнях тока и продолжается почти линейным образом при увеличении тока. Если используется ферритовый материал, любое постепенное изменение индуктивности затопляется большим зазором, который необходимо ввести для накопления энергии. В результате индуктивность резко падает в точке насыщения всего ядра. До достижения этой точки индуктивность остается практически постоянной.

Пускорегулируещие устройство для ламп
Пускорегулируещие устройство для ламп

Для материалов с ферритовым сердечником пиковый ток обычно указывается для снижения индуктивности от 10 % до 30 % от значения разомкнутой цепи. Работа при более высоких уровнях тока не рекомендуется, так как индуктивность быстро упадет до низкого уровня. Однако для порошкообразных материалов максимальный ток может быть задан при любом спаде до 50 % при работе за пределами возможной, если индуктор не перегрелся.

Как рассчитать дроссель для импульсного блока питания

Регуляторы напряжения на материнской плате
Регуляторы напряжения на материнской плате

Высококачественные мультиметры часто включают емкостный режим. Чтобы сделать это измерение, просто исследуйте выводы тестируемого устройства. В целях безопасности и точности может потребоваться разрядка устройства с высокой емкостью, такого как электролитический конденсатор, с использованием разумного сопротивления в течение соответствующего промежутка времени. Шунтирование с помощью отвертки не является хорошей практикой, потому что электролит может быть пробит из-за сильного тока, не говоря уже о вспышке дуги в больших единицах. После разряда проверьте, измерив напряжение.

Можно ожидать, что конденсаторы, протестированные с помощью мультиметра в емкостном режиме, будут показывать значения ниже на целых 10 %. Эта точность достаточна для многих применений, таких как цепь запуска для электродвигателя или для фильтрации источника питания. Большая точность достигается путем проведения динамического теста. Одной из стратегий точного измерения является создание схемы, преобразующей емкость в частоту, которую затем можно определить с помощью счетчика.

схема с дросселем
Схема с дросселем

Для измерения индуктивности устройства, собственной индуктивности цепи или более распространенной распределенной индуктивности прибор LCR является предпочтительным инструментом. Он подвергает тестируемое устройство (надлежащим образом разряжается и изолируется от любых окружающих цепей, которые могут запитать его или создать нерелевантный параллельный импеданс) переменному напряжению известной частоты, обычно одно среднеквадратичное значение на один килогерц. Измеритель одновременно измеряет напряжение и ток через устройство. Из соотношения этих величин он алгебраически рассчитывает импеданс.

Впоследствии усовершенствованные измерители фиксируют фазовый угол между приложенным напряжением и результирующим током. Они используют эту информацию для отображения эквивалентной емкости, индуктивности и сопротивления рассматриваемого устройства. Счетчик работает в предположении, что емкость и индуктивность, которые он обнаруживает, существуют в параллельной или последовательной конфигурации.

Фильтр питания
Фильтр питания

Конденсаторы имеют определенное количество непреднамеренной индуктивности и сопротивления в результате их выводов и пластин. Точно так же индукторы имеют некоторое сопротивление из-за своих выводов, и они обладают определенной емкостью, потому что их клеммы приравниваются к пластинам. Аналогично резисторы, а также полупроводники на высоких частотах приобретают емкостные и индуктивные качества.

Как правило, счетчик предполагает, что подразумеваемые устройства включены последовательно, когда он выполняет измерения LR. Аналогично предполагается, что они параллельны, когда проводятся измерения CR, из-за последовательной геометрии катушки и параллельной геометрии конденсатора.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

meanderss.ru © 2020

Adblock
detector