Дроссель, обладая высокой индуктивностью, представляет собой компонент, работающий в низкочастотных режимах, где диапазон колебаний электрического тока варьируется от 20 до 100 кГц. В зависимости от частоты работы, дроссели классифицируются на низкочастотные, сверхзвуковые и сверхвысокочастотные дроссели. Последние группы, как правило, не имеют сердечника и могут использовать стандартные резисторы или пластиковые рамки для своей конструкции.
Что такое дроссель и какой принцип его работы
Для нормального функционирования ряда электрических схем необходимо сглаживание тока внутри цепи. В этой статье будет рассмотрено, что именно из себя представляет дроссель. Мы определим его значение, проанализируем различные виды, принципы работы и устройства, а также способы их подключения в различных системах.
Устройство
Дроссель, известный также как индуктор, это элемент электрической схемы, представляющий собой спиральный или витковый намотанный изолированный проводник, обладающий высоким индуктивным сопротивлением при относительно низкой емкости и малом активном сопротивлении. Это означает, что при подаче переменного тока на катушку, она проявляет значительную инерцию. Конструктивно дроссель состоит из нескольких основных компонентов:
- Катушка, на которую намотан изолированный провод, чаще всего медный, хотя алюминий тоже используется, особенно в дешевых и менее качественных компонентах, чтобы снизить производственные затраты.
- В некоторых конструкциях присутствует ферритовый сердечник или другие диэлектрические материалы, которые изменяют свои магнитные свойства при прохождении электрического тока.
- Клеммные контакты для подключения к цепи.
Конструкция дросселя в целом напоминает конструкцию трансформатора, но ключевое отличие заключается в том, что дроссель имеет лишь одну обмотку. Примечательно, что дроссели могут использоваться без сердечника. Однако в таком случае их работа будет существенно сложнее, поскольку такая конструкция требует большего количества витков для достижения необходимой индуктивности.
На схемах дроссели обычно обозначаются волнистой линией, и если устройства оснащены магнитопроводом, обозначение дополнительно включает прямую линию.
Ключевые параметры электрического дросселя зависят, прежде всего, от его индуктивности, измеряемой в Генри (Гн). Кроме индуктивности, важно учитывать также следующие характеристики: сопротивление постоянному току, коэффициент качества, ток намагничивания и изменения напряжения.
Принцип работы
Принцип функционирования дросселя можно объяснить следующим образом:
- Дроссель включается в электрическую цепь, соединённую с источником переменного тока и лампой.
- С момента включения лампы она загорится, но с небольшой задержкой, которая происходит в начале первой полуволны, так как в этот момент ток увеличивается, напряжение падает, и происходит нарастание магнитной индукции.
- На второй полуволне ток начинает уменьшаться, а напряжение усиливается; в этот момент дроссель полностью заряжен.
- На третьей полуволне ток «проталкивается» через катушку. В этот момент ток меняет своё направление.
- Наконец, на последней полуволне дроссель полностью пропускает ток, благодаря чему цепь начинает функционировать, и лампа загорается при определённой задержке.
Функциональные назначения дросселя в цепях переменного тока можно обобщить следующим образом:
- Он служит в качестве элемента для ограничения тока.
- Служит элементом насыщения в устройствах, регулирующих напряжение.
- Используется в качестве фильтра для сглаживания электрических колебаний.
- Дроссель также может выступать в роли магнитного усилителя в цепях постоянного тока, что позволяет изменять свойства индукции и тока в соответствующих электрических цепях.
Все вышеперечисленные характеристики и свойства многожильных проволочных элементов находят активное применение в электронике и электротехнике при создании различных видов оборудования и приборов.
Провода Litz используются во всех электрических цепях. Сглаживание начального электрического напряжения обеспечивает защиту радиоприемников и электрических компонентов от критических перегрузок.
Особенности конструкции
Как уже было упомянуто, конструктивно дроссель представляет собой проводник, намотанный на сердечник, который может принимать различные формы:
- Линейная,
- Кольцевая,
- Овальная,
- Подковообразная.
Эти элементы могут быть как открытыми, так и закрытыми, что зависит от области их применения и специфики дизайна конкретного устройства.
Сфера применения
При подключении двигателей переменного тока могут возникать перегрузки по мощности. В этих случаях дроссель функционирует как ограничитель тока и защищает сеть от перегрузок.
В регуляторах напряжения дроссель используется для снижения амплитуды переменного тока и сглаживания пульсаций, обеспечивая тем самым более стабильную работу всей системы.
В магнитных усилителях применяются специальные катушки. Их сердечник может быть намагничен постоянным током, и, производя изменения в этих параметрах, возможно регулировать индуктивное сопротивление самой катушки.
В люминесцентных лампах (ЛДС) дроссель выполняет два основных назначения:
- Он облегчает зажигание тлеющего разряда после включения стартера, что критически важно для успешного зажигания лампы.
- Предотвращает мерцание лампы, корректируя колебания напряжения в электросети.
Также дроссели применяются в инверторах и импульсных источниках питания, выступая в роли фильтров, которые ограничивают скачки тока.
При выборе сварочных аппаратов перед пользователями стоит дилемма: предпочесть качество или же низкую цену. Обычно выбор падает на более дешевый вариант, однако такие сварочные аппараты могут выявлять сильные скачки тока и разбрызгивание металла во время сварки. Применение дросселя в цепи сварочного аппарата приводит к улучшению качества сварного шва за счет лучшего разжигания и удержания дуги.
Проверка исправности
Конструкция дросселя довольно проста, такая простота приводит к тому, что сбои в работе происходят крайне редко. Однако в некоторых случаях, все же, могут возникать проблемы. Наиболее распространенные неисправности включают в себя отказ коммутации и обрывы цепи, которые зачастую вызваны внешними воздействиями, такими как вибрация, механические повреждения или высокий уровень влажности.
Определить разомкнутую цепь достаточно просто. В этом случае можно использовать кабель или тестер для проверки целостности между входными и выходными клеммами. Если при этом мультиметр показывает бесконечное сопротивление или индикатор не загорается, значит, в цепи присутствует обрыв.
Короткое замыкание между витками катушки нельзя обнаружить с помощью кабельного измерительного устройства. Для этого требуется мультиметр, который позволяет точно измерять значения сопротивления. Переведите мультиметр в режим омметра и проверьте его показания, сопоставив их с номинальным значением. Если разница превышает 20%, необходимо заменить дроссель, так как между витками произошла неисправность.
Важно отметить, что для намотки дросселя следует использовать специальный изолированный провод. Изоляция представляет собой тонкий слой диэлектрического лака, который, возможно, почти незаметен, но эффективно защищает проводник. При самостоятельной намотке катушки рекомендуется не использовать обычную проволоку, а выбирать только изолированную.
Виды и примеры использования
Чтобы более глубоко разобраться в вопросе, что такое дроссель, давайте рассмотрим его конкретные применения в различных схемах. Дроссели нашли своё место практически в каждой структуре, где они используются для разделения компонентов, функционирующих на различных частотах. Также они сглаживают резкие скачки тока, связанные с нарастанием и спадом электрического тока, и служат для подавления различных шумов. В ряде устройств они могут выполнять роль пусковой цепи, способствуя повышению напряжения в процессе запуска. В зависимости от конкретных задач дроссели могут быть классифицированы следующим образом:
- Сглаживающие. Дроссели данного типа, благодаря свойству самоиндукции, предотвращают резкое увеличение или уменьшение тока.
- Ограничивающие. Они действуют таким образом, что предотвращают потери напряжения, благодаря ограничениям, которые препятствуют резким колебаниям тока. При помощи правильной подбора параметров можно подавить пики на определенных частотах. Такие дроссели используются также в статических конденсаторах.
- Линейные дроссели. Эти устройства устанавливаются в устройствах с однофазной сетью и обеспечивают защиту электрооборудования от перенапряжения.
- Дроссели для двигателей. Устанавливаются на входе электроприводов для сглаживания начальных пусковых токов.
Как видно, дроссели имеют многочисленные приложения и используются повсеместно. Они необходимы в каждом бытовом приборе, включая люминесцентные, экономичные и светодиодные лампы, хотя в большинстве своем они компактны и едва заметны. Разбирая любое электронное устройство, будь то проигрыватель или блок питания, возникает высокая вероятность обнаружить в его конструкции индукционную катушку.
Дроссель в лампах дневного света
Для эффективной работы люминесцентной лампы необходимо устройство, которое выполняет функции «старт-стоп». В традиционной версии оно состоит из дросселя и стартера. Каково же назначение дросселя в люминесцентной лампе? Он выполняет две ключевые функции:
- Создает необходимый заряд, который нужен для зажигания тлеющего разряда лампы (маниторинг стартером).
- Во время работы лампы дроссель отвечает за устранение возможных колебаний тока, что способствует равномерному свечению лампы.
Чтобы подключить дроссель к люминесцентной лампе, он соединяется последовательно с лампой, тогда как стартер располагается параллельно. Если любой из компонентов выходит из строя или лампа перегорает, цепь не замыкается, и лампа не зажигается. Принцип работы в данной сборке следующий: когда подается напряжение 220 В, этого хватает лишь для нагрева катодов в лампе, но недостаточно, чтобы зажечь её. В холодном состоянии лампа обладает высоким сопротивлением, и ток проходит через катоды лампы, постепенно их нагревая, пока доказанный ток не дойдет до стартера.
Стартер представляет собой биметаллический контакт, который нагревается и начинает изгибаться во время прохождения тока. В определенный момент он соприкасается с неподвижным контактом и замыкает цепь. В этом случае дроссель срабатывает: нагрев стартера накапливает определенное количество энергии. В момент разрядки стартера происходит высвобождение накопленной энергии, создавая тем самым сильный импульс, и напряжение может подниматься до 1000 В. Этот разряд ускоряет движущиеся электроды, которые ударяются о флуоресцентное покрытие лампы, и в результате лампа загорается. После этого ток начинает течь непосредственно через лампу, ведь её сопротивление становится гораздо ниже. В среднем режиме работы дроссель стабилизирует пики тока. Исходя из описанного, можно отметить, что дроссель одновременно выполняет функцию стартера и стабилизатора.
Как проверить дроссель мультиметром
Теперь, имея представление о том, что такое дроссель и какие у него функции, стоит ознакомиться с тем, как определить его работоспособность. Если ваш мультиметр оснащён функцией измерения индуктивности, это упростит дело. Необходимо лишь провести необходимые измерения. Если присутствуют сомнения по поводу характеристик индуктора, выберете самый высокий предел измерения, который обычно составляет несколько сотен Генри. В приборе они могут быть обозначены буквой Хн (русская буква) или H (латинская буква).
Сначала установите переключатель мультиметра в соответствующее положение и прикоснитесь щупами к проводам катушки. На дисплее отобразится значение. Если оно окажется слишком низким, то установите переключатель на одно из последующих положений, опираясь на предыдущее значение.
Нужно учесть, что не каждый мультиметр имеет возможность измерять индуктивность.
К примеру, если на экране показывается 10 мГн, переключите на следующее более высокое значение и проведите повторное измерение. После этой процедуры, на дисплее появится индуктивность проверяемой катушки. Сравнив ее с таблицей данных, можно узнать, являются ли показания приемлемыми. Они не должны иметь слишком больших расхождений. В случае заметной разницы, дроссель следует заменить.
Если у вас есть простой мультиметр без измерения индуктивности, но с функцией проверки сопротивления, его также можно использовать для определения работоспособности дросселя. В данном случае не индуктивность, а сопротивление будет интересовать вас. Измерив сопротивление обмотки, можно выяснить, работоспособен ли дроссель или же обнаружен обрыв.
Чтобы протестировать дроссель с помощью тестера, установите переключатель мультиметра в режим измерения сопротивления. Выберите диапазон измерения, желательно выбрать более низкий предел, чтобы выявить сопротивление обмотки. Затем следует прикоснуться щупами к концам обмотки. На экране прибора должно отображаться некоторое значение сопротивления. Оно не должно быть бесконечно высоким (что означало бы обрыв цепи) и не должно равняться нулю (что указывало бы на замыкание). При прочих значениях дроссель считается исправным.
Также можно проверить, есть ли короткое замыкание в обмотках, переведя мультиметр в режим проверки целостности и коснувшись щупами к клеммам. Если у вас есть звуковой сигнал, это указывает на короткое замыкание, что также служит сигналом для замены дросселя на новый.
В большинстве случаев электрические элементы имеют размер не более 2-3 см, что делает числовую или алфавитную маркировку неудобочитаемой. Для устранения этой проблемы используется цветовая маркировка электронных дросселей. Эти устройства на схемах часто обозначаются в формате спирали с параллельной линией.
Характеристики
При выборе трансформаторного дросселя необходимо учитывать несколько ключевых характеристик, среди которых наибольшее значение имеет индуктивность, измеряемая в Генри. Однако следует также обратить внимание на другие важные параметры:
- Сопротивление.
- Допустимые колебания напряжения.
- Ток намагничивания в соответствии с номиналом.
На рынке представлены различные типы люминесцентных ламп, и для каждой конкретной лампы требуется свой дроссель. Например, дроссели для ртутно-паровых ламп (ДРЛ) и натриевых дуговых ламп (ДНаТ) не могут использоваться взаимозаменяемо, так как разные типы требуют различных условий запуска и работы. Сами параметры напряжения и тока также имеют различия.
Тем не менее, лампа MGL может использоваться совместно как с дросселем для ДРЛ, так и для ДНаТ, однако её яркость будет зависеть от приложенного напряжения, что в свою очередь повлияет на цветовую температуру источника света.
Важно отметить, что любой трансформаторный дроссель сможет «пережить» множество ламп, только при условии, что он будет исправно функционировать на протяжении всего срока их эксплуатации.
Виды дросселей, предназначенных для конкретных систем:
Тем не менее, со временем лампа «стареет». Вольфрамовые электроды в люминесцентных лампах покрыты специальной пастой на основе щелочных металлов, и эта паста постепенно испаряется, оставляя электроды обнаженными, что в свою очередь увеличивает напряжение и может привести к перегреву дросселя. В результате возможно два сценария:
- Повреждение обмотки катушки, что может привести к полной остановке работы.
- Короткое замыкание катушки, из-за которого лампа оказывается подключенной прямо к электросети. Это, безусловно, приведёт к перегореванию лампочки, и в некоторых случаях может даже стать причиной взрыва и повреждения всего осветительного прибора.
Таким образом, не стоит дожидаться, пока лампа перегорит сама, и следует следовать установленному производителем графику замены ламп. Опытные электрики регулярно проверяют параметры напряжения трансформаторов в процессе профилактического обслуживания, и, если показатели близки к допустимым границам, лампа заменяется до ее окончательного выхода из строя. Проще установить новую, недорогую лампочку, чем впоследствии менять дорогой дроссельный трансформатор.
Принципиальная электрическая схема лампы явно сигнализирует о том, что для срабатывания дросселя нужны оптимальные параметры.
Кроме того, многие производители начинают интегрировать в люминесцентные лампы системы защиты, такие как предохранительные выключатели, которые реагируют на избыточное напряжение в разрядах лампы.
Разделение по назначению
По своей сути, все пускорегулирующие аппараты делятся на две основные группы, аналогично типам используемых ламп:
- Однофазные: эти дроссели предназначены для бытового освещения и офисных помещений, работающих от сети на 220 вольт.
- Трехфазные: используются при подключении к 380 вольтам, они включают в себя такие лампы, как ДРЛ и ДНаТ.
В зависимости от месторасположения дроссели также подразделяются на две категории:
- Встраиваемые (или открытые) дроссели располагаются в корпусе светильника, защищая их от внешних воздействий, таких как влага и пыль.
- Закрытые дроссели (герметичные или водонепроницаемые) помещаются в специальную защитную оболочку и могут быть установлены на открытом пространстве.
Электронные аналоги
Большую часть дросселей составляют довольно громоздкие устройства. Чтобы уменьшить габариты этих компонентов, сохраняя их функциональные характеристики, часто используются полупроводниковые стабилизаторы, которые представляют собой мощные транзисторы. Поэтому фактически мы говорим о так называемом электронном дросселе.
Электронный дроссель, установленный в системе, стабилизирует скачки напряжения и уменьшает его пульсацию, однако, стоит помнить, что этот компонент по-прежнему является полупроводниковым устройством. Это создаёт определенные ограничения по применению их в высокочастотных системах.
Полезные советы
Как и многие другие электронные компоненты, дроссели характеризуются по ряду параметров. Так как этот аспект может быть довольно сложным для неподготовленного человека, в электронике применяется цветовая кодировка. В результате, дроссель геометрически маркируется цветными кольцами, которые указывают на его индуктивность. Первые два кольца отражают номинальную индуктивность, третье — множитель, а четвертое — допускаемое отклонение.
Важно заметить, что если у дросселя всего три цветных кольца, он считается типовым с допуском в 20%.
Цветовая маркировка особенно полезна новичкам, так как она позволяет правильно подбирать параметры различных устройств, таких как транзисторы, электронные дроссели, резисторы и т.д.
