Дроссель – это необходимый элемент цепи :: SYL.ru

Включение и нормальное функционирование любых осветительных приборов невозможно без наличия в электрической системе специального механизма, выполняющего роль регулятора и ограничителя напряжения. Средством, способным создать краткосрочное пусковое напряжение для возникновения электрического разряда, позволяющего включать люминесцентные источники света, является дроссель. Это механизм, наличие которого необходимо в каждой электрической цепи, включающей лампы и другие осветительные приборы.

Принцип работы

Дроссель — это один из элементов цепи, задача которого состоит в уменьшении воздействия токов с определенными диапазонами частот. Механизм способен их задерживать на некоторое время, обеспечивая предотвращение резких перепадов тока. По закону самоиндукции на выходе создается дополнительное краткосрочное пусковое напряжение, которое необходимо для зажигания люминесцентных ламп. Оно длится доли секунды, но этого вполне хватает для зажигания осветительных приборов.

Функции

Дроссель – это катушка индуктивности, для которой характерны высокие показатели сопротивляемости к переменному току и низкие – к постоянному, что позволяет ей защищать источники питания от скачков электрического напряжения в цепи, различных помех, а также создавать электрический разряд, необходимый для начала работы люминесцентных ламп. Благодаря такой способности приборы как регуляторы очень востребованы в случаях, когда в электрической системе, вследствие подключения усилительных устройств, возможно возникновение тока высоких частот.

Дроссель – это устройство для полноценного функционирования люминесцентных приборов.

Характеристика дросселя

Прибор является маленьким электрическим трансформатором. Его выбор, характеристика и внешнее оформление зависят от частот, для которых он предназначен.

Дроссель – это регулятор напряжения в сети, содержащий сердечник, который состоит из изолированных друг от друга стальных пластинок (материал — магнитодиэлектрические сплавы или феррит). Его использование позволяет уменьшить габариты дросселя без снижения его индуктивных показателей.

Покрывается сердечник специальной обмоткой. Она состоит из одного или нескольких витков изолированного провода. Ее функция – пропускать через себя электрические сигналы к дросселю для осуществления дальнейшего противодействия – уменьшения или распределения между источниками в электрической цепи. Количество витков зависит от частот, в которых функционирует дроссель.

Для регулирования силы тока низких частот используются дроссели с одной обмоткой, а для высоких – катушки с несколькими обмотками. Это обусловлено тем, что катушка выступает в качестве барьера при внезапном увеличении напряжения в электрической сети. При высоком росте напряжения или его резком снижении увеличивается риск перегорания лампочек, и тем целесообразнее использовать дроссели с большим количеством витков.

Некоторые высокочастотные устройства могут быть без сердечников. Провода в таких регуляторах наматываются на каркас из пластика.

Разновидности

В зависимости от частот токов, используемых в электрической цепи, дроссели бывают:

• Низкочастотные. Они используются при частотах, не превышающих 20 кГц. Такая частота в радио- и электротехнике считается звуковой.
• Переменные. Используются для участков ультразвуковых частот, не превышающих 100 кГц.
• Высокочастотные. Применимы для частот свыше 100 кГц.

В зависимости от места, в котором выполняется установка дросселей, они бывают двух видов:

• Открытые. Монтируются в корпусах светильников. Такие дроссели защищены от пыли и влаги.
• Закрытые. Оснащены специальным защитным коробом, что позволяет свободно монтировать приборы на улице.

В зависимости от вида ламп, для которых они предназначены, различаются приборы:

• Однофазные. Применяются для люминесцентных источников света в офисных и бытовых электрических сетях с напряжением до 220 вольт.
• Трехфазные. Используются при подключении ламп ДРЛ и ДНАТ в цепи с напряжением 380 вольт.

Рекомендации по использованию

При наличии определенных достоинств дроссели имеют недостаток – они склонны к перегреву, который возникает вследствие высокого напряжения. Напряжение способно увеличиваться, когда по истечении времени на электродах испаряется специальное щелочное покрытие. Как результат — обрывается обмотка, и электроды перестают получать необходимое для работы напряжение. Перегревы также приводят к замыканиям внутри катушки, что ведет к перегоранию подключенного источника света, его порче.

Чтобы предотвратить возможные перегорания дросселей, важно следовать правилам эксплуатации люминесцентных ламп и вовремя их заменять.

Что такое дроссель — для чего он нужен и чем можно заменить

Если вы знакомы с радиоэлектроникой или хотя бы имеете представление о том, как выглядят платы блоков питания, зарядных устройств, комплектующих компьютерной техники, то наверняка знаете, что они редко обходятся без дросселей — ферритовых колец с медной обмоткой. Какую же функцию выполняет эта деталь и в каких случаях используется?

Что такое дроссель

Простота и надёжность конструкции обеспечили широкое распространение дросселей

Слово «дроссель» произошло от немецкого Drossel — сокращать, ограничивать. В механике есть множество деталей со схожими названиями, а вот в электротехнике понятие «дроссель» может означать лишь одну из разновидностей катушки индуктивности, способную сглаживать нежелательные колебания частоты и других параметров электрического сигнала.

Закон самоиндукции не допускает резкого снижения силы тока в дросселе, формируя на выходной обмотке дополнительное напряжение.

Назначение

Установка дросселя необходима в том случае, когда любые переменные параметры тока являются нежелательными для цепи. Проще говоря, этот компонент позволяет «отсеять» помехи в заданном диапазоне, устранить паразитные пульсации и колебания.

Кроме того, иногда дроссель играет роль разделителя сигнала. С его помощью реализуется электронная изоляция участка сети, выполняется развязка частот и другие базовые операции, без которых невозможна стабильная работа сложных схем.

Ремонт и замена

Перед тем как ремонтировать сломанный дроссель, лучше предварительно измерить его индукцию

Конструкция большинства дросселей относительно проста — две обмотки на круглом магнитном сердечнике. Следовательно, и ремонтировать их несложно. При обрыве обмотки достаточно выпаять компонент с платы, удалить повреждённую проволоку и намотать новую с таким же сечением.

При ремонте простых бытовых приборов допустима замена дросселя парой катушек индуктивности, резисторами с малым сопротивлением или даже перемычками, однако, прежде чем принимать такое решение, следует детально изучить схему устройства и убедиться, что удаление дросселя не нарушит её функционирование.

Законы индукции — база, на которой построена работа многих современных электронных устройств. Достоточно их изучить для того чтобы разбираться со всеми нюансами применения дросселей, трансформаторов и катушек индуктивности.

дроссель электрический — это… Что такое дроссель электрический?



дроссель электрический

дро́ссель электри́ческий

катушка индуктивности, включаемая в электрическую цепь последовательно с нагрузкой для устранения (подавления) переменной составляющей тока в цепи, а также для разделения или ограничения сигналов различной частоты. Дроссель обычно выполняют с сердечником из электротехнической стали, пермаллоя или специальных материалов с большой магнитной проницаемостью. Реактивное сопротивление дросселя хL связано с частотой тока f и индуктивностью L дросселя соотношением: хL = 2πf·L = ωL, где ω = 2πf – циклическая частота. Сопротивление дросселя увеличивается с увеличением частоты и близко к нулю для постоянного тока. Благодаря этому свойству дроссели широко используются, напр., в сглаживающих фильтрах, позволяющих уменьшать пульсации напряжения, получаемые на выходе электрических выпрямителей.

Схема включения дросселя в электрическую цепь:

D – дроссель; R_Н – нагрузка; U – напряжение источника тока

Энциклопедия «Техника». — М.: Росмэн. 2006.

.

• дробилка
• дуга электрическая

Смотреть что такое «дроссель электрический» в других словарях:

• ДРОССЕЛЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ — катушка индуктивности, которую включают в электрическую цепь для устранения (подавления) переменной составляющей тока в цепи, разделения или ограничения электрических сигналов различной частоты. Применяется, напр., в выпрямителях тока …   Большой Энциклопедический словарь

• ДРОССЕЛЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ — катушка индуктивности, к рую включают в электрич. цепь последовательно с нагрузкой (см. рис.) для устранения (подавления) перем. составляющей тока в цепи, а также для разделения или ограничения сигналов разл. частоты. Реактивное электрич.… …   Большой энциклопедический политехнический словарь

• дроссель электрический — катушка индуктивности, которую включают в электрическую цепь для устранения (подавления) переменной составляющей тока в цепи, разделения или ограничения электрических сигналов различной частоты. Применяется, например, в выпрямителях тока. * * *… …   Энциклопедический словарь

• Дроссель электрический —         катушка индуктивности, которую включают в электрическую цепь для устранения (подавления) переменной составляющей тока в цепи, разделения или ограничения сигналов различной частоты. Д. э. включается в цепь последовательно с нагрузкой… …   Большая советская энциклопедия

• ДРОССЕЛЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ — катушка индуктивности, к рую включают в электрич. цепь для устранения (подавления) переменной составляющей тока в цепи, разделения или ограничения электрич. сигналов разл. частоты. Применяется, напр., в выпрямителях тока. Схема включения дросселя …   Естествознание. Энциклопедический словарь

• электрический дроссель — дроссель Дроссель электрический, катушка индуктивности, которую включают в электрическую цепь для устранения (подавления) переменной составляющей тока в цепи, разделения или ограничения сигналов различной частоты. Дроссель электрический… …   Справочник технического переводчика

• Дроссель — (нем. Drossel) ограничитель, регулятор. Дроссель электрический катушка индуктивности, обладающая высоким сопротивлением переменному току и малым сопротивлением постоянному. Обычно включается в электрическую цепь постоянного тока для… …   Википедия

• Электрический аппарат —         электротехническое устройство, предназначенное для изменения, регулирования, измерения и контроля электрических и неэлектрических параметров различных устройств, машин, механизмов и т. п., а также для их защиты от перегрузок при… …   Большая советская энциклопедия

• электрический реактор — Индуктивная катушка, предназначенная для использования ее в силовой электрической цепи Примечание. Силовая электрическая цепь по ГОСТ 18311 80 [ГОСТ 18624 73] Недопустимые, нерекомендуемые дроссель Тематики реактор электрический Классификация… …   Справочник технического переводчика

• ДРОССЕЛЬ — (1) электрический ка тушка индуктивности, которую включают в электрическую цепь последовательно с нагрузкой RH для устранения (подавления) переменной составляющей тока в цепи, а также для разделения или ограничения сигналов различной частоты; (2) …   Большая политехническая энциклопедия

Что такое дроссель и для чего он нужен

Термин «дроссель» в переводе с немецкого языка означает «ограничивать» или «сглаживать» в зависимости от контекста. В технике применяют два вида этого устройства: механический и электротехнический. Термин «ограничивать» больше подходит к первому виду, а «сглаживать» — ко второму, но лучше разобраться подробнее, для чего бывает нужен дроссель и как он устроен.

Электротехнический вид

По своей конструкции этот вид устройства представляет собой магнитопроводящий сердечник с намотанным на него проводником. При прохождении через него переменного тока возникает магнитный поток в сердечнике, имеющий небольшое временное запаздывание по сравнению с силой тока. В период спадания прохождения электротока магнитный поток еще некоторое время находится на стадии возрастания и индуцирует ток, имеющий направление, противоположное основному.

Иначе говоря, дроссель является индукционным сопротивлением, способным сглаживать пиковые значения силы тока уменьшать амплитуду пульсации. Это свойство используется во многих бытовых и промышленных электроприборах, работающих от сети переменного тока.

Особенности конструкции

Как отмечалось, конструктивно это устройство состоит из проводника, который намотан на сердечник. По форме сердечник может быть любым:

• линейным;
• кольцеобразным;
• овальным;
• подковообразным.

Выпускаются эти элементы как открытого типа, так и с закрытым корпусом в зависимости от сферы применения и конструкции конкретного прибора.

Сфера применения

Во время включения электродвигателей переменного тока отмечается скачок напряжения. Дроссель в этом случае играет роль токоограничителя и защищает сеть от перегрузки.

В стабилизаторах напряжения такое устройство служит для уменьшения амплитуды переменного тока и сглаживания пульсаций.

В магнитных усилителях устанавливаются особые дроссельные устройства: их сердечник способен подмагничиваться постоянным током. Изменяя параметры последнего, можно изменять параметры самого дросселя, а конкретно — индуктивное сопротивление.

В лампах дневного света (ЛДС) дроссель выполняет две задачи:

• способствует зажиганию тлеющего разряда после срабатывания стартера;
• предотвращает мигание лампы из-за перепадов напряжения в сети.

В инверторах и импульсных блоках питания применяют дроссельные блоки с целью ограничения резких всплесков тока. Рассматриваемое устройство в этом случае играет роль фильтра.

При выборе сварочного аппарата возникает дилемма: отдать предпочтение качеству или цене. Второе, как правило, побеждает. Более дешевые «сварочники» отличаются тяжелым зажиганием дуги и разбрызгиванием металла во время сварки из-за пульсаций силы тока. Использование дросселя в цепи сварочного аппарата позволяет получить качественный и ровный сварочный шов, упрощает поджиг дуги и ее удержание.

Проверка исправности

Конструкция дросселя настолько простая, что он очень редко выходит из строя. Но к сожалению, иногда это случается. Самые распространенные неисправности — межвитковое замыкание и обрыв цепи

, причинами которых, как правило, являются внешние воздействия (вибрация, намокание, механическое повреждение и т. п. ).

Обрыв цепи диагностировать проще всего: с помощью прозвонки или тестера проверяется цепь между контактами на входе и выходе. Если мультиметр показывает бесконечное сопротивление или на прозвонке индикатор не горит, значит, где-то есть обрыв.

Замыкание между витками определить при помощи прозвонки не получится. В этом случае необходим прибор, который точно замеряет сопротивление. Используют мультиметр в режиме омметра, замеряют показатели и сравнивают с номинальным значением. При расхождении более 20% однозначно необходима замена дросселя, так как присутствует межвитковое замыкание.

Механический дроссель

Этот класс устройства имеет два типа: с механическим и электрическим приводом. По своей конструкции они представляют собой заслонку с тем или иным приводом, регулирующую прохождение потока газа или жидкости.

Львиная доля механических дросселей установлена на двигателях внутреннего сгорания между впускным коллектором и воздушным фильтром. Нажатие на педаль акселератора поворачивает дроссельную заслонку и увеличивает поток входящего воздуха. Это приводит к увеличению подачи топливно-воздушной смеси в цилиндры и ускоряет двигатель.

Если педаль газа соединена тросиком или системой тяг с дросселем — значит, последний имеет механический привод, характеризующийся высокой надежностью и простотой ремонта. В некоторых моделях автомобилей для более точного управления оборотами двигателя используется система из датчиков положения педали газа и электропривода заслонки дросселя.

дроссель | Электрознайка. Домашний Электромастер.

Одним из самых распространенных элементов электрических схем является индуктивность. Это в общем случае катушка с проводом с вставленным в нее ферромагнитным сердечником или без него. Рассмотрим применения свойств катушки индуктивности в различных областях техники.

Индуктивность применяется в различных приборах в радиотехнике, электротехнике, технике связи, электронике, автоматике и многих других областях.

Это трансформаторы, различные электрические фильтры, электромагнитные реле, преобразователи электрической энергии и т.д.

Если конденсатор – это накопитель электрической энергии (заряда), то индуктивность – это накопитель электромагнитной энергии.

Самое простое применение катушки с проводом – это электромагнит.

При прохождении электрического тока по проводу, вокруг него образуется постоянное магнитное поле. Чем больше витков в катушке и чем больше электрический ток, проходящий через нее, тем больше магнитный поток пронизывающий витки катушки.
Для увеличения силы притяжения электромагнита в катушку вводят ферромагнитный (стальной) сердечник.
Свойство катушки с проводом образовывать магнитное поле, используется в мощных электромагнитах, во всевозможных электромеханических реле, электрических двигателях и генераторах и т.д.

Катушка индуктивности — фильтр 

Катушка индуктивности имеет минимальное сопротивление для прохождения постоянного электрического тока, но для переменного тока имеет большое сопротивление.

Это свойство индуктивности используется для разделения цепей переменного и постоянного токов.
В технике электросвязи и радиосвязи используется множество различных фильтров нижних и верхних частот, схем дистанционного питания и т.д.
Катушка с ферромагнитным стальным сердечником используется в фильтрах блоков питания сетевых выпрямителей для сглаживания пульсаций переменного тока.

 

 Катушка с проводом источник Э.Д.С.

При воздействии на катушку переменного магнитного поля в ней образуется переменный электрический ток.
Это свойство катушки индуктивности используется в электрических генераторах постоянного и переменного тока.
В них идет преобразование механической энергии в электрическую энергию.

Дизель-генераторные электростанции используют энергию сгорания дизельного топлива; 

Тепловые электростанции – ТЭЦ используют энергию газа, угля, и др.;
Гидроэлектростанции – ГЭС используют энергию падающей воды;
Атомные электростанции — АЭС используют энергию деления атомного ядра.
Во всех циклах преобразования энергии конечным элементом является электрический генератор одно или трех — фазного переменного тока.

 

Катушка индуктивности — трансформатор.

При протекании переменного тока через катушку вокруг нее образуется переменное магнитное поле, которое в свою очередь воздействует на соседнюю катушку (обмотку) и создает в ней переменный электрический ток.
Трансформаторы тока – напряжения используются для преобразования переменного электрического напряжения и тока одной величины в напряжение и ток другой величины.
Трансформаторы служат также для согласования сопротивления нагрузки с внутренним сопротивлением источника (генератора) электрической энергии.
Трансформаторы используются во всех областях электротехники, радиотехники, электросвязи, автоматики и т.д.

 Катушка индуктивности — элемент колебательного контура.

Если объединить свойства конденсатора и индуктивности, то можно создать электромагнитный контур для получения синусоидальных колебаний переменного тока. В этом контуре заряд, накопленный в конденсаторе, передается в катушку и преобразуется в магнитное поле. Магнитное поле в свою очередь, наводит ЭДС самоиндукции в катушке, которая и заряжает конденсатор. Процесс этот повторяется многократно, постепенно затухая из-за потерь в контуре.
Колебательные контуры бывают двух видов — параллельный и последовательный.
Колебательные контуры используются для получения незатухающих колебаний синусоидальной формы низкой – НЧ, высокой ВЧ и сверхвысокой СВЧ частот.
Электросвязь, радиотехника, автоматика, космическая связь – перечень применения колебательного контура в технике безграничен.

Вот далеко не полный перечень свойств катушки с проводом в различных устройствах и приборах.

Дроссель – это прибор, уменьшающий напряжение. Дроссель – это необходимый элемент цепи

Дроссели переменного тока широко применяются в различных электрических установках и в цепях радиоустройств, например в балластных, токоограничивающих, в антенных контурах мощных генераторов, в полосовых фильтрах мощных усилителей и т. д. Широкое применение в последнее время дроссели нашли моделирующей технике.

Дроссели изготовляют для включения в электрические цепи с мощностью от нескольких вольтампер до с индуктивностью от 0,01 до на токи от до 10 а. Изоляция дросселей рассчитана на различные значения допустимого рабочего напряжения — до 2500 в у низковольтных и выше у высоковольтных. В дальнейшем рассматриваются только низковольтные однофазные дроссели.

Дроссель представляет собой в основном обтекаемую переменным током катушку с ферромагнитным сердечником. Последний резко увеличивает магнитное поле. При одинаковых параметрах дроссель с ферромагнитным сердечником несравненно компактнее, чем катушка без сердечника. Подчеркнем, что при прочих равных условиях индуктивное сопротивление дросселя тем больше, чем лучше магнитные свойства ферромагнетика, т. е. чем больше его магнитная проницаемость.

Все характеристики дросселя обусловливаются свойствами его ферромагнитного сердечника.

Вольтамперные характеристики при этом могут быть близкими к линейным, а могут быть и существенно нелинейными.

Свойства нелинейного дросселя отличны от свойств линейного дросселя. Так, при заданной частоте сопротивление нелинейного дросселя — величина непостоянная, зависящая от величины приложенного напряжения. Обычно индуктивное сопротивление дросселя значительно меньше при насыщенном, чем при ненасыщенном сердечнике. Форма кривой тока, протекающего по обмотке нелинейного дросселя, зависит от формы кривой приложенного напряжения и от его величины. Если напряжение синусоидально и сердечник ненасыщен, то форма кривой тока практически близка к синусоидальной, при насыщенном замкнутом сердечнике ток несинусоидален.

Нелинейность дросселя в ряде случаев — фактор нежелательный. В то же время она определяет применение дросселя в некоторых устройствах современной автоматики и радиоэлектроники.

Некоторая линеаризация вольтамперной характеристики дросселя может быть получена, если его магнитопровод сделать с немагнитным зазором. Дроссель в таком случае становится ограниченно линейным элементом, индуктивное сопротивление которого постоянно при изменении в определенных пределах тока дросселя.

Применение немагнитного зазора целесообразно и для получения в дросселе большей магнитной энергии. Магнитопроводы дросселей радиоэлектронной аппаратуры эти зазоры обычно имеют. Немагнитный зазор вносит ряд особенностей в работу дросселя. В частности, при нем наблюдается и явление «уширения», или «выпучивания», магнитного потока . Следует указать, что даже большой зазор в магнитопроводе не делает дроссель полностью линейным элементом, так как электрическая энергия, расходуемая на покрытие потерь в сердечнике, не пропорциональна квадрату тока. При проектировании дросселей, близких к линейным, неизбежно приходится считаться с нелинейностью ферромагнитного сердечника.

Принципиально следует различать три вида дросселей: простые дроссели переменного тока, которые часто называют катушками индуктивности с ферромагнитным сердечником, сглаживающие дроссели для выпрямителей и управляемые дроссели, или дроссели насыщения .

Ниже рассматриваются только простые однофазные маломощные дроссели переменного тока.

Рис. 1.1. Типичные конструкции однофазных дросселей открытого исполнения: а — броневой с ленточным магнитопроводом; б — стержневой с ленточными сердечниками и двумя катушками; в — тороидальный; г — броиевой с сердечником штампованных пластин; д — броневой с креплениями из пластмассы.

Дроссели в

Дроссель переменного тока и его расчёт

Всем доброго времени суток! В прошлой статье я рассказал о дросселях сглаживающих фильтров и изложил принцип их расчёта. Однако такие типы дросселей в бытовой технике применяются не очень часто, так как в маломощных устройствах зачастую эффективнее использовать ёмкостные фильтры. Наиболее часто в электронных устройствах применяют другой вид дросселей – дроссели переменного тока. Об их особенностях, принципах работы и расчёте параметров таких дросселей пойдёт речь в этой статье.

Для сборки радиоэлектронного устройства можно преобрески DIY KIT набор по ссылке.

Особенности работы дросселя переменного тока

Дроссель переменного тока, так же как и любой другой дроссель представляет собой катушку индуктивности с ферромагнитным сердечником. Данный тип дросселя включается последовательно с нагрузкой, аналогично сглаживающему дросселю, но в отличие от него, протекающий ток через дроссель переменного тока не имеет постоянного тока подмагничивания. В связи с этим дроссель переменного тока широко применяется в балластных и токоограничительных цепях, мощных антенных и фильтрующих устройствах, а так же в различных импульсных преобразователях напряжения.

В независимости от применения дросселя в схеме его работа основана на зависимости его реактивного сопротивления X_L от частоты f протекающего через него тока I_H и падении напряжения на дросселе U_L

Дроссель переменного тока.

Таким образом, величина напряжения на дросселе U_L определяется индуктивностью дросселя L и параметрами тока, протекающего через дроссель: частота тока f и значение тока в цепи I_H.

Влияние немагнитного зазора на дроссель

В предыдущих статьях я рассказывал о негативном влиянии насыщения сердечника на снижение магнитной проницаемости μ_e и индуктивности дросселя L, которые приводят к искажению формы тока протекающего через дроссель.

Форма тока, протекающего через дроссель: для ненасыщенного сердечника (1) и для насыщенного сердечника (2).

На данном рисунке изображено искажение формы тока синусоидального напряжения при работе дросселя на насыщенном и ненасыщенном участке кривой намагничивания. Степень искажения формы напряжения зависит также от отношения реактивного сопротивления дросселя к активному сопротивлению нагрузки X_L/R_H. То есть при насыщении сердечника, чем меньше данное соотношение, тем меньше степень искажения формы напряжения. Таким образом, введение немагнитного зазора кроме стабилизации величины индуктивности, в широких пределах изменения тока, позволяет пропустить через дроссель переменный ток без значительных изменений.

Кроме вышеописанных факторов, введение немагнитного зазора приводит к некоторым особенностям, которые необходимо учитывать при разработке и изготовлении дросселей с зазором. Основной особенностью является уширение магнитного потока в зазоре.

Уширение магнитного потока в немагнитном зазоре дросселя: стержень дросселя (слева) и его поперечное сечение (справа). Пунктиром обозначены размеры увеличенного сечения вследствие выпучивания магнитного потока.

Данное явление связанно с тем, что в дросселе с зазором магнитный поток выходит за пределы пространства, находящегося между двух концов разрезанного сердечника, поэтому площадь поперечного сечения в немагнитном зазоре как бы увеличивается.

Размеры уширения сечения зависит от длины обмотки дросселя l_об, площади сечения сердечника S_e и длины немагнитного зазора l_з. Уширение магнитного потока уменьшает магнитное сопротивление цепи и, следовательно, увеличивает индуктивность дросселя. Для учёта уширения магнитного потока и увеличения индуктивности вводится коэффициент выпучивания F, учитывающий уширение магнитного потока в немагнитном зазоре. Поэтому значение индуктивности дросселя будет определятся следующим выражением

где ω – количество витков провода в обмотке,

μ₀ – магнитная постоянная, μ₀ = 4π*10^-7 Гн/м,

μ_е – эквивалентная (относительная) магнитная проницаемость сердечника,

S_е – эквивалентная площадь поперечного сечения сердечника,

l_е – эквивалентная длина магнитной линии сердечника.

l_M – длина магнитной линии в сердечнике.

F – коэффициент, учитывающий уширение магнитного потока в зазоре.

Принципы расчёта дросселей переменного тока

Расчёт дросселя переменного тока ведётся аналогично расчёту сглаживающего дросселя, но с учётом начальных условий. Так для дросселя переменного тока определяющими параметрами являются: требуемая индуктивность L, приложенное напряжение U_L, частота переменного тока f, перегрев дросселя. Кроме этого необходимо определиться с материалом сердечника дросселя, который определят индукцию насыщения B_S и максимальную индукцию в сердечнике B_m, которая для предотвращения насыщения сердечника выбирается из условия

В основе расчётов дросселя переменного тока лежит выражения для определения величина действующего напряжения падающего на дросселе U_L

где f – частота переменного тока,

L – индуктивность дросселя,

I – действующее значение тока дросселя.

Тогда с учетом выражения для индуктивности дросселя с замкнутым сердечником и выражения для максимальной индукции в сердечнике напряжение на дросселе будет зависеть от следующих параметров

где μ_е – эквивалентная магнитная проницаемость сердечника,

μ₀ – магнитная постоянная, μ₀ = 4π•10^-7 Гн/м,

ω – количество витков обмотки дросселя,

S_e – эквивалентное сечение сердечника дросселя,

l_e – эквивалентная длина магнитного пути сердечника дросселя,

B_m – максимальное значение магнитной индукции сердечника,

k_a – коэффициент амплитуды тока (напряжения) дросселя.

Получившееся выражение довольно часто можно встретить под названием основной формулы трансформаторной ЭДС, так как оно устанавливает однозначное соотношение, между ЭДС на зажимах обмотки и числом витков обмотки, при заданной величине магнитной индукции в сердечнике. Тогда при синусоидальном напряжении (коэффициент амплитуды k_a ≈ 1,414) выражение принимает следующий вид

Вернёмся к исходному выражению для напряжения на дросселе U_L, в котором неоднозначным является параметр – количество витков. Данный параметр кроме всего прочего (величины индуктивности L и магнитной проницаемости μ_е сердечника) зависит от размеров магнитопровода, а конкретнее от площади окна S_O, которое можно вычислить по следующему выражению

где I – действующее значение тока дросселя,

ω – количество витков обмотки дросселя,

k_И – коэффициент использования окна сердечника,

j – плотность тока в проводе обмотки.

Параметры k_И и j выбирают аналогично, как и для дросселя сглаживающего фильтра, то есть коэффициент использования окна сердечника k_И ≈ 0,3, а плотность тока j = 5 А/мм².

Тогда выражая из данного выражения количество витков провода ω, получим

Получившееся выражение определяет основное расчётное выражение для определения типоразмера сердечника – произведение площадей сердечника S_eS_O. После преобразования выражения для действующего напряжения на дросселе U_L определяем количество витков обмотки ω и величину немагнитного зазора δ

где μ_е – эквивалентная магнитная проницаемость сердечника,

μ₀ – магнитная постоянная, μ₀ = 4π•10^-7 Гн/м,

S_e – эквивалентное сечение сердечника дросселя,

l_e – эквивалентная длина магнитного пути сердечника дросселя,

B_m – максимальное значение магнитной индукции сердечника,

k_a – коэффициент амплитуды тока (напряжения) дросселя.

Вычисленное количество витков является ориентировочным, так как из-за уширения магнитного потока значение индуктивности оказывается несколько больше при данном количестве витков, что в некоторых случаях является нежелательным. Поэтому необходимо пересчитать витки с учётом коэффициента уширения магнитного потока F

Осталось выбрать сечение обмоточного провода S_П

где S_O – площадь окна используемого сердечника,

k_И – коэффициент использования окна сердечника,

ω – количество витков обмотки дросселя.

Выбор сечения провода необходимо производить, округлив полученное значение до ближайшего номинала, при этом необходимо учитывать, что на высоких частотах возрастают потери мощности в проводе. Поэтому при достаточно высокой частоте необходимо использовать обмоточный провод, состоящий из нескольких жил, при этом диаметр жилы выбирают исходя из глубины скин-слоя δ

где f – частота переменного тока, протекающего через дроссель,

δ – толщина скин-слоя,

d_п – диаметр жилы в обмоточном проводе.

После конструктивного расчёта сердечника и обмотки необходимо проверить тепловой режим работы дросселя – нагрев и перегрев дросселя.

Расчёт дросселя переменного тока

В качестве примера рассчитаем дроссель переменного тока со следующими исходными данными: индуктивность дросселя L = 20 мкГн, частота переменного тока f = 50 кГц, действующее значение тока дросселя I_д = 5 А, температура перегрева ∆Т = 50 °C. Ток, протекающий через дроссель, имеет форму прямоугольных импульсов с коэффициентом заполнения D = 0,5.

В общем случае расчёт сводится к выбору параметров магнитопровода и обмотки, при этом режим работы дросселя должен отвечать заданным условиям, в данном случае, температуре перегрева ∆Т.

1.Выберем типоразмер сердечника соответствующего произведению площадей S_eS_O. Для этого необходимо дополнительно определить действующее напряжение на дросселе U_L, коэффициент амплитуды тока дросселя k_a, коэффициент использования окна сердечника k_И, значение максимальной индукции тока дросселя B_m и плотность тока j.

Так как частота тока достаточно высокая, то в качестве материала магнитопровода выберем феррит марки N87, следовательно, B_m = 0,3. Коэффициент использования окна сердечника и плотность тока выберем соответственно k_И = 0,3 и j = 5 А/мм².

Таким образом, выберем магнитопровод, состоящий из двух половинок типа E 20/10/6 со следующими параметрами: l_e = 93мм, S_e = 32 мм², S_O = 57 мм², V_e = 2980 мм³, S_eS_O = 1824 мм⁴.

Сердечник, состоящий из двух половинок Е 20/10/6, имеет следующие размеры:

L = 20,4 мм, H = 20,2 мм, B = 5,9 мм, h = 14 мм, l₀ = 5,9 мм, l₁ = 4,1 мм.

2.Определим предварительное число витков обмотки дросселя без учёта эффекта уширения магнитного потока

Полученный результат округлим до ближайшего целого, таким образом, количество витков примем ω = 15. С учетом этого определим величину немагнитного зазора сердечника δ

В связи с тем, что прокладка для создания немагнитного зазора прокладывается как между центральными кернами, так и между боковыми, то соответственно толщина прокладки необходимо уменьшить вдвое по сравнению с рассчитанным значением. То есть толщина прокладки должна составлять 0,1…0,12 мм.

В связи с наличием немагнитного зазора происходит уширение магнитного потока и как следствие увеличение индуктивности. Для того чтобы индуктивность дросселя L соответствовала заданной, необходимо пересчитать число витков обмотки ω с учётом коэффициента уширения F

Таким образом, количество витков примем равным ω = 14. Для окончательного расчёта параметров дросселя определим сечение провода с учётом плотности тока j = 5 А/мм².

Как видно сечение провода составляет S_П = 1 мм², данному сечению соответствует провод диаметром d_П = 1,12 мм. Так как частота переменного тока дросселя достаточно высокая, то для снижения потерь мощности вследствие скин-эффекта необходимо использовать литцендрат – провод состоящий из нескольких жил. Диаметр жилы d_Ж не должен превышать удвоенной толщины скин-слоя ∆

В связи с этим для обмотки можно использовать провод, скрученный из 9 жил диаметром 0,38 мм, имеющего суммарное сечение S_П = 1,02 мм².

4.Для завершения расчётов необходимо рассчитать температуру перегрева дросселя ∆Т. Для этого необходимо определить потери мощности в обмотке ∆Р₁ и в сердечнике ∆Р₂, также суммарную площадь охлаждения дросселя.

Мощность потерь в обмотке ∆P₁, зависит от удельного сопротивления проводника (q_Cu = 0,0171 (Ом•мм²)/м), длины обмоточного провода l_пр.об и температурного коэффициента сопротивления меди α_Cu = 0,0038 °C^-1.

где l_в.ср. – средняя длина витка обмотки дросселя,

R_∆T – сопротивление провода при температуре перегрева.

Для определения потерь мощности в сердечнике ∆P₂ необходимо определить удельные объёмные потери P_V при заданной частоте f, рабочей температуре T и максимальной индукции, создаваемой переменным током в дросселе B_m.

По справочным данным для феррита марки N87, при B_m = 300 мТл, f = 50 кГц и T = 70 °C, объемные потери составляют P_V ≈ 250 кВт/м³ = 0,25•10^-3 Вт/мм³, тогда потери мощности в сердечнике объемом V_e = 2980 мм³ составят

Рассчитаем площади охлаждения сердечника S_С и площадь охлаждения обмотки S_O.

Таким образом, перегрев составляет ∆Т = 48 °С соответствует требуемым условиям, но находится на пределе, поэтому можно порекомендовать снизить максимальное значение индукции B_m путём увеличения количества витков обмотки, или использовать сердечник большего размера.

Теория это хорошо, но без практического применения это просто слова.Здесь можно всё сделать своими руками.