Что такое дроссель и для чего он нужен: рассмотрим внимательно

Область применения

Дроссель предназначен для того, чтобы сделать нашу жизнь светлее. Конкретно в люминесцентных лампах он ограничивает ток через колбу, до нужной величины, избегая его чрезмерное увеличение через лампу.

Люминесцентный светильник в основном состоит из дросселя, стартера, люминесцентной лампы. В двух словах описание работы люминесцентного светильника происходит так:

Из сети ток через дроссель проходит на одну из нитей накала люминесцентной лампы, далее попадает на стартерное устройство, далее на вторую нить накала и уходит в сеть. В стартерном устройстве пластина из биметалла нагревается тлеющим разрядом газа, выпрямляется под действием тепла и замыкает цепь. В этот момент начинают работать нити накала, на концах лампочки, разогревая пары ртути в колбе люминесцентной лампы. Через короткий промежуток времени, пластина в стартере остывает и возвращается в исходное положение. Во время разрыва цепи происходит резкий всплеск напряжения в дросселе, происходит пробой газа в колбе люминесцентной лампы, и возникает тлеющий разряд, лампочка начинает светить, работающая лампа шунтирует стартер, выключая его из цепи более низким сопротивлением.

В электронных схемах современных экономических люминесцентных ламп тоже есть рассматриваемый в статье элемент, но из-за более высоких частот он имеет миниатюрные размеры. А принцип работы и назначение остались те же.

Также дроссель обязательный элемент в схемах ламп ДРЛ, натриевых ламп ДНАТ, металлогалогеновых лампочек CDM.

В импульсных блоках питания в схемах преобразователях назначение дросселя — блокировать резкие всплески от трансформатора, пропуская сглаженное напряжение. Грубо говоря в этом случае он играет роль фильтра.

В электрических сетях они также устанавливаются, но называются реакторами. Назначение дугогасительного реактора — предотвращать появление самостоятельной дуги во время однофазного короткого замыкания на землю, также как и прочих реакторов, которые так или иначе регулируют или же ограничивают величину тока через них, специально или в случае нештатной ситуации.

С помощью дросселя можно улучшить дешевый или самодельный сварочный аппарат, установив его во вторичную цепь. Сварочный трансформатор собранный с дросселем будет варить не хуже фирменных аппаратов, дуга станет ровной и не будет рваться, шов будет равномерно залит.

Поджог дуги станет происходить намного легче и просадка сетевого напряжения будет меньше влиять на появление и горение дуги. Даже неспециалист сможет быстро достичь хороших результатов в сварке, делая всевозможные поделки у себя дома.

Вот мы и рассмотрели устройство дросселя, принцип работы и назначение. Надеемся, что теперь вы полностью разобрались, для чего нужен данный элемент схемы!

Будет интересно прочитать:

Принцип работы люминесцентного светильника

В светильниках дневного света использована способность паров ртути излучать инфракрасные волны под воздействием электричества. В видимый для нашего глаза диапазон, это излучение переводят вещества-люминофоры.

Потому обычная люминесцентная лампа представляет собой стеклянную колбу, стенки которой покрыты люминофором. Внутри также находится некоторое количество ртути. Имеются два вольфрамовых электрода, обеспечивающих эмиссию электронов и разогрев (испарение) ртути. Колба заполнена инертным газом, чаще всего — аргоном. Свечение начинается при наличии паров ртути, разогретых до определенной температуры.

Принципиальное устройство люминесцентной лампы дневного света

Но для испарения ртути обычного напряжения сети недостаточно. Для начала работы параллельно с электродами включают пуско-регулирующие устройства (сокращенно ПРА). Их задача — создать кратковременный скачок напряжения, необходимый для начала свечения, а затем ограничивать рабочий ток, не допуская его неконтролируемого возрастания. Эти устройства — ПРА — бывают двух видов — электромагнитные и электронные. Соответственно, схемы отличаются.

Что такое дроссель, внешний вид и устройство

Дроссель — это один из видов катушки индуктивности, представляет собой специальную медную проволоку, намотанную на сердечник. Но не всё так просто, бывают они и без сердечника, называются бескаркасные или воздушные. Внешне некоторые похожи на трансформатор. Отличие в том, что дроссель имеет только одну обмотку, а у трансформатора их две или больше. Если вывода только два, то перед вами точно не трансформатор.

Дроссели без сердечника представляют собой намотанную спиралью проволоку. Как выглядит дроссель в электротехнике разобрались, теперь поговорим о его конструкции.

Что такое дроссель: это намотанная в виде спирали медная проводка с сердечником или без

Как уже говорили, сердечник у дросселя может быть, а может и не быть. Сердечник может быть из токопроводящего материала —  металла, а может из магнитного. Наличие или отсутствие сердечника, а также его тип (не только материал, но и форма) влияют на параметры катушки индуктивности.

Элементы без сердечников применяются для отсечения высоких частот, с сердечником чаще применяют для накопления энергии. Есть и ещё один момент: если сравнить дроссели с одинаковыми параметрами с сердечником  и без, то те которые его имеют, размером намного меньше. Чем лучше проводимость сердечника, тем меньше идёт проволоки и меньшие размеры имеет элемент.

Схематическое изображение дросселя с магнитным сердечником и без

Несколько слов о проволоке, которую используют для намотки дросселя. Это специальный изолированный провод. Изоляция — тонкий слой диэлектрического лака, он незаметен, но изолирует хорошо. Так что, при самостоятельной намотке катушки, не используйте обычную проволоку, только специальную, покрытую изоляцией.

Дроссель на схеме обозначается графическим изображением полуволны. Если он с магнитным сердечником, добавляется черта. Если требуется какой-то специальный металл это также указывается рядом со схематическим изображением. Также может быть указан диаметр провода (L1).

Дроссель в повышающих преобразователях

Поскольку приспособление не способно удерживать энергию и сразу отдает ее, то если насыщенный элемент отсоединить от сети, на выходах начнет расти напряжение. Устройство будет пытаться отдать накопленный заряд.

Продолжаться этот эффект будет до тех пор, пока величина не станет критичной и произойдет пробой прослойки между выводами приспособления. Это свойство применяется в повышающих преобразователях, ток способен достаточно спокойно протекать по замкнутой цепи.

Чтобы добиться изменений, в нее устанавливают транзистор, который выполняет функцию размыкания/замыкания, импульсное напряжение получится снимать.

Механическая или электрическая заслонка: что лучше?

Мы с Вами выяснили, что это дроссельная заслонка является тем сам клапаном, который заставляет мотор крутиться быстрее или медленнее, регулируя подачу кислорода к его цилиндрам.

Теперь давайте рассмотрим разновидности этого устройства и их конструктив. Различают такие типы заслонок:

  • с механическим приводом;
  • с электрическим приводом.

Механическая система является классикой и встречается не только на старых автомобилях, но и на вполне современных, но только в бюджетном сегменте.

Её суть заключается в том, что связь между педалью газа и заслонкой осуществляется простым металлическим тросом. Логика работы устройства элементарна – нажали на газ, дроссель открылся и пустил воздух к цилиндрам.

Помимо непосредственно самой поворачивающейся заслонки и тросика, идущего к ней, в состав узла входит датчик положения и регулятор холостого хода.

Назначение первого понятно – датчик отслеживает, насколько сильно открылась заслонка, и передаёт эту информацию, к примеру, в блок управления мотора.

Что же касается регулятора, то он нужен для того, чтобы на холостом ходу двигатель получал необходимую для минимальных оборотов порцию кислорода. Представляет он собой отдельный небольшой клапан с электроприводом.

Что такое дроссельная заслонка с электрическим приводом?

Она гораздо более современная и технологичная. Главное отличие от механической системы заключается в отсутствии непосредственной связи с педалью, всем управляет электроника.

В этом случае отдельные датчики следят за тем, насколько сильно мы нажимаем на газ и уже компьютер принимает решение, как сильно отклонить заслонку при помощи электропривода.

Кстати, в этой разновидности нет необходимости устанавливать отдельный клапан для регулировки оборотов на холостом ходу – воздух в любом случае проходит через основную дроссельную заслонку.

К слову, преимуществ электрической системы перед механической масса. Так как всем процессом заправляет электроника, удаётся достичь лучшей экономичности двигателя и меньшего уровня выбросов вредных веществ.

Короче говоря, механические варианты хоть и просты в конструкции, но уже являются устаревшими не только физически, но и морально.

Надеюсь, теперь у Вас не возникнет вопроса: «А что такое дроссельная заслонка и зачем она нужна?» Подписывайтесь, ведь публикации статей об устройстве автомобилей продолжаются.

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 Iд = 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 SeSO. Для этого необходимо дополнительно определить действующее напряжение на дросселе UL, коэффициент амплитуды тока дросселя ka, коэффициент использования окна сердечника kИ, значение максимальной индукции тока дросселя Bm и плотность тока j.

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

Таким образом, выберем магнитопровод, состоящий из двух половинок типа E 20/10/6 со следующими параметрами: le = 93мм, Se = 32 мм2, SO = 57 мм2, Ve = 2980 мм3, SeSO = 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, l = 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 SП = 1 мм2, данному сечению соответствует провод диаметром dП = 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 dЖ 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 SП = 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 (qCu = 0,0171 (Ом•мм2)/м), длины обмоточного провода lпр.об и температурного коэффициента сопротивления меди αCu = 0,0038 °C-1.

где lв.ср.средняя длина витка обмотки дросселя,

RT – сопротивление провода при температуре перегрева.

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

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

Рассчитаем площади охлаждения сердечника SС и площадь охлаждения обмотки SO.

Таким образом, перегрев составляет ∆Т = 48 °С соответствует требуемым условиям, но находится на пределе, поэтому можно порекомендовать снизить максимальное значение индукции Bm 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.

Подключить своими руками

Электромагнитный дроссель можно изготовить и своими руками. Но делается это редко. Гораздо чаще умельцы самостоятельно восстанавливают ПРА, так как приобрести нужную модель не всегда удается (особенно трудно найти ее в «глубинке»).

С устройства снимается защитный чехол и две половинки сердечника (они имеют Г-образную форму). Затем снимается обмотка. Если по каким-то причинам снятие витков провода затруднено, их можно срезать, используя ножовку по металлу.

Для новой обмотки можно использовать медный провод диаметром 0,64-0,8 мм. Тысячу витков наматывают без межслойной изоляции внавал.

На перемотку дросселя уходит не более двух часов.

Сравнение двух видов дросселей позволяет сделать вывод, что несомненное преимущество имеют ЭПРА. Они легче и меньше по габаритам. Такие характеристики облегчают создание миниатюрных осветительных приборов, потребность в которых неуклонно возрастает.

Виды дроссельной заслонки

В современных двигателях от положения дроссельной заслонки зависит количество топлива, поступающего в камеры сгорания. Специальный датчик фиксирует, насколько она раскрыта и передает данные на ЭБУ. Компьютер уже подает управляющие сигналы на форсунки. Данная инжекторная система появилась уже давно и с той поры дорабатывалась с целью повышения эффективности силовой установки.

Деталь имеет несколько разновидностей

Совершенствовался и механизм ДЗ – теперь их более одного типа:

  • механические;
  • электронные.

Последние вариации – это дань современным технологиям. Любому владельцу личного транспорта, которому интересно знать, что такое дроссельная заслонка в авто, стоит поближе познакомиться с этими типами ДЗ.

Механическая

Это самая простая разновидность дроссельной заслонки, которая и сегодня можно встретить в большинстве современных автомобилей. Вся система представлена следующими составляющими:

  • педалью акселератора (газа);
  • тягами;
  • поворотными рычагами;
  • стальным тросом.

Когда водитель нажимает на педаль газа, он тем самым запускает механическую систему с рычагами, тросами, тягами. Это приводит к вращению дроссельной заслонки вокруг горизонтальной оси. Как итог – поступление свежей порции воздуха для формирования рабочей смеси. И чем больший поток поступит во впускную магистраль, тем большим количеством топлива она обогатится. Но стоит только опустить педаль, как заслонка вернется в исходное вертикальное положение – закрытое состояние.

В режиме холостого хода заслонка закрыта, а потому воздух поступает в цилиндры через обходной канал (регулятор холостого хода), оборудованный электроклапаном. Если автомобиль укомплектован кондиционером либо иным электрооборудованием, то при их включении задействуется еще один канал, минуя впускной коллектор.

В современных автомобилях имеются специальные патрубки, по которым через механизм ДЗ протекает охлаждающая жидкость. Тем самым предотвращается обледенение и заклинивание заслонки.

Электрическая

За что отвечает механизмом данного типа? Как уже известно, конструктивные особенности никак не влияют на предназначение ДЗ. Заслонка с электронным приводом также регулирует поступление воздуха в камеры сгорания. Такое оснащение встречается в последних поколениях транспортных средств обычно элитного класса от всемирно известных производителей. Это более дорогая, но не менее эффективная вариация в отличие от механического аналога. Здесь уже не встретить ни рычагов, ни тросов – только сверхбыстрая электроника.

Устройство дроссельной заслонки электронного типа состоит из следующих элементов:

  • датчиков положения педали акселератора;
  • ДПДЗ;
  • электрического привода (он включает в себя редуктор с возвратным механизмом).

По сути, вся педаль является большим переменным резистором, который посредством платы образует электрический сигнал, передаваемый к компьютеру. А тот уже направляет управляющие сигналы приводу, как сильно нужно открыть заслонку. Для контроля ее позиции используются специальные сенсоры. Они посылают свои данные к ЭБУ.

Каков принцип работы датчика положения дроссельной заслонки? Это потенциометр с общим сопротивлением в 8 кОм. Он располагается на корпусе механизма с заслонкой и фиксирует угол поворота. При ее открытии формируется напряжение постоянного характера разного значения:

  1. Исходное закрытое положение – 0,7 Вольт.
  2. Заслонка открыта полностью – 4 Вольт.

В зависимости от показаний напряжения ЭБУ узнает о степени открытия заслонки и соответствующим образом дает команду, какое количество топлива необходимо в текущий момент времени.

Маркировка малогабаритных устройств

Устройства для электронных плат имеют размеры не более 2-3 см. Нанести читаемую маркировку в цифровом или буквенном обозначении практически невозможно. Для этого применяют цветовую маркировку электронных дросселей. Дроссели на схемах изображают в виде спирали с параллельной чертой.

На цилиндрический корпус радиодетали наносят несколько цветных колец. Первые две полосы (слева направо) означают величину индуктивности, измеряемую в мГенри. Третья полоса указывает множитель, на который нужно умножить число индуктивности. Четвёртое кольцо выражает допустимое отклонение в % от номинала. Если его не окажется на корпусе детали, то принято считать допуск в пределах 20%.

Таблица цветовой маркировки

Например, цвета колец расположились в следующем порядке: коричневый, жёлтый, оранжевый и серебристый. Это означает величину индуктивности 14 mH, где допуск отклонения составляет 10%.

Технический прогресс не стоит на месте. С каждым годом появляются новые аналоги устаревших моделей. Разработка новых технологий во всех сферах деятельности человека требует совершенствования радиодеталей, в том числе дросселей.

Разновидность дросселей

Люминесцентные лампы представлены на рынке большим ассортиментом. И у каждого вида ламп дневного света свой дроссель трансформатор. К примеру, лампа ДРЛ и ДНАТ не могут зажигаться от одного вида дросселя. Все дело в различных параметрах пуска и поддержания горения. Здесь и напряжение отличается, и сила тока.

А вот лампа МГЛ может работать и от дросселя лампы ДРЛ, и от ДНАТ. Но тут есть один момент. Яркость свечения данного источника света будет зависеть от подаваемого напряжения. Да и цветовая температура будет разной.

Внимание! Любой дроссель трансформатор по сроку эксплуатации «переживет» несколько ламп. Конечно, при оговорке, что эксплуатация светильника проводится правильно. Разновидности дросселей

Разновидности дросселей

Но учитывать приходится тот факт, что лампа с годами «стареет». На вольфрамовые электроды люминесцентных ламп дневного света наносится специальная паста из щелочных металлов. Так вот эта паста постепенно испаряется, электроды оголяются, а, значит, повышается напряжение, что приводит к перегреву дросселя. Конечный результат может быть двух вариантов:

  1. Произойдет обрыв обмотки катушки, что приведет к отключению подачи напряжения на электроды.
  2. Произойдет замыкание катушки. А это подключение лампы напрямую к сети переменного тока. Лампа перегорит – это точно, а может и взорваться, что приведет к порче светильника в целом.

Поэтому совет – не стоит ждать, когда лампа сама перегорит. Есть специальный график замены, который определяет производитель, и которого необходимо строго придерживаться. Опытные электрики при проведении профилактических работ обязательно проверяют эти осветительные приборы на параметр напряжения. Если он подходит к пределу нормы, то лампу меняют еще до срока эксплуатации. Лучше заменить недорогую лампу, чем дорогой дроссель трансформатор.

Добавим, что производители сегодня предлагают усовершенствованные системы защиты люминесцентных светильников. В их конструкцию добавили предохранительные автоматы, которые срабатывают при повышении напряжения внутри газоразрядного источника света.

Разделение по назначению

По сути, все дроссели делятся на две основные группы, как и лампы, в которых они устанавливаются.

  1. Однофазные. Их используют в светильниках бытовых и офисных с подключением к сети в 220 вольт.
  2. Трехфазные. Подключаются к сети 380 вольт. К ним относятся лампы ДРЛ и ДНАТ.

По месту установки эти приборы делятся также на две группы:

  1. Встраиваемые. Их еще называют открытыми. Такие дроссели устанавливают в корпус светильника, который защищает его и от влаги, и от пыли, и от ветра.
  2. Закрытые (герметичные, влагозащищенные). У этих приборов есть специальный короб, защищающий их. Такие модели можно устанавливать на улице под открытым небом.

Электронный дроссель

Назначение и принцип действия

Специалисты задаются вопросом, зачем нужна токовая катушка индуктивности в цепи, и для этого необходимо разобраться в показателях. Коэффициент ЭДС (электродвижущая сила) показывает разницу между энергией и магнитным потоком. Устройства самоиндукции способны влиять на изменения в цепи. Чаще всего дроссели применяются в силовых установках. Они способны контролировать уровень напряжения, не допускают разрыва цепи.

Устройства самоиндукции

Также компоненты устанавливаются на пару с конденсаторами либо резисторами. Благодаря работе катушки фильтры находятся в безопасности. Теперь вызывает интерес, как включается индукционная катушка. Принцип работы построен на изоляции проводников. В конструкции используется электрический каркас с различным сечением. За счёт намоток обеспечивается распределение ёмкости на дросселе.

Интересно! Витки наматываются с определенным шагом, многое зависит от типа катушки.

Свойства, назначение и функции

Теперь разберём, что такое дроссель с точки зрения электрики. Если говорить коротко — это элемент, который сглаживает ток в цепи, что отлично видно на графике. Если подать на него переменный ток, увидим, что напряжение на катушке возрастает постепенно, с некоторой задержкой. После того, как напряжение убрали, в цепи еще какое-то время протекает ток. Это происходит так как поле катушки продолжает «толкать» электроны благодаря запасённой энергии. То есть, на дросселе ток не может появляться и исчезать мгновенно.

Ток на дросселе возрастает плавно и так же плавно снижается. Глядя на эти графики становится понятно, что дроссель — это элемент, сглаживающий ток

Это свойство и используют, когда надо ограничить ток, но есть ограничения по нагреву (желательно его избежать). То есть дроссель используют как индуктивное сопротивление, задерживающее или сглаживающее скачки тока. Как и резистор, катушка индуктивности имеет определённое сопротивление, что вызывает падение напряжение и ограничивает ток. Вот только греется намного меньше. Потому его часто используют как индуктивную нагрузку.

У дросселя есть два свойства, которые тоже используют в схемах.

  • так как это подвид катушки индуктивности, то он может запасать заряд;
  • отсекает ток определённой частоты (задерживаемая частота зависит от параметров катушки).

В некоторых устройствах (в люминесцентных лампах) дроссель ставят именно для накопления заряда. Во всякого рода фильтрах его используют для подавления нежелательных частот.