Дроссель электротехника: Электрический дроссель: принцип действия, назначение, применение

Что такое дроссель в электрике: устройство, назначение, проверка

Чтобы понять, как работает схема, необходимо знать не только состав элементов, но и точно представлять, что делает конкретный элемент или их группа. В этой статье будем разбираться с тем, что такое дроссель, как он устроен и работает в различных устройствах и схемах.

Содержание статьи

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).

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.

Виды и примеры использования

Чтобы более точно усвоить, что такое дроссель, поговорим о конкретном применении этого элемента в схемах. Его можно увидеть практически в любой схеме. Их ставят, если надо развязать (сделать независимыми друг от друга) участки, работающие на разной частоте. Они сглаживают резкие скачки тока (увеличение и падение), используются для подавления шумов. В некоторых схемах работают как стартовые, способствуя увеличению напряжения в момент старта. В зависимости от назначения, делятся на следующие виды:

• Сглаживающие. В силу индуктивности, препятствуют резкому повышению или понижению тока.
• Фильтрующие. Специально подобранные параметры отсекают (подавляют) выбросы на определённых частотах (или в целом диапазоне). Ставят их и на входе статических конденсаторов.
• Сетевые. Ставят в приборах, питающихся от однофазной сети. Служат для предохранения аппаратуры от перенапряжения.
• Моторные. Ставят на входе электроприводов, чтобы сгладить пусковые токи.

  Практически в любой схеме есть этот элемент

Как видите, дроссели в электрике имеют широкое применение. Есть они в любой бытовой аппаратуре, даже в лампах. Не тех, которые работают с лампами накаливания, а тех, которые называют лампами дневного света, а так же в экономках и в светодиодных. Просто там они очень небольшого размера. Если разобрать плеер, проигрыватель, блок питания, — везде можно найти катушку индуктивности.

Дроссель в лампах дневного света

Для работы лампы дневного света необходим пуско-регулирующий аппарат. В более «старом» варианте он состоит из дросселя и стартера. Зачем дроссель в люминесцентной лампе? Он выполняет сразу две задачи:

• При пуске накапливает заряд, необходимый для розжига лампы (пусковой).
• Во время работы сглаживает возможные перепады тока, обеспечивая стабильное свечение лампы.

Как подключается дроссель в светильнике дневного света

В схеме люминесцентной лампы с электромагнитным ПРА, дроссель включается последовательно с лампой, стартер — параллельно. При неисправности одного из элементов или сгорании лампы, она просто не зажигается. Принцип работы этого узла такой. При включении напряжения в 220 В недостаточно для старта лампы. Пока она холодная, имеет очень большое сопротивление и ток течёт через постепенно разогревающиеся катоды лампы, затем через стартер.

В стартере есть биметаллический контакт, который при прохождении тока нагревается, начинает изгибаться. В какой-то момент он касается второго неподвижного контакта, замыкая цепь. Тут в работу вступает дроссель, пока грелся контакт стартера, он накапливал энергию. В момент когда происходит разряд стартера, он выдаёт накопленную энергию, увеличивая напряжение. В момент старта оно может достигать 1000 В. Этот разряд провоцирует разгон электродов, вырывая их из катодов лампы. Высвобождённые электроды начинают движение, ударяются о люминесцентное покрытие лампы, она начинает светиться. Дальше ток протекает не через стартер, а через лампу, так как её сопротивление стало ниже. В этом режиме дроссель работает на сглаживание скачков тока. Как видим, катушка индуктивности работает и как стартовая, и как стабилизирующая.

Зачем нужен дроссель в блоке питания

Как уже говорили, дроссель сглаживает пульсации тока. Если он при этом обладает значительным сопротивлением, параметры можно подобрать так, чтобы подавить определённые частоты.

Дроссель для сглаживания пульсаций

Второе назначение дросселя в блоке питания —  сглаживание тока. Для этого используют низкочастотные дросселя с сердечниками из магнитной стали. Пластины друг от друга изолированы слоем диэлектрика (могут быть залиты лаком). Это необходимо чтобы избавится от самоиндукции и токов Фуко. Катушки такого типа имеют индуктивность порядка 1 Гн, так что сглаживают любые колебания тока, гасят его выбросы.

Как проверить дроссель мультиметром

Что такое дроссель и для чего его применяют разобрались, теперь ещё стоит научиться определять его работоспособность. Если мультиметр может измерять индуктивность, всё несложно. Просто проводим измерение. Если параметры дросселя нам неизвестны, выставляем самый большой предел измерений. Обычно это несколько сотен Генри. На шакале обозначаются русскими Гн или латинской буквой H.

Установив переключатель мультиметра в нужное положение, щупами касаемся выводов катушки. На экране высвечивается какое-то число. Если цифры малы, переводим переключатель в одно из следующих положений, ориентируясь по предыдущим показателям.

Функция измерения индуктивности есть далеко не во всех мультиметрах

Например, если высветилось 10 мГн, выставляем предел измерения ближайший больший. После этого повторно проводим измерения. В этом случае на экране высветится индуктивность измеряемого дросселя. Имея паспортные данные, можно сравнить реальные показатели с заявленными. Они не должны сильно отличаться. Если разница велика, надо дроссель менять.

Если мультиметр простой, функции измерения индуктивности в нём нет, но есть режим измерения сопротивлений, также можно проверить его работоспособность. Но в данном случае мы будем измерять не индуктивность, а сопротивление. Измерив сопротивление обмотки мы просто сможем понять, работает дроссель или он в обрыве.

Так можно проверить исправность дросселя для ламп дневного света

Для прозвонки дросселя тестером переводим переключатель мультиметра в положение измерения сопротивлений. Выставляем предел измерений, лучше выставить нижний,чтобы видеть сопротивление обмотки. Далее щупами прикасаемся к концам обмотки. Должно высветиться какое-то сопротивление. Оно не должно быть бесконечно большим (обрыв) и не должно быть нулевым (короткое). В обоих случаях дроссель нерабочий, все остальные значения —  признак работоспособности.

Чтобы убедиться в отсутствии короткого замыкания на витках дросселя, можно перевести мультиметр в режим прозвонки и прикоснуться щупами к выводам. Если звенит — короткое есть, где-то есть пробой, а это значит, что нужен другой дроссель.

сферы применения, устройство и электронные аналоги

На чтение 5 мин Просмотров 196 Опубликовано 28.07.2019 Обновлено 04.07.2019

Дросселем называется катушка индуктивности определенной конструкции и номинала, предназначенная для установки в электротехнических и электронных схемах. Дроссель электрический требуется отличать от аналога, используемого в электронных устройствах с учетом их конструктивных особенностей. Для понимания, в чем состоят различия этих двух изделий, придется ознакомиться с принципом работы и существующими разновидностями.

Принцип работы

Дроссель электрический

Принцип работы дросселей в электрической схеме можно объяснить так:

• при протекании переменного тока через индуктивный элемент скорость его нарастания замедляется, что приводит к аккумулированию энергии в магнитном поле катушки;
• объясняется это действием закона Ленца, согласно которому ток в индуктивности не может изменяться мгновенно;
• нарушение этого правила привело бы к недопустимому нарастанию напряжения, что физически невозможно.

Другой отличительной особенностью, поясняющей принцип работы индуктивности, является эффект самоиндукции, теоретически обоснованный Фарадеем. На практике он проявляется как наведение в катушке собственной ЭДС, имеющей противоположную полярность. За счет этого эффекта через индуктивность начинает течь ток, препятствующий нарастанию вызвавшего его полевого образования.

Указанное свойство позволяет применять индуктивные элементы в электротехнике для сглаживания низкочастотных пульсаций. Для них индуктивность представляется большим сопротивлением.

Использование в других технических областях (в высокочастотных устройствах, например) дроссель обеспечивает развязку основной электронной схемы от вспомогательных (низкочастотных) цепей.

Технические характеристики

Технические характеристики компенсационных дросселей

Основным техническим параметром дросселя в электротехнике и электронике, полностью характеризующим его функциональность, является величина индуктивности. Этим он напоминает обычную катушку, применяемую в различных электрических схемах. И в том и другом случае за единицу измерения принимается Генри, обозначаемый как Гн.

Еще один параметр, описывающий поведение дросселя в различных цепях – его электрическое сопротивление, измеряемое в Омах. При желании его всегда удается проверить посредством обычного тестера (мультиметра). Для полноты описания работы этого элемента потребуется добавить такие показатели:

• допустимое (предельное) напряжение;
• номинальный ток подмагничивания;
• добротность образуемого катушкой контура.

Дроссель цепи постоянного тока СТА-ФТП-93 93 кВт

Указанные характеристики дросселей позволяют разнообразить их ассортимент и использовать для решения самых различных инженерных задач.

Разновидности дросселей

По виду электрических цепей, в которых устанавливаются дроссельные элементы, классификация следующая:

• низкочастотные индуктивности;
• высокочастотные катушки;
• дроссели в цепях постоянного тока.

Низкочастотные элементы внешне напоминают обычный трансформатор, у которого имеется всего лишь одна обмотка. Их катушка навита на пластиковом каркасе с размещенным внутри сердечником, изготовленным из трансформаторной стали.

Стальные пластины надежно изолированы одна от другой, что позволяет снизить уровень вихревых токов.

Катушка индуктивности для НЧ динамика, сабвуфера, низких частот, провод ПЭТВ 1,25мм

Дроссельные НЧ катушки обычно имеют большую индуктивность (более 1 Гн) и препятствуют прохождению токов сетевых частот 50-60 Герц через участки цепей, где они установлены.

Еще одна разновидность индуктивных изделий – высокочастотные дроссели, витки которых навиваются на ферритовом или стальном сердечнике. Существуют разновидности ВЧ изделий, которые работают без ферромагнитных оснований, а провода в них наматываются просто на пластмассовый каркас. При секционной намотке, применяемой в схемах среднечастотного диапазона, витки провода распределяются по отдельным секциям катушки.

Электротехнические изделия с ферромагнитным сердечником имеют меньшие габариты, чем простые дроссели той же индуктивности. Для работы на высоких частотах применяются сердечники ферритовые или из диэлектрических составов, отличающихся малой собственной емкостью. Такие дроссели используются в довольно широком диапазоне частот.

Некоторые из них изготавливаются в виде толстой витой проволоки, совсем не имеющей каркаса.

Дроссель постоянного тока в основном применяется для сглаживания пульсаций, появляющихся после его выпрямления в специальных схемах.

Применение индуктивных элементов и их графическое обозначение

Назначение дросселя в импульсных схемах питания — блокировать резкие всплески от трансформатора

Электрические дроссели, работающие в цепях переменного тока, традиционно применяются в следующих случаях:

• для развязки вторичных цепей импульсных источников питания;
• в обратноходовых преобразователях или бустерах;
• в балластных схемах люминесцентных ламп, обеспечивающих быстрый запуск;
• для запуска электрических двигателей.

В последнем случае они используются в качестве ограничителей пусковых и тормозных токов.

Электротехнические изделия, устанавливаемые в электрических приводах мощностью до 30 кВт, по своему виду напоминают классический трехфазный трансформатор.

Так называемые дроссели насыщения используются в типовых обратноходовых стабилизаторах напряжения, а также в феррорезонансных преобразователях и магнитных усилителях. В последнем случае возможность намагничивания сердечника позволяет изменять индуктивное сопротивление действующих цепей в широких пределах. Сглаживающие дроссели применяются для снижения уровня пульсаций в выпрямительных цепях.

Источники питания с такими элементами до сих пор встречаются в электротехнической практике. Для запуска люминесцентных ламп все чаще используется «электронный» балласт, постепенно вытесняющий намоточные изделия. Его применение объясняется следующими преимуществами:

• низкий вес;
• эксплуатационная надежность;
• отсутствие характерного для обычных дросселей гудения.

Для обозначения дросселя на электротехнических и электронных схемах используются значки, представляющие собой отрезок витого проводника. Для катушек с сердечником внутри намотки дополнительно ставится черточка, а в бескаркасном варианте исполнения она отсутствует.

принцип работы устройства, характеристики, назначение и виды

Одним из наиболее распространённых элементов, использующихся в радиоэлектронной аппаратуре, является дроссель. Эта пассивная радиодеталь имеет большое значение в обеспечении стабильности работы электрических схем. Главной ее характеристикой считается индуктивность — очень важная физическая величина. Конструкция элемента проста, но при этом он может использоваться как в цепях переменного, так и постоянного тока.

Основные понятия в электронике

Родоначальником открытия электричества считается английский физик Уильям Гилберт. В 1600 году он ввёл понятие «янтарность», что в переводе обозначает электричество. Ученым было обнаружено на опытах с янтарем, что если его потереть о шёлк, он приобретает свойства притягивать к себе другие физические тела. Так было открыто статическое электричество. Первая электрическая машина была создана немецким инженером Отто фон Герике. Агрегат выглядел в виде металлического шеста с надетым на его верхушку серным шаром.

Последующие годы ряд физиков и инженеров из различных стран исследовали свойства электричества, открывая новые явления и изобретая приборы. Наиболее выдающимися учёными, которые внесли весомый вклад в науку, считаются Гальвани, Вольт, Эстред, Ом, Фарадей, Герц, Ампер. Признавая важность их открытий, фундаментальные величины, характеризующие различные электрические явления, назывались их именами.

Итогом их экспериментов и теоретических догадок стал труд Максвелла, создавшего теорию электромагнитных явлений в 1873 году. А через двадцать лет англичанин Томсон обнаружил частицу, участвующую в образовании электричества (электрон), положение которой в атомной структуре тела после указал Резерфорд.

Так было обнаружено, что электрический заряд — это способность физических тел создавать вокруг себя особое поле, оказывающее воздействие на другие вещества. Электричество связано с магнетизмом, который влияет на положение электронов, являющихся элементарными частицами тела. Каждая такая частица обладает определённой энергией (потенциалом) и может перемещаться по телу в хаотично.

Придание же электронам направленного движения приводит к возникновению тока. Работа, затраченная на перемещение элементарной частички, называется напряжением. Если ток течёт в замкнутой цепи, то он создаёт магнитное поле, то есть силу, действующую на электроны.

Все вещества разделяются на три типа:

• проводники — это тела, свободно пропускающие через себя ток;
• диэлектрики — в этих телах невозможно появление свободных электронов, а значит, ток через них протекать не может;
• полупроводники — материалы, свойство которых пропускать ток зависит от внешних факторов, например, температуры.

Характеристикой, обозначающей способность тела проводить ток, называется проводимость, а величина обратная ей — сопротивлением.

Активное сопротивление

На прохождение электрического тока в итоге оказывают влияние три физические величины: сопротивление, индуктивность и ёмкость. Каждый радиоэлемент (не исключение и дроссель) обладает ими в какой-то мере.

Активное сопротивление представляет собой величину, препятствующую прохождению тока и равную отношению разности потенциалов к силе тока (закон Ома). Его сущность объясняется тем, что в кристаллической решётке различных физических тел содержится разное число свободных носителей зарядов. Кроме этого, сама структура может быть неоднородной, то есть содержать примеси или дефекты. Электроны, перемещаясь под действием поля, сталкиваются с ними и отдают часть своей энергии кристаллам тела.

В результате таких столкновений частички теряют импульс, а сила тока уменьшается. Рассеиваемая электрическая энергия превращается в тепло. Элементом, использующим естественные свойства физического тела, является резистор.

Что же касается дросселя, то его активное сопротивление считается паразитным, вызывающим нагревание и ухудшение параметров. Зависит оно от типа материала и его физических размеров.

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

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

Ёмкостная составляющая

Любой проводник тока в разной мере имеет свойство накапливать электрический заряд. Эта способность называется ёмкостью элемента. Для одних радиодеталей она считается вредной составляющей (в частности, для дросселя), а для других — полезной (конденсатор). Относят это понятие к реактивному сопротивлению. Его величина зависит от вида подаваемого сигнала на элемент и ёмкости материала, из которой он сделан.

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

• w — циклическая частота, скалярная угловая величина, определяющаяся числом колебаний сигнала за единицу времени (2*p*f), Гц;
• C — ёмкость элемента, Ф.

Из формулы видно, что чем больше будет ёмкость и частота тока, тем выше сопротивление элемента, а значит, имеющий большое ёмкостное сопротивление дроссель будет нагреваться. Значение ёмкости в дросселе зависит от размеров проводника и способа его укладки. При спиралевидной намотке между рядом лежащими кольцами возникает ёмкость, также влияющая на протекающий ток.

Паразитная составляющая ёмкости проявляется и в образовании собственного резонанса изделия, так как дроссель на эквивалентной схеме можно представить в виде последовательной цепочки индуктивности и конденсатора. Такое включение создаёт колебательный контур, работающий на определённой частоте. Если частота сигнала будет ниже резонансного значения, то преобладать будет индуктивная составляющая, а если выше — ёмкостная.

Поэтому существенной задачей изготовления дросселя в электронике считается увеличение собственного резонанса конструкции.

Индуктивность и самоиндукция

Электрическое поле неразрывно связано с магнитным. Там, где существует одно, неизменно появляется и второе. Индуктивность — это физическая величина, характеризующаяся накоплением энергии, но в отличие от ёмкости эта энергия является магнитной. Её величина зависит от магнитного потока, образованного силой тока, протекающего через радиоэлемент. Чем больше ток, тем сильнее магнитный поток пронизывает изделие. Интенсивность накопления элементом энергии зависит от этого потока.

Математическая формула нахождения индуктивности — L = Ф/ I, где:

• Ф — магнитный поток, Вб;
• I — сила тока, текущая через элемент, А.

Индуктивность измеряется в генри (Гн). Таким образом, катушка индуктивности в момент протекания через неё тока создаёт магнитный поток равный одному веберу (Вб).

Сопротивление, оказываемое индуктивностью, во многом зависит от частоты приложенного сигнала. Для его расчёта используется выражение XL = w*L. То есть для постоянного тока она равна нулю, а для переменного — зависит от его частоты. Иными словами, для высокочастотного сигнала элемент будет обладать большим сопротивлением.

Физический процесс, наблюдаемый при прохождении переменного тока через индуктивность, можно описать следующим образом: в течение первой декады сигнала (ток возрастает) магнитное поле усиленно потребляет энергию из электрической цепи, а в последней декаде (ток убывает) отдаёт её обратно, поэтому за период прохождения тока мощность не потребляется.

Но эта модель подходит к идеальному элементу, на самом же деле некоторая часть энергии превращается в тепло. То есть происходят потери, характеризующиеся добротностью Q, определяемую отношением получаемой энергии к отдаваемой.

При изменении тока, текущего через проводник в контуре, возникает электродвижущая сила индукции (ЭДСИ) — самоиндукция. Другими словами, переменный ток изменяет величину магнитного потока, который приводит в итоге к появлению ЭДСИ. Проявляется этот эффект в замедлении процессов появления и спадания тока. Амплитуда самоиндукции пропорциональна величине тока, частоте сигнала и индуктивности. Её отставание по фазе от сигнала составляет 90 градусов.

Принцип работы

Термин «дроссель» происходит от немецкого слова drossel, что в переводе на русский язык означает «ограничитель». В электротехнике под ним понимается катушка индуктивности, обладающая большим сопротивлением току переменной частоты и практически не влияющая на постоянный ток.

По своей сути электрический дроссель — это индуктивность. Он способен накапливать энергию, получая её из магнитного поля. При воздействии на элемент напряжения в нём постепенно происходит увеличение тока, при этом если сменить полярность — ток начнёт убывать, т. е. резко изменить значение тока в дросселе невозможно.

Постепенное нарастание величины тока и его спад происходит из-за магнитного поля, которое не может мгновенно изменить своё направление. Другими словами, ток блока питания противодействует наведённому току в сердечнике изделия, поэтому в цепях с током переменой частоты он является своего рода ограничителем из-за индуктивного сопротивления.

По своей конструкции дроссель чем-то похож на трансформатор, но при этом чаще всего у него одна обмотка. А вот их принципы действия полностью отличаются. Если для трансформатора важно передавать всю энергию и гальванически развязывать цепь, то главной задачей стоящей перед дросселем является накапливание энергии в индуктивности. В то же время для трансформатора такое накопление считается паразитным процессом.

Устройство прибора

Выполняется этот элемент из проволочного вида проводника, наматываемого в виде спирали. Этот проводник может быть как многожильным, так и одножильным. Проволока может наматываться на диэлектрический каркас или использоваться без него. Если применяется основание, то оно может быть выполнено круглым, прямоугольным или квадратным сечением. Физически же дроссель состоит из одного или множества витков проводника.

При изготовлении дросселя используются следующие разновидности намотки:

• прогрессивная — шаг витков плавно изменяется по всей длине конструкции;
• универсальная — расстояние между витками одинаковое.

Первый тип используется при создании изделий, предназначенных для работы на высоких частотах, при этом уменьшается значение паразитной ёмкости. Такая намотка может быть однослойной или многослойной, причем даже разного диаметра. В качестве материала для изготовления проводника используется медь.

Увеличение индуктивности достигается путём добавления ферромагнитного сердечника. В зависимости от назначения устройства используют разные его виды, например, для подавления высокочастотных помех — феррит, флюкстрол или карбонил, для фильтрации звуковой частоты — пермаллой. В то же время для дросселя, работающего со сверхвысокими частотами, применяют латунь. Магнитопровод рассчитывается так, чтобы избежать режима насыщения (падения индуктивного сопротивления).

Чтобы избежать насыщения в дросселях, магнитопровод изготавливается с зазором. При изготовлении дросселя стараются обеспечить:

• необходимую индуктивность;
• величину магнитной индукции, исключающую насыщение;
• способность выдерживать необходимый ток.

Для этого обычно сначала рассчитывается зазор и число витков исходя из силы тока и индуктивности, а после определяется максимально возможный диаметр проволоки. В цифровых малогабаритных устройствах дроссель изготавливается в плоском виде. Достигается это путём печатания проводниковой дорожки в виде круговой или зигзагообразной линии.

Виды и характеристики

Главной характеристикой дросселя, безусловно, является индуктивность. Но, кроме неё, существует ряд номинальных параметров, характеризующих элемент как изделие. Именно они определяют возможности использования устройства и его срок службы. Основными из них являются:

1. Мощность — определяется типом сердечника и поперечным сечением провода. Обозначает величину сигнала, которую может выдержать дроссель. Единицей измерения служит ватт.
2. Добротность и угол потерь — характеризуют качество устройства. Чем больше добротность и меньше угол, тем выше качество.
3. Частота тока — f, Гц. В зависимости от неё дроссели разделяют на низкочастотные, имеющие границы колебаний 20−20 000 Гц, ультразвуковые — от 20 до 100 кГц и сверхвысокие — больше 100 кГц.
4. Наибольшее допустимое значение тока — I, А.
5. Сопротивление элемента в неподключенном состоянии — R, Ом.
6. Потери в магнитопроводе — P, Вт.
7. Вес — G, кг.

Современная промышленность изготавливает электромагнитные дроссели, отличающиеся не только по характеристикам, но и по видам. Они выпускаются цилиндрической, квадратной, прямоугольной и круглой формы. А также они различаются по типу цепи, для которой предназначены, и могут быть однофазными или трёхфазными.

Условно дроссели можно разделить на три типа:

1. Сглаживающие. Используются для фильтрации переменной составляющей сигнала, уменьшая её значение. Такие элементы ставятся на входе или выходе выпрямительных или преобразующих части схем.
2. Переменного тока. Ограничивают его величину при резком скачке.
3. Насыщения. Управляют индуктивным сопротивлением за счёт периодического подмагничивания.

Маркировка и обозначения

В принципиальных схемах и технической документации дроссели обозначаются латинской буквой L, условное графическое обозначение — в виде полуокружностей. Их количество нигде не указывается, но обычно не превышает трёх штук. Жирная точка, ставящаяся в начале полуокружностей, обозначает начало витков. Если индуктивность выполняется на каркасе, сверку изображения чертится прямая линия. Для обозначения номиналов элемента используется код из букв и цифр или цветовая маркировка.

Цифры указывают на значение индуктивности, а буква — на допуск. Например, код 250 J обозначает индуктивность, равную 25 мкГн с погрешностью в пять процентов. Когда на маркировке стоит только число, то это значит, что допуск составляет 20%. Таким образом, первые две цифры обозначают числовое значение в микрогенри, а третья — множитель. Буква D ставится на высокоточных изделиях, их погрешность не превышает 0,3%.

Цветовая маркировка, в принципе, соответствует буквенно-цифровой, но только наносится в виде цветных полос. Первые две указывают на значения в микрогенри, третья — коэффициент для умножения, а четвёртая — допуск. Индуктивность дросселя, на котором изображены две оранжевые полосы, коричневая и белая, равна 33 мкГ с разрешённым отклонением в 10%.

Область применения

Отвечая на вопрос, зачем нужен дроссель, можно с уверенностью сказать, что основное его применение — это фильтры. Ни один качественный источник питания не обходится без этого простого элемента. Его применение позволяет избавиться от пульсаций напряжения, которые вызывают нестабильность в работе многих устройств — материнской платы, видео- и звуковых карт и т. п.

Сглаживание формы сигнала путём устранения его паразитной составляющей обеспечивает стабильную работу микропроцессорных блоков, особо зависящих от качества питающего их напряжения.

Кроме того, используя свойство элемента накапливать энергию, а потом её отдавать в цепь, дроссель нашёл своё применение в люминесцентных лампах. Такие осветители работают на принципе возникновения дугового разряда, поддерживающегося в парах инертного газа. Для того чтобы он возник, между электродами необходимо появление высокого пускового напряжения, способного пробить газовый диэлектрик. Благодаря дросселю такой разряд и создаётся.

Их также используют и в усовершенствованных осветительных приборах — индукционных лампах. Отличие таких светильников от люминесцентных заключается в отсутствии электродов, необходимых для зажигания. Для получения света используются три составляющие — электромагнитная индукция, разряд в газе, свечение люминофора.

Стоит отметить и ещё одно из применений дросселя — сварочный трансформатор. Здесь основное назначение радиоэлемента заключается в стабилизации тока. Сварочный дроссель, установленный в инверторе, смещает фазу между током и напряжением. Такое его использование упрощает розжиг электрода и поддерживает стабильное горение дуги.

Способность элемента создавать магнитное поле зачастую применяется в электромагнитах, отличающихся большой мощностью, а также в различных электромеханических реле, электродвигателях и даже генераторах.

Самостоятельное изготовление

Для самостоятельного изготовления дросселя необходимо правильно рассчитать его конструкцию. Для этого используется простая формула расчёта индуктивности: L=0,01*d*w ² /(L/d+0,44), где d — диаметр основания (см), L — длина проволоки (см), w — количество витков. При этом если имеется мультиметр с возможностью изменения индуктивности, то точное количество витков можно подобрать, используя его.

Метод намотки при использовании этой формулы предполагает укладку виток к витку. Например, необходимо подобрать магнитопровод для дросселя с индуктивностью один мкГн, рассчитанный на ток I = 4A. Берется сердечник 2000 НМ типоразмера К 16 х 8 х 6. Согласно справочнику коэффициент начальной индуктивности — ALH = 1,36 мкГн, а длина магнитного пути — le= 34,84 мм. Соответственно, число витков будет N= (L/ALH)0,5= (1/1,36)0,5 = 0,86. Если принять N=1, то при заданном токе напряжённость магнитного поля в сердечнике будет равна Н= 4*1/(34,84*10−3)= 114 А/м.

Таким образом, дроссель представляет собой катушку, которая характеризуется индуктивностью. Благодаря своим свойствам он может накапливать магнитную мощность, после отдавая её в цепь в виде электрической энергии. При этом использование элемента позволяет также подавлять переменную составляющую тока в цепи.

зачем нужен прибор, принцип работы элемента и область применения

Электрический дроссель — элемент, применяющийся в различных электротехнических приборах и радиоустройствах. Он регулирует силу тока, разделяя при этом или ограничивая электрические сигналы разной частоты, устраняя пульсацию постоянного тока. Посредством прохождения тока по скрученному проводнику образуется магнитное поле, используемое в электро- и радиотехнике.

Принцип работы

Дроссель функционирует по принципу самоиндукции. По внешнему виду напоминает обычную катушку, работающую по типу электрического трансформатора, хотя конструкция состоит лишь из одной обмотки.

Дроссельная катушка имеет ферромагнитные или стальные пластины, изолированные одна от другой для исключения образования токов Фуко, характеризующихся большими помехами. Прибор выполняет функцию сдерживающего барьера при перепадах напряжения в электросети.

Но именно это устройство относится к низкочастотным. Переменный ток, идущий по сетям, характеризуется большим диапазоном колебаний: от 1 до 1 млрд Герц.

Условно они делятся на такие виды:

1. Низкие частоты (их ещё называют звуковыми) имеют границы колебаний 20−20000 Гц.
2. Ультразвуковые: от 20 до 100 кГц .
3. Сверхвысокие: свыше 100 кГц .

У приборов, работающих на высоких частотах, сердечник заменяется каркасами из пластика или резисторами, служащими основой для обмотки медным проводом. В этом случае дроссельный трансформатор оснащён в несколько слоёв или секционной обмоткой.

Главной технической характеристикой дроссельной катушки является индуктивность (принятые единицы измерения — Генри (Гн), сопротивляемая способность постоянному электрическому току (амплитуда колебаний приближается к нулю) изменением напряжения в требуемых пределах, номинальным подмагничиванием тока.

Используя магнитные сердечники, значительно уменьшаются размеры дросселей с теми же существующими значениями индуктивности. Применение ферритовых и магнитоэлектрических составов благодаря их небольшой ёмкости позволяет пользоваться ими при широких диапазонах.

По предназначению такого типа катушки делятся на три вида:

1. Переменного тока — применяются для ограничения его в сети.
2. Катушки насыщения — в стабилизаторах напряжения.
3. Сглаживающие ослабевают пульсацию выравниваемого тока.

Магнитные усилители — дроссели работают с намагничивающимся сердечником под действием постоянного тока. При других его параметрах соответственно меняется индуктивное сопротивление.

Бывают ещё трёхфазные катушки, применяющиеся в определённых цепях. В наше время различные инженерные задачи решаются с использованием разнообразных типов дросселей.

Применение дросселя

Индуктивность нашла широкое применение в большом разнообразии приборов электротехники, автоматики, радиотехники. Дроссели работают в виде различных электрических фильтров, преобразователей электрической энергии, разных типов электромагнитных реле, а также трансформаторов. Если же конденсатор выполняет накопительную функцию электрического заряда, то индуктивность накапливает электромагнитную энергию. Вот зачем нужен дроссель.

Посредством прохождения электричества по проводу происходит образование постоянного магнитного поля. Это зависит от количества витков: чем их больше на дросселе и больше проходящего через него количества тока, тем сильнее становится магнитное поле элемента. Чтобы увеличить мощность электрического магнита, в прибор следует встраивать ферромагнитный сердечник. Способность дросселя вырабатывать магнитное поле зачастую применяется в электромагнитах, имеющих большую мощность, в различных электромеханических реле, электродвигателях, а также генераторах.

Дроссельная катушка пропускает постоянный электроток с минимальным сопротивлением, но если проходит ток переменной частоты, оказывает большое сопротивление, то есть выступает в роли фильтра. Эта способность, которая называется индуктивностью, применяется для того, чтобы отделить цепь переменной частоты от цепи постоянной частоты тока. Дроссель с наличием стального сердечника применяется в фильтрах блоков питания сетевых выпрямителей, чтобы сглаживать пульсацию переменного тока.

Под воздействием на катушку переменного магнитного поля в ней происходит образование переменного электротока. Это индуктивное свойство применяется в электрических генераторах с постоянным и переменным током.

В них преобразуется механическая энергия в электрическую:

• гидроэлектростанциями используется энергия падающей воды;
• генераторы, работающие на жидком топливе, при сжигании бензина или дизеля вырабатывают электричество;
• тепловые электростанции в качестве топлива используют уголь или же природный газ;
• в атомных электростанциях механическая энергия получается благодаря нагреву воды.

При прохождении электричества через дроссель вокруг него возникает переменное магнитное поле, оказывающее действие на находящуюся рядом катушку и в ней тоже начинает образовываться переменный электроток.

В этом случае катушка выполняет функции трансформатора, который служит для выравнивания сопротивления нагрузки с внутренними сопротивлениями прибора, вырабатывающего электроэнергию. Трансформаторы применяются во всех отраслях электросвязи, всяческих автоматизированных системах, радиотехнике, различной электронике и т. д.

Электронные аналоги

Обычно индуктивные катушки имеют довольно большие размеры. Для их уменьшения без изменения каких-либо технических характеристик нужно сделать замену индуктивного элемента. Вместо него устанавливается полупроводниковый стабилизатор. Он выполняет функцию транзистора с достаточно высокой мощностью. Так элемент преобразуется в электронный дроссель.

Транзистор полностью компенсирует скачки напряжения в сети, сокращает его пульсацию. Но нужно учесть, что этот элемент выполняет всё-таки полупроводниковую функцию, поэтому в приборах, работающих на высоких частотах, его нерационально применять.

Дроссели маркируют в соответствии с их параметрами, поэтому перепутать тип устройства довольно трудно.

LС: сетевой дроссель. КИП-Сервис: промышленная автоматика

Дроссель фильтрации гармоник Electronicon — Электроинжиниринг

Дроссель фильтрации гармоник Electronicon

Значительный рост использования силовой электронной аппаратуры привёл к увеличению гармонических искажений в электрических системах, что, в свою очередь, часто приводит к проблемам с конденсаторными установками. Это послужило причиной того, что последнее время всё больше и больше поставщиков электроэнергии требуют установку рассогласованных конденсаторных систем (конденсаторных батарей с фильтрацией).

Рассогласованные конденсаторные системы выполняют функцию улучшения коэффициента мощности, предотвращая увеличение гармонических составляющих тока и напряжения, за счёт резонанса между конденсаторами и индуктивностью электрической системы.

Последовательным включением дросселя и силового конденсатора создается резонансный контур. Резонансная частота этого контура лежит ниже частоты самой маленькой гармоники сети (чаще всего 5-ой). Поэтому, для всех других гармоник, лежащих выше этой резонансной частоты, схема является индуктивной, и опасность резонанса между конденсаторной установкой и индуктивностью сети исключается.

Наши фильтрующие дроссели изготавливаются из специально отобранной трансформаторной жести высокого класса по технологии плоских или круглых медных проводов. Долгий срок службы и высокая электрическая прочность достигаются путем вакуумной сушки и безопасной для окружающей среды пропитки с низким содержанием стирола, что позволяет обеспечить высокую стабильность напряжения, низкий уровень потерь и продолжительность времени эксплуатации.

В зависимости от номинальной мощности предлагаются дроссели с боковыми выводами или гибкими теплостойкими проводами. Встроенный температурный переключатель (реверсивный) позволяет осуществлять контроль и/или отключения дросселя в момент превышения допустимого уровня нагрева.

Загрязнение сетей переменного тока высшими гармониками может вести к следующим последствиям:

• снижение срока службы конденсаторов
• преждевременное срабатывание контакторов и предохранителей
• выход из строя или ошибочная деятельность компьютеров, приводов двигателей, стройств освещения и др. чувствительных потребителей.

Согласованные по мощности исполнение

Согласованные дроссели рассчитаны таким образом, что в группе со специально подобранным конденсатором они создают требуемую заказчиком компенсационную мощность ступени. При этом учитываются изменившиеся условия внутри резонансного контура между дросселем и конденсатором (нарастание напряжения).

Несогласованные по мощности исполнение

Несогласованные по мощности дроссели включаются с конденсаторами стандартных величин для номинальных напряжений. Этим позволяется дополнение установок компенсации без дросселей соответственными дросселями задним числом. Недостатком при этом является возрастание мощности из-за роста напряжения внутри резонасного контура.

Дроссели разработаны для типичных коэффициентов фильтрации и резонансных частот, как показано ниже:

Исследование режимов работы дросселя резонансной испытательной установки Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Конесев С. Г. Konesev S. G.

кандидат технических наук, доцент кафедры «Электротехника и электрооборудование предприятий», ФГБОУ ВО «Уфимский государственный нефтяной технический университет», г. Уфа, Российская Федерация

государственный нефтяной технический университет», г. Уфа, Российская Федерация

ФГБОУ ВО «Уфимский

Мухаметшин А. В. Muhametshin A. V.

аспирант кафедры «Электротехника и электрооборудование

предприятий»,

Конев А. А. A. A.

студент кафедры «Электротехника и электрооборудование

предприятий», ФГБОУ ВО «Уфимский государственный нефтяной технический университет», г. Уфа, Российская Федерация

УДК 621.31

ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ДРОССЕЛЯ РЕЗОНАНСНОЙ ИСПЫТАТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ

Рассмотрены вопросы, связанные с оптимизацией массогабаритных показателей дросселя резонансной испытательной установки. В большей степени массу высоковольтной резонансной испытательной установки определяют электромагнитные компоненты, входящие в её состав: высокопотенциальный трансформатор и дроссель в первичной цепи. На основе расчета продолжительности проведения испытаний, проведенного на базе экспериментальных данных, показано, что резонансная испытательная установка при производстве испытаний изоляции электрооборудования функционирует в повторно-кратковременном режиме. Электромагнитные компоненты, рассчитанные для различных режимов работы испытательных установок (продолжительный, повторно-кратковременный), будут различаться по массогабаритным показателям. Произведен расчет дросселя для различных режимов работы, а также компьютерное моделирование в программном комплексе ELCUT 6.0. По результатам компьютерного моделирования получены данные о нагреве исследуемых дросселей (допустимая температура нагрева изоляции ограничена её нагревостойкостью), проведен анализ влияния температуры на омическое сопротивление обмотки дросселя, влияющее на добротность первичного контура резонансной испытательной установки. Адекватность разработанных моделей подтверждена сравнением данных, полученных в результате компьютерного моделирования, с данными, полученными в ходе проведения натурного испытания на лабораторном образце дросселя. Расхождение результатов не превышает 6 %, что позволяет сделать заключение о высокой степени адекватности разработанных моделей. Получены данные о массогабаритных показателях моделей дросселей, рассчитанных на различные режимы работы, проведено их сравнение. Сделан вывод, что дроссель, рассчитанный по результатам компьютерного моделирования, работающий в повторно-кратковременном режиме, удовлетворяет всем требованиям, предъявляемым нормативно-технической документацией, и имеет лучшие массогабаритные показатели, при этом влияние нагрева на добротность резонансного контура резонансной испытательной установки находится в приемлемых пределах.

Для решения задачи при компьютерном моделировании использован программный пакет ELCUT 6.0, для подтверждения результатов моделирования — термограммы лабораторных образцов в программе Smart View 3.1 тепловизора типа Fluke Ti32.

Electrical facilmes and systems

Ключевые слова: испытательная установка, емкость объекта, резонанс, высоковольтные испытания, моделирование, техника высоких напряжений, нагревостойкость, электрические аппараты высокого напряжения, изоляция, дроссель.

MODELLING MODES INDUCTOR RESONANCE TEST SET

The problems associated with the optimization of weight and size of the resonance test rig choke. The more high-mass resonance test rig determine the electromagnetic components included in its composition: high-potential transformer and inductor in the primary circuit. On the basis of the calculation of the duration of the tests conducted on the basis of experimental data shows that the resonance test rig in the production of electrical insulation testing operates in intermittent mode. Electromagnetic components designed for different test rigs operating modes (continuous, intermittent) will vary in weight and size parameters. The calculation of the throttle, for different modes of operation and computer modeling in software ELCUT 6.0 complex. According to the results of computer simulation to obtain data on the investigated heating inductors (permissible insulation, the heating temperature is limited to its heat resistance), and analyzed the effect of temperature on the ohmic resistance of the inductor coil, affecting the quality factor of the primary circuit of the resonant test set. The adequacy of the developed model is confirmed by comparing the data obtained as a result of computer modeling with data obtained in the course of carrying out full-scale tests on a laboratory sample throttle. The discrepancy between the results does not exceed 6 %, which allows to conclude that a high degree of adequacy of the developed models. Data on weight and size chokes models designed for different operating modes, their comparison. It was concluded that a throttle calculated on the results of computer simulation of working in intermittent mode, satisfies all the requirements of normative and technical documentation, and has the best weight and overall dimensions, with the effect of heating on the resonant circuit quality factor resonance test equipment is within acceptable limits.

To solve the problem with the computer simulation software package used ELCUT 6.0, to verify the simulation results — thermograms laboratory samples in the program Smart View 3.1 type imager Fluke Ti32.

Key words: test set, the capacity of an object, resonance, high voltage testing, modeling, high voltage technics, heat resistance, high voltage electronics, insulation, inductor.

Особенностью испытаний изоляции высоковольтных электродвигателей является необходимость применения испытательных установок мощностью порядка 3-5 кВА. Изоляция высоковольтных электродвигателей является объектом большой емкости (десятки — сотни нанофарад), и мощности стандартных промышленных испытательных установок недостаточно.

Необходимую мощность обеспечивают установки высокого переменного напряжения, работающие в резонансном режиме [1, 2, 3, 4]. В известных технических решениях высоковольтных испытательных установок емкость испытуемого объекта используется для создания резонансного контура. Однако эти установки ограничены в своем применении, поскольку не могут работать с объектами малой емкости и имеют сложную конструкцию испытательного трансформатора.

Авторами предложено техническое решение резонансной испытательной установки (РИУ) [5]. Резонанс в ней создается в первичной цепи высокопотенциального испытательного трансформатора при любой емкости нагрузки посредством использования дросселя с плавной регулировкой индуктивности, что позволяет производить испытание изоляции электрооборудования как большой, так и малой емкости.

Массогабаритные показатели испытательной установки являются параметром, к которому предъявляются высокие требования, и их оптимизация является важной задачей совершенствования оборудования. Одним из самых массивных компонентов РИУ является дроссель, следственно, уменьшение его массы окажет значительное влияние на показатели всей установки. Выбрать дроссель, обладающий лучшими массогабаритными

Electrical and data processing facilities and systems. № 3, v. 12, 2016

показателями, можно опираясь на анализ различных режимов работы РИУ

Рассмотрим процесс проведения высоковольтных испытаний с помощью РИУ Общее время испытания изоляции повышенным напряжением переменного тока высоковольтных электродвигателей можно определить по формуле:

ТИСПЫТАНИЯ ~ П^Т+Т+Т+Т) = 30 мин (1)

где п — количество обмоток статора, п = 3; Т — время входа в режим, Т} ~ 0,5 мин; Т2 — время испытания высоковольтной из оляции по ГОСТ Р 52776-2007 (п.РАЗРЯДНОЕ. (3)

Измерения показали, что емкость изоляции высоковольтных электродвигателей, эксплуатируемых на объектах нефтегазовой отрасли, находится в диапазоне от 20 до 150 нФ. Расчетное время снятия остаточного заряда для данных электродвигателей находится в пределах от 0,021 до 0,09 с, поэтому после того, как испытуемый объект разряжен с помощью разрядного устройства, рекомендуется фазу закоротить на корпус электродвигателя на время не менее 3-10 мин [7].

Таким образом, процесс проведения высоковольтных испытаний производится в повторно-кратковременном режиме, и, следовательно, целесообразно рассчитать параметры дросселя для работы именно в этом режиме, так как дроссель, рассчитанный на этот режим, будет обладать лучшими массо-габаритными показателями по сравнению с дросселем, рассчитанным на продолжительный режим работы из-за возможности использовать в обмотках дросселя провод меньшего сечения. Кроме того, следует учи-

тывать, что возможность использования дросселя РИУ в различных режимах работы ограничена нагревостойкостью изоляции, требования к которой определены нормативно-технической документацией [8, 9], а также изменением добротности колебательного контура РИУ из-за влияния нагрева на омическое сопротивление обмотки дросселя. Экспериментально установлено, что значение добротности резонансного контура в первичной цепи высокопотенциального испытательного трансформатора РИУ должно быть не меньше 6,9.

Для решения задачи оптимизации массо-габаритных показателей дросселя был смоделирован в программе ELCUT 6.0 повторно-кратковременный режим работы дросселя S3 (продолжительность одного цикла принимают равной 10 мин с продолжительностью включения 15 %), также для сравнения показателей был использован лабораторный образец дросселя, работающий в продолжительном режиме работы, (режим работы с постоянной нагрузкой и продолжительностью, достаточной для достижения теплового равновесия) [8].

Исследования содержали следующие этапы:

— исследование работы дросселя в режиме Б3 в компьютерной модели;

— исследование работы дросселя в режиме Б3 на лабораторном образце;

— сравнение результатов, полученных в ходе лабораторных испытаний и моделирования, подтверждение адекватности разработанной модели;

— расчёт дросселя с наилучшими массо-габаритными показателями на основе разработанной модели;

— сравнение массогабаритных показателей дросселей, рассчитанных под различные режимы работы.

В таблицах 1, 2 и на рисунках 1, 2 представлены результаты исследования работы лабораторного образца и компьютерной модели дросселя в повторно-кратковременном режиме работы.

Регистрация температуры при тепловизи-онном контроле (рисунок 2) осуществлялась по истечении 21,5 мин работы. Значение измеренных температур выводилось на

Таблица 1. Результаты исследования работы дросселя в повторно-кратковременном режиме работы

Время, мин 0 1,5 10,0 11,5 20,0 21,5 30,0

Температура лабораторного образца, оС 22,30 34,00 30,80 40,30 38,40 45,00 41,20

Температура компьютерной модели, оС 22,30 31,00 29,64 39,90 37,80 46,20 41,90

Таблица 2. Результаты исследования влияния температуры на добротность контура в повторно-кратковременном режиме работы

Температура, оС 20,0 34,0 40,3 45,0

Добротность 9,70 9,22 8,98 8,84

— компьютерная модель

Рисунок 1. Тепловая характеристика повторно-кратковременного режима работы

Рисунок 2. Термограммы режима S3 при t = 21,5 мин: лабораторный образец (а), компьютерная модель (б)

140 120 100 80 60 40 20 О

11,5

20

21,5

30

Рисунок 3. Тепловая характеристика компьютерной модели при повторно-кратковременном режиме работы

дисплей устройства контроля температуры тепловизора FlukeTi32. Регистрация температуры компьютерной модели также происходила по истечении 21,5 мин работы.

Основываясь на данных, полученных в ходе лабораторного испытания, был проведён анализ влияния температуры на добротность резонансного контура. Для анализа были выбраны 4 точки: одна с начальной температурой, а остальные с наибольшими температурами, полученными в течение одного цикла, соответственно Т1 = 20 оС, Т2 = 34 оС, Т3 = 40,3 оС, Т4 = 45 оС. 1

Расхождение данных, полученных в ходе лабораторных испытаний, и данных, полученных в ходе компьютерного моделирования режима работы Б3, находится в пределах 6 %, что подтверждает адекватность разработанной модели.

На основе данных, полученных в ходе тепловизионного контроля, можно сделать вывод, что наибольшая температура нагрева дросселя не превышает температуру нагре-востойкости для данного класса изоляции (класс изоляции «В» — температура нагре-востойкости 130 оС). Следовательно, возможно оптимизировать дроссель путем использования провода меньшего сечения и добиться улучшения его массогабаритных показателей, при этом не выходя за рамки предъявляемых требований.

В таблицах 3, 4 и на рисунках 3 и 4 представлены результаты исследования работы компьютерной модели дросселя с оптимизированными массогабаритными показателями в повторно-кратковременном режиме работы.

Регистрация температуры (рисунок 3) осуществлялась по истечении 21,5 мин работы. Значение измеренных температур выводилось на дисплей компьютера в программе Е1сШ; 6.0.

Основываясь на данных, полученных в ходе моделирования, был проведён анализ влияния температуры на добротность резонансного контура. Для анализа были выбраны

Таблица 3. Результаты исследования работы дросселя с наилучшими массогабаритными показателями в повторно-кратковременном режиме работы

Время, мин 0 1,5 10,0 11,5 20,0 21,5 30,0

Температура компьютерной модели, оС 22,3 102,0 94,0 113,0 104,0 124,0 115,0

8 —

Electrical and data processing facilities and systems. № 3, v. 12, 2016

Таблица 4. Результаты исследования влияния температуры на добротность контура в продолжительном режиме работы

Температура, оС 20 102 113 124

Добротность 9,70 7,37 7,15 6,97

Таблица 5. Сравнение массогабаритных показателей дросселей

Рисунок 4. Термограмма компьютерной модели дросселя режима S3 при t = 21,5 мин

4 точки: одна с начальной температурой, а остальные с наибольшими температурами, полученными в течение одного цикла, соответственно Т2 = 102 оС, Т3 = 113 оС, Т4 = 124 оС.

В таблице 5 приведено сравнение массогабаритных показателей лабораторного образца дросселя, рассчитанного на продолжительный режим работы, с показателями модели дросселей, рассчитанными на повторно-кратковременный режим. Расчётная масса дросселя, работающего в режиме Б3 и смоделированного при использовании провода меньшего сечения, меньше массы дросселя с проводом большего сечения на 2,9 %. По сравнению с лабораторным образцом дросселя, рассчитанного на продолжительный режим работы, масса была уменьшена на 11,2 %.

На основе полученных данных можно сделать вывод, что дроссель, рассчитанный по результатам компьютерного моделирования, работающий в повторно-кратковременном режиме Б3, удовлетворяет всем требованиям, предъявляемым нормативно-технической

Режим работы Число витков первой катушки Диаметр провода d, мм Масса дросселя, кг

S1 300 2,24 23,29

S3 650 1,18 21,30

S3 1486 0,60 20,68

документацией, и имеет лучшие массогаба-ритные показатели, при этом влияние нагрева на добротность резонансного контура РИУ находится в приемлемых пределах.

Заключение

В процессе исследования создана компьютерная модель, позволяющая исследовать режимы работы дросселя. Данная модель дает возможность анализировать процесс нагрева элементов установки с высокой степенью точности (расхождение с данными практических исследований не превышает 6 %) без температурных испытаний оборудования, негативно сказывающихся на состоянии изоляции и требующих значительных временных затрат. Позволяет дополнить и ускорить процедуру проектирования и разработки элементов электротехнических установок, наглядно иллюстрирует протекающие в электротехнических установках физические процессы.

Список литературы

1. Конесев С.Г., Мухаметшин А.В., Кириллов РВ. Выбор схемы ВИУ для работы в резонансном режиме // Сб. науч. тр. I Междунар. (IV Всеросс.) науч.-техн. конф. Уфа: УГНТУ, 2013. С. 209-215.

2. Конесев С.Г., Мухаметшин А.В., Хазиева Р. Т., Стрижев Д.А. Новые схемотехнические решения резонансной высоковольтной испытательной установки // Инновационные направления развития электропривода, электротехнологий и электроо-

борудования: межвуз. сб. науч. тр. Уфа: УГНТУ, 2012. С. 178-183.

3. Конесев С.Г., Мухаметшин А.В. Оценка влияния параметров изоляции высоковольтного оборудования на режимы работы испытательной установки [Электронный ресурс] // Электронный научный журнал «Современные проблемы науки и образования». 2015. № 2. Режим доступа: URL: www. science-education.ru/122-20794-07.08.2015.

4. Конесев С.Г., Мухаметшин А.В. Математическое моделирование резонансных режимов испытательной установки // Вести

высших учебных заведений Черноземья. 2015. № 3. С. 51-55.

5. Пат. 132213 Российская Федерация, МПК G 01 R. Компактная испытательная установка для испытания изоляции электрооборудования повышенным напряжением / Конесев С.Г., Мухаметшин А.В. (РФ). 2013108529; заявл. 10.09.13, опубл. 10.09.2013. Бюл. № 25.

6. Сборник методических пособий по контролю состояния электрооборудования / Под ред. Ф.Л. Коган. М.: ОРГРЭС, 1998. 493 с.

7. РД-75.200.00-КТН-079-12. Положение о диагностировании, порядке технического освидетельствования и продлении срока службы энергоустановок нефтеперекачивающих станций магистральных нефтепроводов.

8. ГОСТ Р 52776-2007. Машины электрические вращающиеся. Номинальные данные и рабочие характеристики. М.: Изд-во стандартов, 2008. 7 с.

9. ГОСТ 6581-75. Материалы электроизоляционные жидкие. Методы электрических испытаний. М.: Изд-во стандартов, 2008. — 9 с.

References

1. Konesev S.G., Muhametshin A.V., Kirillov R.V. Vybor skhemy VIU dlya raboty v rezonansnom rezhime // Sb. nauch. tr. I Mezhdunar. (IV Vseross.) nauch.-tekhn. konf. Ufa: UGNTU, 2013. Р. 209-215.

2. Konesev S.G., Muhametshin A.V., Hazieva R.T., Strizhev D.A. Novye skhemotekhnicheskie resheniya rezonansnoj vysokovol’tnoj ispytatel’noj ustanovki // Innovacionnye napravleniya razvitiya ehlektroprivoda, ehlektrotekhnologij i ehlektrooborudovaniya: mezhvuz. sb. nauch. tr. Ufa: UGNTU, 2012. Р. 178-183.

3. Konesev S.G., Muhametshin A.V. Ocenka vliyaniya parametrov izolyacii vysokovol’tnogo oborudovaniya na rezhimy raboty ispytatel’noj ustanovki [Elektronnyj resurs] // Sovremennye problemy nauki i obrazovaniya. Elektronnyj nauchnyj zhurnal. 2015. № 2. Rezhim dostupa: www.science-education.ru/122-20794. 07.08.2015.

4. Konesev S.G., Muhametshin A.V. Matematicheskoe modelirovanie rezonansnih rejimov ispitatelnoi ustanovki // Vesti visshih uchebnih zavedenii Chernozemya. 2015. № 3. P. 51-55.

5. Pat. 132213 Rossijskaya Federaciya, MPK G 01 R. Kompaktnaya ispytatel’naya ustanovka dlya ispytaniya izolyacii ehlektrooborudovaniya povyshennym napryazheniem / Konesev S.G., Muhametshin A.V. (RF). 2013108529; zayavl. 10.09.13, opubl. 10.09.2013. Byul. № 25.

6. Sbornik metodicheskih posobij po kontrolyu sostoyaniya ehlektrooborudovaniya / Pod red. F.L. Kogan. M.: ORGREHS, 1998. 493 р.

7. RD-75.200.00-KTN-079-12. Polozhenie o diagnostirovanii, poryadke tekhnicheskogo osvidetel’stvovaniya i prodlenii sroka sluzhby ehnergoustanovok nefteperekachivayushchih stancij magistral’nyh nefteprovodov.

8. GOST R 52776-2007. Mashiny ehlektricheskie vrashchayushchiesya. Nominal’nye dannye i rabochie harakteristiki. M.: Izd-vo standartov, 2008. 7 р.

9. GOST 6581-75. Materialy ehlektroizolyacionnye zhidkie. Metody ehlektricheskih ispytanij. M.: Izd-vo standartov, 2008. 9 р.

Electrical and data processing facilities and systems. № 3, v. 12, 2016

ВЧ дроссель

против индуктора — Блог о пассивных компонентах

Дроссели и ВЧ дроссели в основном представляют собой электрические компоненты одного и того же типа. Разница в конструкции связана с функцией, которую устройство будет выполнять в цепи. Большинство инженеров больше знакомы с индукторами — некоторые думают, что оба устройства могут использоваться взаимозаменяемо — которые распространены в частотно-избирательных системах, таких как тюнер для радиоприемников или фильтров.

Катушки индуктивности

Стандартный индуктор создается путем плотной обмотки проводов (катушек) вокруг твердого стержня или цилиндрического кольца, называемого сердечником индуктора.Когда ток циркулирует по проводам, создается магнитный поток, который противоположен изменению тока (сопротивляется любому изменению электрического тока), но пропорционален значению тока. Кроме того, в катушке индуцируется напряжение из-за движения магнитного потока. Сила магнитного потока зависит от типа сердечника.

Катушки индуктивности классифицируются в зависимости от типа сердечника, на который намотана катушка. На рисунке 1 показаны символы, используемые для различения некоторых типов.

Рисунок 1: Символы индуктивности. Источник: www.electronics-tutorials.ws

Единицы

Как мы видели, индукторы сопротивляются изменению тока (переменного тока), но легко пропускают постоянный ток. Эта способность противодействовать изменениям тока и взаимосвязи между потоком тока и магнитным потоком в катушке индуктивности измеряется показателем качества, называемым индуктивностью, с символом L и единицами измерения Генри (H), в честь американского ученого и первого секретаря Смитсоновского института. , Джозеф Генри.

RF Дроссели

Мы можем думать о ВЧ дросселях как о применении катушек индуктивности. Они спроектированы как фиксированные катушки индуктивности с целью перекрытия или подавления высокочастотных сигналов переменного тока (AC), в том числе сигналов от радиочастотных (RF) устройств, и обеспечения прохождения низкочастотных сигналов и сигналов постоянного тока. Строго говоря, в идеале ВЧ дроссель — это индуктор, который отклоняет все частоты и пропускает только постоянный ток. Для этого дроссель (или катушка индуктивности) должен иметь высокий импеданс в диапазоне частот, который он предназначен для подавления, как мы можем видеть, проверив формулу для значения импеданса, X _L :

X _L = 6.283 * f * L

Где f — частота сигнала, а L — индуктивность. Мы видим, что чем выше частота, тем выше импеданс, поэтому сигнал с высокой частотой встретит эквивалентное сопротивление (импеданс), которое заблокирует его прохождение через дроссель. Низкочастотные сигналы и сигналы постоянного тока будут проходить с небольшими потерями мощности.

Дроссели обычно состоят из катушки из изолированных проводов, намотанных на магнитный сердечник, или круглой «бусинки» из ферритового материала, нанизанной на провод.Их часто наматывают сложными узорами, чтобы уменьшить их внутреннюю емкость.

Обычно ВЧ дроссели можно увидеть на компьютерных кабелях. Они известны как ферритовые шарики и используются для устранения цифрового радиочастотного шума. Как показано на Рисунке 2, ферритовые бусины имеют цилиндрическую или торообразную форму и обычно надеваются на проволоку.

Рис. 2. Ферритовый шарик. Источник: Wuerth Elektronik

Саморезонанс

Реальные катушки индуктивности и дроссели не являются 100-процентными индуктивными.При подаче питания появляются паразитные элементы, которые изменяют поведение устройства и изменяют полное сопротивление. Провода катушки, используемой для изготовления индуктора, всегда создают последовательное сопротивление, а расстояние между витками катушки (обычно разделенных изоляцией) создает паразитную емкость. Этот элемент является параллельным компонентом последовательной комбинации паразитного резистора и идеальной катушки индуктивности. Типичная эквивалентная схема катушки индуктивности показана на рисунке 3.

Рисунок 3: Эквивалентная схема индуктора

Реактивное сопротивление идеальной катушки индуктивности и паразитного конденсатора определяется по известным формулам:

X _L = wL = 6.283 * ширина * длина (1)

X _C = 1 / (wC) = 1 / (6,283 * f * C) (2)

Из-за наличия реактивных сопротивлений значение полного импеданса цепи изменяется с частотой. С увеличением частоты реактивное сопротивление конденсатора падает, а емкость катушки индуктивности увеличивается. Существует частота, при которой реактивное сопротивление идеальной катушки индуктивности и паразитного конденсатора равны. Это называется собственной резонансной частотой параллельной резонансной системы. В параллельном резонансном контуре полное сопротивление на резонансной частоте является максимальным и чисто резистивным.На рисунке 4 показаны графики зависимости импеданса от частоты в соответствии с уравнениями 1 (красным) и 2 (синим). Общий импеданс (черный) показывает резонансную частоту в точке, где оба импеданса равны. Импеданс в этой точке является чисто резистивным и имеет максимальное значение.

Рисунок 4. Импеданс в зависимости от частоты. Источник: Texas Instruments

.
Индуктор

— Что такое дроссель коррекции коэффициента мощности (дроссель PFC) и как он работает?

Эта ссылка в Ньюарке отображает «Дроссели коррекции коэффициента мощности», о существовании которых я не знал.У меня есть линейный двигатель, который, как я подозреваю, действительно нуждается в коррекции коэффициента мощности. Скажите, пожалуйста, что такое дроссель коррекции PFC, как он работает и, что более важно, как я могу определить, какой из них выбрать для моего приложения.

Следующие ссылки (Что такое pfc?) И (Зачем нужны дроссели PFC?) От Wurth первыми подали надежду на ответ на этот вопрос, но они были очень разочаровывающими, так как их английский был не очень хорошим, а их слова — нет. ужасно разъясняющий. Зачем делать работу на полпути? Ты просто выставляешь свою компанию в плохом свете, а в остальном я уважаю Вурта.В любом случае …

Наш линейный двигатель напрямую подключается к сети, я думаю, на 110 или 220 В. Я на самом деле разработчик программного обеспечения и обучаюсь силовой электронике, поэтому у меня есть некоторые знания, но, как мне кажется, с большими пробелами. Я начал заниматься этой областью из-за моей любви к схемам для любителей, автоколебательным повышающим преобразователям под названием Joule Thief, поэтому я знаком с повышающими преобразователями, которые я недавно здесь обнаружил (EEsx, почему топология повышения PFC является наиболее часто используемой?) часто являются топологией схемы коррекции PFC.

Двигатель выполняет приведение в действие и подвешивает небольшой груз, но затем прилагает до 15 килограммов силы, поэтому его потребляемая мощность варьируется от примерно 10 Вт до примерно 500 Вт. Текущий коэффициент мощности составляет около 30% и становится намного хуже по мере приложения большей силы. Некоторые клиенты используют наше устройство постоянно, а другие клиенты используют наше устройство несколько нечасто, так что, возможно, PFC может быть вариантом?

Наконец, рассказывая мне, что такое дроссель PFC, скажите, пожалуйста, имеет ли он отношение к дросселю синфазного режима (который, как я полагаю, имеет другое предназначение), и как.Еще раз спасибо.

Я хочу знать, если покупка одного из этих дросселей с PFC повысит эффективность для наших клиентов и более эффективно подает мощность на наш двигатель. Спасибо.

Хотя я, возможно, указывал, что этому устройству нужна помощь, на самом деле оно находится в производстве и неплохо работает у клиентов. В некоторых тестах устройства я обнаружил непонятный режим, в котором двигатель получает полную мощность, а затем перегревается — но это только с административной консолью и творческим переключением питания контроллера + двигателя.

Я просто хочу, чтобы на вопросы в Заголовке были даны ответы.

В ответ на вопрос «Вы должны заменить существующее предложение или улучшить его?»
Улучшение, я думаю … Вот еще некоторая информация, которая может помочь:

Контроллер линейного двигателя — Parker IPA15-HC,
ОДНООСНЫЙ СЕРВОПРИВОД / КОНТРОЛЛЕР: 6,3 А / 1 * 100-240 В переменного тока (2,5 кВА)
Ссылки: 1. Брошюра 2. Краткое руководство 3. Руководство по установке HW

Мы написали прошивку для контроллера (в AcroBasic, прошивку, зависящую от домена, специфичную для управления двигателем).Но ресурс, который это написал, может быть недоступен, а я в компании всего 6 недель.

Вот первое предположение о реальных соединениях в устройстве, хотя двигатель на картинке вращающийся, а наш — линейный — это базовая схема соединений, взятая из Руководства по установке оборудования контроллера серводвигателя IPA15-HC по адресу URL 8:

Дроссель как элемент электротехники

Традиционный дроссель обычно состоит из катушки и стального сердечника с воздушным зазором.Когда в катушку подается переменное напряжение, сила электрического тока в катушке также изменяется. Катушка создает переменный магнитный поток в железном сердечнике. Этот переменный магнитный поток создает прерывистую переменную электродвижущую силу, противоположную напряжению, действующему на катушку. Электродвижущая сила сопротивляется чередованию тока в катушке. Дроссель с ламинированным сердечником — самая традиционная конструкция индуктора.

Каждая катушка имеет свою собственную конструкцию , коэффициент самоиндукции или индуктивность (L) .

Индуктивность в системе СИ называется Генри, а ее символ — H (H = Vs / A).

Значение индуктивности пропорционально квадрату числа эффективных витков и сопротивлению магнитной цепи. Сопротивление магнитной цепи называется Сопротивление (Rm) .

Тороидальный дроссель изготавливается путем изготовления сердечника из железной пыли или ферритных материалов.

Использование:

• импульсный блок питания
• сетевой фильтр помех

Слева индуктор с компенсацией тока, а справа индуктор дифференциальной формы.

Самоиндукция используется в электротехнике, но она также может быть опасной.

Преимущества:

• индуктор выравнивает колебания тока, например, в люминесцентные и газоразрядные лампы

Дроссели

• используются в цепях фильтров и устранения помех

Недостатки:

• индуктор вызывает искры между переключателем и контактными наконечниками при отключении цепей с индуктивными компонентами

Индукторы Intertrafo

Текнисет тидот

Митат

Граафит

Таулукот

Куват

Что такое моторный дроссель и для чего он используется?

Дроссель — это пассивное устройство, которое увеличивает индуктивность цепи.

Изображение предоставлено: KEB America

Индуктивность — это свойство катушки с проводом, которая сопротивляется любому изменению тока, протекающего через нее. (Прямые провода также обладают небольшой индуктивностью.) Другими словами, если ток через катушку увеличивается, магнитное поле катушки создает напряжение (ЭДС), которое препятствует изменению. Индуктивность устройства определяет количество ЭДС, генерируемой при заданном изменении тока:

Где:

ЭДС = индуцированное напряжение (В)

L = индуктивность (В * с / А = Генри, Гн)

dI / dt = время нарастания тока (А / с)

Дроссель двигателя — это общее название индуктивного устройства, установленного между выходом сервопривода или частотно-регулируемого привода (VFD) и выводами серводвигателя или асинхронного двигателя переменного тока.Его цель — уменьшить пики тока, возникающие на выходе привода из-за широтно-импульсной модуляции (ШИМ) напряжения.

Дроссель двигателя — это индуктивное устройство, устанавливаемое между приводом и двигателем, которое часто рекомендуется, когда длина кабеля двигателя превышает 25 метров.
Изображение предоставлено: Force Control Industries

Широтно-импульсная модуляция — ключевой принцип работы большинства частотно-регулируемых приводов и сервоприводов. Он работает путем включения и выключения напряжения на управляющих транзисторах с очень высокой частотой — обычно в диапазоне 20 кГц — создавая импульсы напряжения.Частота переключения определяет ширину импульсов, а отношение времени включения к времени выключения определяет среднее напряжение, подаваемое на двигатель.

Без моторного дросселя длинные кабели могут привести к отраженным волнам, которые вызовут скачки напряжения на двигателе.
Изображение предоставлено: KEB America

Однако управление ШИМ вызывает резкие изменения сигналов привода, а также шум из-за высокочастотного переключения — проблемы, которые усугубляются при использовании длинных кабелей между приводом и двигателем.Как и катушки двигателя, кабели также обладают импедансом, и если импеданс кабеля сильно отличается от импеданса двигателя, может возникнуть отраженная волна, посылая напряжение обратно через кабель от клемм двигателя к приводу. Это напряжение может, в худшем случае, добавить к напряжению, подаваемому приводом, и привести к очень высокому напряжению на двигателе, что приведет к значительному нагреву двигателя и повреждению изоляции двигателя и подшипников.

Дроссель двигателя помогает решить эти проблемы, увеличивая время нарастания (dV / dt) сигналов привода.Это уменьшает острые углы или пики формы волны напряжения до закругленных краев, защищая двигатель от скачков напряжения и связанного с этим нагрева. Дроссель, расположенный между приводом и двигателем, также помогает уменьшить электромагнитные помехи от кабелей и вероятность отраженных волн.

Без дросселя двигателя производители приводов обычно рекомендуют максимальную длину кабеля двигателя около 25 метров (рекомендации различаются в зависимости от двигателя, привода и области применения).С моторным дросселем максимальная длина кабеля может быть значительно увеличена, часто до 50 или 100 метров.

Дроссели и реакторы являются индуктивными устройствами, и термины «дроссель», «реактор» и «индуктор» часто используются как синонимы.

При обсуждении систем моторного привода термин «реактор» чаще всего используется для обозначения индуктивного устройства, расположенного между основным источником питания и приводом. Термин «дроссель» чаще всего используется для обозначения индуктивного устройства, расположенного между приводом и двигателем.И «дроссель», и «реактор» — это обычно используемые термины для индуктивного устройства, размещенного после входных диодов (между входным выпрямителем и звеном шины постоянного тока) в частотно-регулируемом приводе.

Что такое электрический дроссель, почему электрический дроссель используется в люминесцентных лампах, применение электрических дроссельных катушек

Электрический дроссель — очень известное нам слово. Но многие не знают про дроссель . Давайте узнаем об электрическом дросселе.

Что такое электрический дроссель?

Электрический дроссель представляет собой катушку или индуктор. Проводник, намотанный на сердечник с несколькими витками, можно назвать дросселем. Электрический дроссель работает так же, как индуктор. Когда ток, протекающий через дроссельную катушку, постоянно изменяется, создается магнитное поле, которое действует против протекающего тока. Поскольку переменный ток постоянно изменяется, дроссельная катушка пытается заблокировать переменный ток. Поскольку постоянный ток не меняется, дроссельная катушка легко проходит через него.Это свойство дроссельной катушки используется для фильтрации выхода выпрямителя.

Дроссельная катушка или катушка индуктивности также обладают свойством, аналогичным конденсатору, они оба хранят заряды, проходящие через них. Дроссельная катушка накапливает электрический заряд, создавая вокруг себя магнитное поле. Конденсатор так не работает.

Теперь используется дневной электронный дроссель.

Почему дроссельная катушка используется в люминесцентных лампах?

1. Дроссельная катушка соединена последовательно с лампой.Он ограничивает ток во время пуска при замкнутом состоянии биметаллического контакта в пускателе.

2. Высокое напряжение необходимо, чтобы ионизированный газ попал внутрь лампы. Дроссельная катушка создает на ней высокое напряжение и способствует ионизации газа.

В настоящее время электронные дроссели используются в люминесцентных лампах.

Влияние переменного и постоянного тока на электрическую дроссельную катушку:

Поскольку дроссельная катушка является индуктором, она пытается блокировать переменный ток, но в случае постоянного тока она не оказывает никакого сопротивления прохождению постоянного тока.

Давайте разберемся математически,

Нам известно индуктивное реактивное сопротивление (это сопротивление индуктора) XL = 2πfL

«F» — частота, а «L» — индуктивность.

Поскольку переменный ток имеет частоту, индуктор дает сопротивление переменному току. Но в случае постоянного тока он не имеет частоты, поэтому катушка индуктивности не оказывает никакого сопротивления протеканию постоянного тока.

Применение электрических дроссельных катушек:

1 .Он используется для фильтрации выхода выпрямителя и обеспечения чистого выхода постоянного тока.

2 . Благодаря своим магнитным свойствам он используется в реле, автоматических выключателях и т. Д.

3. Используется в устройствах, используемых в радиостанциях.

4. Применяется в резонансных цепях.

5. Используется в системах передачи сигналов.

Читайте также:

Дроссель (электротехника) — zxc.вики

Дроссели (англ. Choke ) представляют собой катушки или индукторы для ограничения токов в электрических проводниках, для промежуточного хранения энергии в виде их магнитного поля, для согласования импеданса или для фильтрации. В отличие от трансформаторов или индукторов резонансного контура, они обычно подключаются последовательно с другими компонентами или потребителями.

Они используются в области источников питания для электрических и электронных устройств, в силовой электронике, а также в низко- и высокочастотной технике.

Для увеличения индуктивного сопротивления (уменьшения размера) дроссели часто содержат магнитомягкий сердечник.

Конструкций

Дроссели тороидальные

Тороидальные дроссели намотаны на ферритовых или порошковых тороидальных сердечниках. Тороидальные сердечники также могут состоять из кристаллических или аморфных металлических полос. Тороидальные сердечники образуют замкнутую магнитную цепь и поэтому имеют только низкие магнитные поля рассеяния. Низкое рассеяние способствует лучшей электромагнитной совместимости (ЭМС).Крайняя форма (один оборот) ферритовых тороидальных дросселей — это ферритовые бусины, насаженные на провода. Дроссели с ферритовым сердечником без воздушного зазора используются только для дросселей с компенсацией тока или дросселей насыщения.

Дроссели стержневые

Дроссели со стержневым сердечником имеют разомкнутую магнитную цепь. Следовательно, они могут выдерживать более высокие значения напряженности поля намагничивания и — если они намотаны в один слой — имеют более низкую паразитную параллельную емкость, чем другие конструкции, что делает их также подходящими для очень высоких частот (дроссели ОВЧ).Сердечники стержней изготовлены из феррита для высокочастотных применений и из листового электротехнического металла для применений сетевого напряжения.

Воздушные дроссели

Для очень высоких частот используются так называемые воздушные дроссели, сердечник которых не содержит ферромагнитных материалов, что исключает насыщение, потери на вихревые токи и гистерезисные потери. Однако воздушным дросселям требуется больше витков, чем дросселям с железным или ферритовым сердечником при той же индуктивности, что увеличивает омическое сопротивление обмотки катушки.

Если воздушные дроссели намотаны в один слой (см. Обмотку цилиндра), они имеют особенно малую паразитную емкость.Такие дроссели часто используются в высокочастотных цепях. Они также хорошо подходят для высоких напряжений, так как прочность изоляции между витками увеличивается.

Железный или ферритовый сердечник

Большинство дросселей имеют ферромагнитный сердечник, потому что тогда для них требуется значительно меньше витков при той же индуктивности, чем у воздушных дросселей. Однако при сильных токах сердечник может насыщаться, что приводит к искажению кривой тока и сильному снижению индуктивности. Другой недостаток — возникновение вихревых токов в сердечнике катушки, когда через реактор протекают переменные токи.Для подавления вихревых токов проводящие материалы сердечника должны быть изолированы друг от друга — в этом случае сердечник состоит, например, из нескольких листов металла, изолированных друг от друга параллельно магнитному полю, или из ферромагнитного порошка (порошкового сердечника). , как в трансформаторах.

Поскольку ферритовые материалы являются ферромагнитными, но не электропроводными, дроссели с ферритовым сердечником не имеют потерь на вихревые токи и, в зависимости от материала, могут также использоваться для очень высоких частот.При высоких токах дроссели с ферритовым сердечником имеют тенденцию проявлять признаки насыщения сердечника, чем другие материалы, поскольку феррит имеет более низкую индукцию насыщения. Вы избегаете насыщения, создавая сердечники с воздушным зазором или создавая открытую магнитную цепь (дроссель стержневого сердечника, катушечный сердечник).

Подавляющие дроссели

Дроссели не должны оказывать никакого влияния на постоянный ток и токи низкой частоты, тогда как переменные токи высокой частоты должны эффективно снижать их из-за своего высокого индуктивного сопротивления.Целью является предотвращение высокочастотного интерференционного излучения. Поскольку ток полной нагрузки последующей цепи протекает через обмотку, они часто имеют относительно большое поперечное сечение кабеля, чтобы поддерживать низкие омические потери.

Дроссели для подавления радиопомех должны иметь высокий импеданс в самом широком спектре частот. Для этого они должны иметь высокую индуктивность и низкую внутреннюю паразитную емкость. Эти требования часто не могут быть выполнены с помощью одной конструкции, а только путем объединения нескольких дросселей с разными свойствами.

Дроссели с компенсацией тока

Начало обмотки дросселя с токовой компенсацией отмечено точкой

Дроссель с компенсацией тока от сетевого фильтра

Дроссель с компенсацией тока или синфазный дроссель (сокращенно CMC, от англ. Common Mode Choke ) имеет множество идентичных обмоток, через которые в противоположных направлениях протекает рабочий ток, магнитные поля которого в сердечнике дросселя так отменить. CMC часто используются для ослабления излучения помех.Такие токи помех обычно возникают в одном направлении в прямой и обратной линиях (общий режим). Дроссель с компенсацией тока создает очень высокую индуктивность для этой синфазной помехи, поскольку в ней эти токи помехи не компенсируются. Дроссели с компенсацией тока часто встречаются на входах и выходах импульсных источников питания и в сетевых фильтрах.

Наиболее простой формой дросселей с компенсацией тока являются тороидальные сердечники, насаженные на кабели, или так называемый шарнирный феррит; Однако они обладают эффектом подавления помех только на очень высоких частотах (диапазон УКВ).Для этих небольших высокочастотных катушек для подавления помех в системах шин данных или для подачи сетевого напряжения существует множество вариантов перфорированных, цилиндрических или плоских, иногда делимых (шарнирно-ферритовых) ферритовых сердечников, которые навинчиваются на натянутый кабель или многослойные ферритовые сердечники. основные линии или заключите несколько витков.

Нормальные помехи не могут быть устранены с помощью синфазных дросселей; двухтактный сигнал, как и полезный сигнал, может проходить через эти дроссели почти беспрепятственно.На практике, однако, всегда присутствующая индуктивность рассеяния (которая обычно также указывается в технических паспортах) используется для гашения дифференциальных модовых помех за счет продуманного расположения компонентов фильтра.

Дроссели с компенсацией тока часто изготавливаются из цельных замкнутых ферритовых сердечников в форме кольца, Е-образной формы, формы рамы или так называемой D-образной формы путем продевания обмоточных проводов через тороидальные сердечники и намотки их на катушки для другого сердечника. формы. Несколько камер на частичную обмотку уменьшают собственную емкость и сдвигают частоту собственного резонанса и эффективный диапазон в сторону более высоких частот.

Дроссели серии

Газоразрядные лампы всегда требуют пускорегулирующего устройства. Он часто содержит дроссель, который ограничивает ток своим реактивным сопротивлением и, с другой стороны, генерирует необходимое высокое напряжение зажигания с люминесцентными лампами с помощью дополнительного стартера. Здесь показан пример расчета индуктивного сопротивления.

Балластные дроссели обычных балластов (ПРА) имеют сердечник из листового железа с воздушным зазором. В электронных балластах (EVG) используется дроссель с ферритовым сердечником.Коммутационные реакторы используются в больших выпрямителях для увеличения угла протекания тока и уменьшения гармоник в сети.

Дроссели накопительные

В импульсных источниках питания определенные топологии, такие как прямой преобразователь, а также в импульсных регуляторах (повышающий и понижающий преобразователи (например, активный PFC), повышающий-понижающий преобразователь, преобразователь SEPIC, преобразователь Cuk) являются магнитными для хранения энергии. Накопительные индукторы необходимо . В этих дросселях магнитная цепь ферритового сердечника часто прерывается воздушным зазором.Воздушный зазор представляет собой разрыв в форме щели в магнитопроводе, который часто заполняется немагнитным материалом, например бумагой, пластиком или смолой для механической стабилизации. Таким образом, энергия, запасенная в дросселе, почти полностью попадает в этот зазор. Сердечник служит только для направления магнитного поля. Зазор служит для уменьшения плотности магнитного потока. Это позволяет избежать насыщения материала сердечника и обеспечивает более линейную кривую индуктивности даже при высокой намагниченности. Другими конструкциями дросселей накопителя с пониженной тенденцией к насыщению являются стержни стержней и катушек с резьбой.Б. {\ displaystyle B}

Сердечник дросселей накопителя состоит либо из описанной выше прерываемой магнитной цепи, изготовленной из спеченного металла (порошковый сердечник), либо из нанокристаллической или аморфной намотанной металлической ленты (сердечник из тороидальной ленты).

Железо или железные сплавы (например, Sendust, High Flux, MPP) обычно используются в виде порошка. Характеристики этих порошковых сердечников — более высокая емкость хранения энергии по сравнению с твердыми сердечниками, а также кривая индуктивности, более линейная по отношению к магнитному полю без резкого перехода к насыщению.Также говорят о распределенном воздушном зазоре. Дроссели с порошковым сердечником используются в качестве компактных индукторов в импульсных источниках питания, импульсных регуляторах и ступенях PFC (PFC: компенсация, коррекция коэффициента мощности), а также в качестве дросселей для подавления шума в нормальном режиме (например, в диммерах).

Частотно-зависимое сопротивление

Дроссели с ферритовыми сердечниками и порошковым тороидальным сердечником (желтые)

Катушки

с воздушным сердечником используются для согласования импеданса или подачи постоянного тока в высокочастотные усилители передачи, где выходят из строя ферриты.

В фильтрах высоких и низких частот и кроссоверах используются дроссели для разделения переменных токов разных частот. Для этого их совмещают с конденсаторами. Примерами этого являются линейные фильтры, переключатели громкоговорителей и антенные переключатели.

Поскольку дроссель ограничивает высокочастотные составляющие тока, крутые нарастающие фронты тока сглаживаются, а выпрямленные переменные токи сглаживаются.

Насыщение дроссели

Дроссели насыщения и дроссели преобразователей используют эффект магнитного насыщения материала сердечника: дроссели насыщения ограничивают скорость нарастания тока в тиристорных цепях в начале протекания тока, а затем почти полностью теряют свою индуктивность, когда происходит насыщение.В цепях отклонения линии предварительно намагниченные дроссели насыщения используются последовательно с катушкой отклонения по горизонтали, чтобы линеаризовать ток отклонения.

Дроссели преобразователя

Дроссели преобразователя позволяют регулировать индуктивность или реактивное сопротивление посредством смещения постоянного тока. Предварительное намагничивание сдвигает точку насыщения, поэтому переменные напряжения и токи можно контролировать с помощью постоянного тока. В прошлом дроссели преобразователей линейной частоты использовались для B. для уменьшения яркости освещения в кинотеатре.

Дроссели PFC

Дроссели

PFC, для английского языка Power Factor Correction , работают последовательно с питающим сетевым напряжением в импульсных источниках питания для снижения гармонической нагрузки в питающей сети. Они работают либо на частоте сети как пассивный PFC на сердечнике трансформатора из листового металла, либо как дроссель накопителя в схемах коррекции коэффициента мощности активных при прибл. 10 … 100 кГц.

литература

• Иоахим Франц: ЭМС, отказоустойчивая конструкция электронных схем .Teubner, Stuttgart Leipzig Wiesbaden 2002, ISBN 3-519-00397-X.
• Руководство по электронике . Францис-Верлаг, Мюнхен, 1979, ISBN 3-7723-6251-6.
• Lexicon Электроника и микроэлектроника . VDI-Verlag, 1990, ISBN 3-18-400896-7.
• FF Mazda: Понимание и использование электронных компонентов . Телекосмос-Верлаг, 1984, ISBN 978-3-440-05324-9.
• Zinke, С тех пор: резисторы , конденсаторы, катушки и их материалы .Springer-Verlag, 1982, ISBN 3-540-11334-7.
• Дитер Нюрманн: работа книга электроники . Францис-Верлаг, 1981, ISBN 3-7723-6543-4.
• Брокгауз, Наука + Технологии . 2003 г., ISBN 3-7653-1060-3.

Интернет-ссылки

Индивидуальные доказательства

1. ↑ Ссылка на архив (Памятка оригинала от 19 февраля 2015 г. в Интернет-архиве ) Информация: Архив Ссылка вставлена ​​автоматически и еще не проверена. Проверьте исходную и архивную ссылку в соответствии с инструкциями и удалите это уведомление. стр. 8 @ 1 @ 2 Шаблон: Webachiv / IABot / pdfserv.maximintegrated.com
2. ↑ http://www.epcos.com/inf/30/db/ind_2008/b82734r_w.pdf
3. ↑ Магнитно-накопленная энергия также присутствует в обратных преобразователях и в катушках зажигания, но оба они не являются дросселями.

Знакомство с синфазными дросселями

Дроссель — это магнитный индуктор, используемый для блокировки или ограничения нежелательного высокочастотного переменного тока (AC), позволяя при этом проходить желаемым более низкочастотным постоянным током (DC).Дроссель действует как фильтр для шума, создаваемого другими устройствами радиосигнала, инверторами и неэкранированным оборудованием, тем самым уменьшая помехи в электрических и электронных устройствах и системах.

Синфазные дроссели могут фильтровать две или более линий тока одновременно за счет использования одного общего магнитного сердечника. Обычно они доступны в двух классах: радиочастотные (RF) и звуковые (AF) дроссели. Основное различие между ними — это состав сердечника дросселя.В радиочастотных дросселях используется магнитный сердечник из порошкового железа или железных шариков со сложной схемой обмотки катушки для фильтрации шумовых частот, а в высокочастотных дросселях используется твердый магнитный сердечник.

Синфазные дроссели

находят применение в широком спектре промышленных приложений. Они особенно полезны для подавления шума и колебаний тока при работе с большими токами, такими как линии питания переменного / постоянного тока и линии видеосигнала. В следующем сообщении в блоге описаны некоторые применения дросселей общего режима и основные соображения, которые следует учитывать при выборе одного из них для конкретного случая использования.

Применение синфазных дросселей

Синфазные дроссели обычно используются для уменьшения или устранения электромагнитных помех (EMI) в промышленных приложениях, где требуется постоянный и надежный ток без прерывания. Типичные электрические и электронные устройства, которые могут использовать синфазные дроссели, включают:

• Аудио / видео (AV) сигнальное оборудование
• Конвейеры и подъемники
• ПРА
• Системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха
• Приводы промышленных инструментов
• Светодиодные фонари
• Медицинское оборудование
• Системы управления нефтью и газом
• Робототехника
• Импульсные регуляторы и импульсные источники питания
• Системы сигнализации для поездов
• Преобразователи частоты (ЧРП)

Рекомендации по выбору синфазных дросселей

При выборе синфазного дросселя для данного приложения важно учитывать особые требования и ограничения системы, для которой он устанавливается.Синфазные дроссели производятся в широком диапазоне размеров и конструкций, чтобы соответствовать различным сценариям использования. Как правило, дроссели большего размера способны фильтровать более низкие частоты, чем дроссели меньшего размера, что делает их подходящими для оборудования, которое требует более точной фильтрации шума, например, розеток переменного / постоянного тока.

Три ключевых фактора, которые следует учитывать при выборе штуцера:

• Импеданс: определяет, сколько шума требует фильтрации
• Частота : определение частотного диапазона шума, требующего фильтрации
• Current : установите величину тока, которым должен управлять дроссель

В дополнение к этим соображениям также важно выбрать дроссель, который поддерживает качество сигнала.Идеальный дроссель должен демонстрировать совместимость между его характеристиками импеданса и линией передачи, что практически не влияет на качество сигнала после вставки.

Стандартные дроссели от Triad Magnetics

В Triad Magnetics мы предлагаем широкий выбор стандартных дросселей и индукторов для использования в разнообразных промышленных приложениях. Наши предложения продукции включают:

Дроссели и индукторы на заказ от Triad Magnetics

Наш сертифицированный ISO 9001: 2015 Центр дизайна в США предоставляет комплексные услуги по индивидуальному проектированию, начиная от первоначального проектирования и заканчивая точным прототипированием и всесторонним тестированием.Сотрудничая с нами для удовлетворения своих потребностей в дросселях или индукторах, заказчики могут получить следующие преимущества:

• Команда высококвалифицированных инженеров, которая может изготовить и модифицировать индивидуальные индукторы и дроссели для любого применения
• Опыт в проектировании материалов магнитных сердечников, таких как аморфные сплавы, ферриты, железные порошки и ламинаты, а также материалов проводников, таких как магнитная проволока, проволока Литца и медная или алюминиевая фольга
• Протоколы контроля качества в процессе производства, обеспечивающие соответствие всей нашей продукции самым строгим отраслевым стандартам
• Всемирная сеть производственных предприятий, обеспечивающих надежную и своевременную поставку высококачественной продукции

Наша команда работает в тесном сотрудничестве с каждым клиентом, чтобы понять индивидуальные механические и электрические требования, создавая идеальное индивидуальное решение для любой задачи дизайна продукта.