Електрически дросел — принцип на действие и примери за употреба

Индуктор, използван за потискане на смущенията, за изглаждане на вълните на тока, за съхраняване на енергия в магнитното поле на бобина или сърцевина, за отделяне на части от верига една от друга на висока честота, се нарича дросел или реактор (от немски drosseln — за ограничаване, заклинване).

Поради това, основната цел на дросела в електрическа верига е да задържа върху себе си ток в определен честотен диапазон или да акумулира енергия за определен период от време в магнитно поле.

Физически токът в бобината не може да се промени незабавно, отнема ограничено време, — директно следва тази позиция от правилото на Ленц.

Ако токът през бобината може да се промени незабавно, тогава на бобината ще се появи безкрайно напрежение. Самоиндукцията на намотката, когато токът се промени, сама образува напрежение — ЕМП на самоиндукция… По този начин дроселът забавя тока.

Ако е необходимо да се потисне променливият компонент на тока във веригата (а шумът или вълнението е само пример за променлив компонент), тогава в такава верига е инсталиран дросел — индуктор, който има значително индуктивно съпротивление за тока на честотата на смущенията. Пулсациите в мрежата ще бъдат значително намалени, ако на пътеката е инсталиран дросел. По същия начин сигналите с различни честоти, действащи във веригата, могат да бъдат отделени или изолирани един от друг.

В радиотехниката, в електротехниката, в микровълновата технология се използват високочестотни токове от единици от херца до гигахерца. Ниските честоти в рамките на 20 kHz се отнасят до аудио честоти, последвани от ултразвуковия диапазон — до 100 kHz и накрая HF и микровълновия диапазон — над 100 kHz, единици, десетки и стотици MHz.

Значи дроселът е бобина за самоиндукция, използвани като голямо индуктивно съпротивление за определени променливи токове.

В случай, че дроселът трябва да има голямо индуктивно съпротивление на токове с ниска честота, той трябва да има голяма индуктивност и в този случай е направен със стоманена сърцевина. Високочестотен дросел (представляващ висока устойчивост на високочестотни токове) обикновено се прави без сърцевина.

Нискочестотен дросел Прилича на железен трансформатор, с единствената разлика, че върху него има само една намотка. Намотката е навита върху стоманена сърцевина на трансформатор, чиито плочи са изолирани, за да се намалят вихровите токове.

Такава намотка има висока индуктивност (повече от 1 Н), има значителна устойчивост на всяка промяна в тока в електрическата верига, където е инсталирана: ако токът започне да намалява рязко, бобината го поддържа, ако токът започва рязко да се увеличава, намотката ще го ограничи, няма да се натрупа рязко.

Една от най -широките области на приложение на дросели е високочестотни вериги… Многослойни или еднослойни бобини се навиват върху феритни или стоманени сърцевини или се използват изобщо без феромагнитни жила — само пластмасова рамка или само тел. Ако веригата работи на вълни със среден и дълъг обхват, тогава често е възможна секционна намотка.

Дроселът с феромагнитна сърцевина е по -малък от дросела без сърцевина със същата индуктивност. За работа на високи честоти се използват феритни или магнитодиелектрични жила, които имат нисък вътрешен капацитет. Такива дросели могат да работят в доста широк честотен диапазон.

Както знаеш, основният параметър на дросела е индуктивността, като всяка намотка… Единицата на този параметър е henry, а обозначението е Gn. Следващият параметър е електрическото съпротивление (в постоянен ток), измерва се в ома (ома).

След това има такива характеристики като допустимото напрежение, номиналния ток на отклонение и разбира се качественият фактор, който е изключително важен параметър, особено за колебателните вериги. Различни видове дросели днес се използват широко за решаване на голямо разнообразие от инженерни проблеми.

Видове дросели

Дросели без намотки са предназначени да потискат високочестотния шум в електрическите вериги. Обикновено те са феритна сърцевина, направена под формата на кух цилиндър (или О-пръстен), през който преминава проводникът.

Реактивността на такъв дросел при ниски честоти (включително промишлена честота) е малка, а при високи честоти (0,1 MHz … 2,5 GHz) е голяма. По този начин, ако в кабела възникнат високочестотни смущения, тогава такъв дросел го потиска със загуба при вмъкване от 10 … 15 dB. Манган-цинковите и никел-цинковите ферити се използват за създаване на магнитни ядра на дросели без завои.

Дросели за променлив ток са широко използвани като съпротивления (индуктивни) съпротивления, елементи на LR- и LC-вериги, както и във изходните филтри на AC преобразуватели. Такива дросели се правят с индуктивност от десети от микрохенри до стотици хенрии за токове от ~ 1 mA до 10 A. Те имат една намотка, разположена върху магнитно ядро, изработено от феро- или феримагнитен материал.

При проектирането на дросел за променлив ток е необходимо да се вземат предвид следните основни номинални параметри: необходимата мощност (най -допустимата стойност на тока), честотата на тока, достойнството и теглото.

Качественият фактор може да бъде увеличен по различни методи. От гледна точка на производството на магнитни вериги е необходимо да се вземе предвид, че заслугата може да бъде увеличена поради:

• избор на магнитен материал с висока магнитна пропускливост и ниски загуби;

• увеличаване на площта на напречното сечение на магнитната верига;

• въвеждане на немагнитна празнина.

Изглаждащи дросели — елементи на преобразуватели, предназначени да намалят променливия компонент на напрежението или тока на входа или изхода на преобразувателя. Такива дросели имат една намотка, в чийто ток (за разлика от дроселите с променлив ток) присъстват както AC, така и DC компоненти. Намотката на дросела е свързана последователно с товара.

Дроселът трябва да има голяма индуктивност (индуктивно съпротивление). При намотката му се наблюдава спад в променливия компонент на напрежението, докато постоянният компонент (поради малкото активно съпротивление на намотката) се освобождава при товара.

Компонентите на тока създават постоянен магнитен поток (който играе ролята на намагнитващ) и променлив поток в магнитната верига на дросела, синусоидален… Поради постоянния компонент на тока, магнитният поток (индукция) в магнитната верига се променя в съответствие с началната крива на намагнитване, докато поради променливата компонента обръщането на намагнитването се извършва на частични цикли при съответните стойности на тока.

С увеличаване на тока променливият компонент на магнитния поток намалява (при постоянен променлив компонент на тока), което води до намаляване на диференциалната магнитна пропускливост и съответно до намаляване на индуктивността на дросела. Физически намаляването на индуктивността с увеличаване на магнетизиращия ток се дължи на факта, че с увеличаването на този ток магнитната верига на дросела става все по -наситена.

Задушаване от насищане се използват като регулируеми индуктивни реактиви в променливотокови вериги. Такива дросели имат поне две намотки, едната от които (работеща) е включена в променливотоковата верига, а другата (контролна) — в DC веригата.Принципът на действие на дроселите за насищане е използването на нелинейността на кривата B (H) на магнитните вериги, когато те са намагнети от управляващите и работните токове.

Магнитните вериги на такива дросели нямат немагнитна междина. Основните характеристики на дроселите за насищане (в сравнение с изглаждащите дросели) са значително по -високата стойност на променливия компонент на магнитния поток в магнитната верига и синусоидалният характер на неговата промяна.

Развитието на електронно оборудване налага различни изисквания към дроселите, по -специално, изисква намаляване на размера и намаляване на нивото на електромагнитни смущения в условия на висока плътност на сглобяване на компоненти. За решаването на този проблем бяха разработени многослойни филтри от феритни чипове на базата на платка за повърхностно монтиране.

Такива устройства се произвеждат по тънкослойна технология. Върху субстрата се отлагат тънки слоеве ферит (например тайванската компания Chilisin Electronics използва Ni-Zn ферит), между които се образува полуоборотна структура на бобина.

След отлагане на слоеве, чийто брой може да достигне няколкостотин, се извършва синтероване, по време на което се образува обемна бобина с феритна магнитна сърцевина. Благодарение на този дизайн, разсеяните полета са сведени до минимум и съответно взаимното влияние на елементите един върху друг е практически изключено, тъй като силовите линии са затворени главно вътре в магнитната верига.

Многослойни филтри с феритни чипове: а — технология на производство; b — външен вид, свързан с скала със стъпка от 1 мм

Многослойните феритни чип филтри се използват за филтриране на високочестотни смущения в захранващите и сигнални вериги на потребителска електроника, захранвания и др. Основните производители на чип филтри са Chilisin Electronics, TDK Corporation (Япония), Murata Manufacturing Co., Ltd «( Япония), „Vishay Intertechnology“ (САЩ) и др.

Дросели с магнитна сърцевина, направени от магнитодиелектрик на базата на карбонилно желязо се използват в радиооборудване, работещо в диапазона 0,5 … 100,0 MHz.

В дросели могат да се използват магнитни ядра, изработени от всички известни меки магнитни материали: електрически стомани, ферити, магнитодиелектрици, както и прецизни, аморфни и нанокристални сплави.

За разлика от дроселите в трансформатори, магнитни усилватели и други подобни устройства, магнитната верига служи за концентриране на магнитния поток, като същевременно свежда до минимум магнитните загуби. В този случай основната функция, изпълнявана от магнитната верига, практически изключва нейното производство от магнитодиелектричен материал, който има ниска относителна магнитна пропускливост.

Широка гама от ферити от различни степени, проектирани да работят в честотни диапазони, подобни на магнитодиелектриците, стеснява обхвата на приложение на магнитодиелектриците за производство магнитни вериги на електромагнитни устройства. 

Приложение за задушаване

Така че по предназначение електрическите дросели са разделени на:

AC дросели, работещи във вторични импулсни захранвания. Намотката съхранява енергията на първичния източник на енергия в своето магнитно поле, след което я прехвърля към товара. Обратни преобразуватели, усилватели — те използват дросели, понякога с множество намотки, като трансформатори. Работи по подобен начин магнитен баласт на флуоресцентна лампа, използван за запалване и поддържане на номиналния ток.

Дросели за стартиране на двигатели — ограничители на началния и спирачния ток. Това е по -ефективно от разсейването на мощността под формата на топлина върху резистори. За електрически задвижвания с мощност до 30 kW такъв дросел на външен вид прилича трифазен трансформатор (в трифазни вериги се използват трифазни дросели).

Насищащи дроселиизползва се в стабилизатори на напрежение и ферорезонансни преобразуватели (трансформаторът е частично преобразуван в дросел), както и в магнитни усилватели, където сърцевината се намагнетизира с цел промяна на индуктивното съпротивление на веригата.

Изглаждащи дроселиприложен в филтри за премахване на вълната от коригиран ток. Изглаждащите захранващи дросели бяха много популярни по време на разцвета на ламповите усилватели поради липсата на много големи кондензатори. За да се изглади вълната след токоизправителя, трябваше да се използват точно дроселите.

Докато сте в захранващи вериги лампи с вакуумна дъга приложен дроселни усилватели — това бяха специални усилватели, в които дроселите служеха като анодни натоварвания на лампите.

Увеличеното променливо напрежение, освободено при дросела Dp, се подава към решетката на следващата лампа през блокиращия кондензатор С. е необходимо да се усили относително тесен честотен диапазон и не се изисква голяма равномерност на усилването в тази лента.