Site Loader

Содержание

что это такое, разновидности: электронный, дроссель-трансформатор, схема подключения к лампе дневного света, цветовая маркировка, фото и видео

Ни одна люминесцентная газоразрядная лампа (бытовой или офисный светильник, уличный фонарь) без дросселя работать не будет. Это своеобразный гаситель или ограничитель напряжения, которое подается в колбу газоразрядной лампы. А точнее сказать, на ее электроды. В принципе, с немецкого так это слово и переводится. Но это не единственная функция данного прибора. Еще дроссель создает пусковое напряжение, которое необходимо для образования электрического разряда между электродами. Именно таким образом зажигается люминесцентный источник света. Кстати, пусковое напряжение краткосрочное, длится доли секунды. Итак, дроссель – это прибор, который отвечает и за включение лампы, и за ее нормальную работу.

Дроссель - прибор, отвечающий за нормальную работу лампДроссель – прибор, отвечающий за нормальную работу ламп

Принцип работы

Необходимо сразу оговориться, что в основе принципа работы этого прибора лежит самоиндукция катушки. Если рассмотреть устройство дросселя, то это обычная катушка, которая работает по типу электрического трансформатора. То есть, можно смело применять в разговоре термин дроссель трансформатор. Хотя в конструкции лежит всего лишь одна обмотка.

По сути, катушка – это сердечник из стальных или ферромагнитных пластин, которые изолированы друг от друга. Это делается специально для того, чтобы не образовались токи Фуко, которые создают большие помехи. У такой катушки очень большая индуктивность. При этом она на самом деле выступает мощным сдерживающим барьером при снижении напряжения в сети, а особенно при его сильном росте.

Схема подключенияСхема подключения

Но именно эта конструкция считается низкочастотной. Почему такое у нее название? Все дело в том, что переменный ток, который протекает в бытовых сетях – это широкий диапазон колебаний: от единицы до миллиарда герц и выше. Пределы диапазона очень велики, поэтому чисто условно колебания разделяют на три группы:

  • Низкие частоты, их еще называют звуковые, имеют диапазон колебаний от 20 Гц до 20 кГц.
  • Ультразвуковые частоты: от 20 кГц до 100 кГц.
  • Сверхвысокие частоты: свыше 100 кГц.

Так вот вышеописанная конструкция – это низкочастотный дроссель трансформатор. Что касается высокочастотных приборов, то их конструкция отличается отсутствием сердечника. Вместо них, как основа навивки медного провода, используются пластиковые каркасы или обычные резисторы. При этом сам дроссель трансформатор представляет собой секционную (многослойную) навивку.

По устройству дроссель - это обычная катушка, которая работает по типу электрического трансформатора
По устройству дроссель – это обычная катушка, которая работает по типу электрического трансформатора

Дроссели очень тщательно рассчитываются по задаваемым параметрам, которые будут поддерживать работу ламп дневного света. Особенно это касается начала свечения, где необходимо разрядом пробить газовую среду. Здесь требуется высокое напряжение. После чего прибор, наоборот, становится сдерживающим устройством. Ведь для того, чтобы лампа светилась, большого напряжения не надо. Отсюда и экономичность светильников данного типа.

Сердечник для дросселя

Материал для сердечника также представлен несколькими позициями. Его выбор лежит в основе габаритов самого дросселя. К примеру, магнитный сердечник – это возможность уменьшить размеры дросселя до минимума. При этом показатели индуктивности не изменяются.

Оптимальный вариант для высокочастотных приборов – это сердечники из магнитодиэлектрических сплавов или феррита. Кстати, именно сплавы позволяют использовать сердечники данного типа практически во всех диапазонах.

Сердечники из разных сплавов

Характеристики

Выбирать дроссель трансформатор надо по нескольким характеристикам, главная из которых – индуктивность (измеряется в генри Гн). Но кроме этого еще есть и другие:

  • Сопротивление. Учитывается при постоянном токе.
  • Изменение напряжения (допустимого).
  • Ток подмагничивания, применяется номинальное значение.

Разновидность дросселей

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

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

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

Разновидности дросселейРазновидности дросселей

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

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

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

Схема подключения к лампеСхема подключения к лампе

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

Разделение по назначению

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

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

По месту установки эти приборы делятся также на две группы:

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

Электронные аналоги

Основная масса дросселей – это достаточно габаритные приборы. Чтобы уменьшить их размеры, но при этом не изменять параметров, необходимо заменить катушку индуктивности полупроводниковым стабилизатором, который, в принципе, собой представляет высокой мощности транзистор. То есть в конечном итоге получается электронный дроссель.

По сути, установленный транзистор стабилизирует скачки (колебания) напряжения, уменьшают его пульсацию. Но придется учитывать тот факт, что электронный дроссель является все-таки полупроводниковым устройством. Так что в высокочастотных приборах его использовать нет смысла.

Полезные советы

Как и многие электронные приборы, дроссели маркируются в зависимости от своих параметров. Это достаточно сложная аббревиатура, которая неопытным электрикам будет непонятна. Поэтому была введена цветовая маркировка. То есть, на приборе нанесено несколько цветных колец, которые определяют индуктивность устройства. Первых два кольца – это номинальная индуктивность, третье – это множитель, четвертое – это допуск.

Внимание! Если на дросселе всего три цветных кольца, то по умолчанию принимается, что его допуск составляет 20%.    

Цветовая маркировкаЦветовая маркировка

Цветовая маркировка удобна, особенно для тех, кто начинает разбираться в области электрики. С ее помощью можно точно подобрать параметры устанавливаемых приборов (транзистор, электронный дроссель, резистор и так далее).

Заключение по теме

Итак, нами было проведено определение значения дросселя, его устройство, принцип работы и классификация. Как показывает практика, это устройство может работать десятилетиями, если правильно эксплуатировать сам светильник. Даже самые большие скачки напряжения дроссель прекрасно гасит. А, значит, лампа будет светить долго и без проблем.

Дроссель и его параметры | HomeElectronics

Что такое электрический дроссель?

Дросселем, в общем случае, называют катушку индуктивности, чаще всего с сердечником, которая служит для устранения или уменьшения переменного (импульсного) тока, разделения или ограничения сигналов различной частоты. Исходя из этого, дроссели условно можно разделить на следующие типы:

сглаживающие дроссели, предназначены для ослабления переменной составляющей постоянного тока или напряжения различной частоты, то есть сглаживания пульсаций, на выходе и входе силовых преобразователей или выпрямителей;

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

дроссели переменного тока, предназначены для ограничения электрического тока, при резких изменениях нагрузки, например, при пуске электродвигателей или источников питания;

дроссели насыщения, или управляемые дроссели, предназначенные для регулирования индуктивного сопротивления за счёт изменения тока подмагничивания.

Дроссели, как и любая другая катушка индуктивности, может быть без сердечника, с замкнутым сердечником, с сердечником, имеющим малый зазор и с сердечником, имеющим большой зазор или разомкнутым сердечником. Поэтому в независимости от назначения дросселя его принцип действия основан на электромагнитных свойствах катушки индуктивности и сердечника, на котором она выполнена.

Принцип работы идеального дросселя

Дроссель, как и любой другой элемент электрической цепи, содержит ряд параметров, которые определяются его физическими и конструктивными характеристиками. В зависимости от назначения дросселя одни его характеристики стараются улучшить, а значение других уменьшить. Но, несмотря на характер работы дросселя, его основным параметром является индуктивность, поэтому рассмотрим дроссель, содержащий только один параметр – индуктивность, такой дроссель называется идеальным и он характеризуется следующими допущениями:

— обмотка дросселя не имеет активного сопротивления;

— отсутствует межвитковая ёмкость проводников дросселя;

— магнитное поле в сердечнике однородно, то есть значение индукции и напряженности в различных его точках имеет одинаковое значение.

С учётом таких допущений, представим сердечник, на который намотана катушка.

Идеальный дроссель.Идеальный дроссель.
Идеальный дроссель.

Подадим на катушку переменное напряжение U, в результате по катушке потечёт переменный ток I, создающий в сердечнике переменный магнитный поток Φ. Тогда в соответствии с законом самоиндукции в витках обмотки возникнет ЭДС самоиндукции Е. Так как у нас отсутствует активное сопротивление обмотки идеального дросселя, то ЭДС самоиндукции уравновесит напряжение, вызвавшее электрический ток

Идеальный дроссель.Идеальный дроссель.

В тоже время индуктивность, как коэффициент самоиндукции можно определить по следующему выражению

Идеальный дроссель.Идеальный дроссель.

где ω – количество витков катушки,

S – площадь поперечного сечения сердечника,

B – магнитная индукция,

I – величина электрического тока.

Тогда выражение для ЭДС самоиндукции будет иметь вид

Идеальный дроссель.Идеальный дроссель.

Данное выражение показывает, что ЭДС самоиндукции зависит от конструкции и размеров дросселя, а также от скорости изменения магнитного поля (dB/dt).

Так как в идеальном дросселе отсутствуют активные нагрузки, а только индуктивная составляющая, то активная мощность будет равняться нулю. В индуктивном элементе расходуется только реактивная мощность на создание магнитного поля.

Принцип работы реального дросселя

В реальном дросселе, в отличие от идеального, кроме индуктивности имеется ещё рад параметров, вносящих активную составляющею мощности. Рассмотрим реальный дроссель

Магнитные силовые линии реальной катушкиМагнитные силовые линии реальной катушки
Магнитные силовые линии реальной катушки.

Поступающий в дроссель переменный ток возбуждает вокруг катушки переменное магнитное поле, определяемое магнитным потоком Φ. В идеальном дросселе он полностью замыкается через сердечник Φ0, но в реальности к нему добавляется магнитный поток рассеяния, охватывающий как витки по отдельности, так и группы витков провода. Он зависит от расположения витков, сечения провода, плотности укладки витков провода и так далее. Поток рассеивания достаточно трудно выразить количественно, поэтому для его характеристики вводят понятие потокосцепление рассеяния ΨS, который можно выразить через индуктивность рассеяния LS обмоток дросселя

Магнитные силовые линии реальной катушкиМагнитные силовые линии реальной катушки

В соответствии с законом электромагнитной индукции, поток рассеяния возбуждает ЭДС рассеяния

Магнитные силовые линии реальной катушкиМагнитные силовые линии реальной катушки

Поток рассеяния в дросселе негативно влияет на работу устройств, так как вызывает паразитные шумы, наводки и потери мощности в целом.

Кроме потерь реактивной мощности потоками рассеяния, в реальном дросселе происходят потери активной мощности в сопротивлении витков обмотки и потерях в сердечнике, обусловленных его ферромагнитными свойствами.

Эквивалентная схема дросселя

Для анализа работы реального дросселя создадим схему замещения, которая учитывает его основные и паразитные параметры.

 Эквивалентная схема дросселя с учётом паразитных параметров Эквивалентная схема дросселя с учётом паразитных параметров
Эквивалентная схема дросселя с учётом паразитных параметров.

Таким образом, на характеристики дросселя кроме собственной индуктивности дросселя L, являющейся основным параметром, так сказать полезным, присутствует паразитная индуктивность LS, обусловленная потоком рассеяния, активное сопротивление R обмоточного провода, межвитковая ёмкость С обмотки дросселя, а также проводимости gμ. Проводимость gμ характеризует мощность, которая затрачивается на перемагничивание сердечника, из-за наличие петли гистерезиса.

Уравнение соответствующее эквивалентной схеме будет иметь вид

 Эквивалентная схема дросселя с учётом паразитных параметров Эквивалентная схема дросселя с учётом паразитных параметров

Как видно на схеме ток в дросселе состоит из двух составляющих: Iμ – ток отвечающий за создание основного магнитного потока Φ0 и Iа – ток, учитывающий потери мощности при перемагничивании и нагрев сердечника

 Эквивалентная схема дросселя с учётом паразитных параметров Эквивалентная схема дросселя с учётом паразитных параметров

где РС – мощность потерь в сердечнике.

Основной параметр дросселя – индуктивность L определяется по выражениям для индуктивностей различных типов, например, индуктивность без сердечника, индуктивности на замкнутых сердечниках, индуктивности на сердечниках с зазором и индуктивности на разомкнутых сердечниках.

Остальные параметры определить несколько сложнее. Рассмотрим определение данных параметров.

Как рассчитать межвитковую ёмкость обмотки дросселя?

В дросселе, между витками, слоями и металлическими предметами вокруг дросселя существует некоторая разность потенциалов, создающих электрическое поле. Для оценки влияния данного поля вводят понятие межвитковой ёмкости или собственной ёмкости дросселя, величина которой зависит от размеров и конструктивных особенностей дросселя.

Межвитковая ёмкость C обмотки, являясь паразитным параметром, совместно с индуктивностью рассеивания и собственной индуктивностью дросселя образуют различные виды фильтров и колебательных контуров. Хотя данный параметр имеет небольшое значение, тем не менее, в определённых условиях его приходится учитывать, однако точный расчёт затруднён в связи с большим влиянием различных конструктивных параметров, в первую очередь, взаимного расположения витков провода между собой. Так наибольшей межвитковой ёмкостью обладают катушки намотанные «внавал», а наименьшей – катушки с намоткой типа «Универсаль» или секционные катушки.

Межвитковую емкость Собщ дросселя можно представить в виде суммы емкостей между внутренним слоем обмотки и магнитопроводом С1 и межслоевой емкости внутри обмотки С2

 Эквивалентная схема дросселя с учётом паразитных параметров Эквивалентная схема дросселя с учётом паразитных параметров

Ёмкость между внутренним слоем обмотки и магнитопроводом можно определить из эмпирической формулы

 Эквивалентная схема дросселя с учётом паразитных параметров Эквивалентная схема дросселя с учётом паразитных параметров

где εа – абсолютная диэлектрическая проницаемость среды вокруг проводника, εа = ε0εr,

εr – относительная диэлектрическая проницаемость,

ε0 – электрическая постоянная, ε0 = 8,85 * 10-12 Ф/м,

r – радиус поперечного сечения провода,

а – расстояние между магнитопроводом и осью провода,

n – число витков в слое,

р1 – периметр витка внутреннего слоя обмотки.

Относительная диэлектрическая проницаемость берётся для материала каркаса дросселя, если бескаркасное исполнение, то соответственно проницаемость воздуха либо изоляции проводника, в зависимости от необходимой точности.

Емкость между слоя обмотки так же вычисляется по эмпирической формуле

 Эквивалентная схема дросселя с учётом паразитных параметров Эквивалентная схема дросселя с учётом паразитных параметров

где рср – периметр среднего витка обмотки,

b – расстояние между осями витков в соседних слоях,

m – число слоёв.

В данном случае диэлектрическая проницаемость берётся для материала межслоевой изоляции.

Во всех случаях необходимо добиваться уменьшения межвитковой ёмкости обмотки. Для этого применяют различные виды намоток и материалов для каркасов и межслоевой изоляции с малым значением диэлектрической проницаемости.

Как рассчитать индуктивность рассеяния дросселя?

Индуктивность рассеяния LS, также как и межвитковая ёмкость, является паразитным параметром и негативно влияет на индуктивные элементы, в частности на дроссель. Индуктивность рассеяния вместе с межвитковой емкостью образуют фильтр нижних частот, вызывающий уменьшение амплитуды переменного напряжения и тока на высоких частотах. Данное обстоятельство приводит к тому, что увеличиваются активные потери мощности и происходит нагрев дросселя.

Индуктивность рассеяния зависит от типа конструкции дросселя и его размеров и может быть определена по следующему выражению

 Эквивалентная схема дросселя с учётом паразитных параметров Эквивалентная схема дросселя с учётом паразитных параметров

где μ0 – относительная магнитная проницаемость, μ0 = 4π*10-8,

рср – периметр среднего витка обмотки,

w – количество витков провода в дросселе,

l – длина намотки,

h – толщина намотки.

В большинстве случаев необходимо добиваться уменьшения индуктивности рассеяния, для чего стараются как можно плотнее уложить провод в намотке, уменьшения количества слоёв обмотки дросселя и увеличения длины намотки. В идеале стремятся использовать однослойные обмотки, если это возможно.

Стоит отметить, что приведённые выражения для определения паразитных параметров межвитковой ёмкости С и индуктивности рассеяния LS являются ориентировочными и могут в различных случаях давать погрешность порядка 20 %. Поэтому при необходимости знать точное значение их определяют экспериментальным путём различными способами.

На сегодня всё, а в следующей статье я расскажу о потерях мощности и нагреве дросселей при работе.

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

Что такое дроссель?

В цепях с переменным током с целью ограничения тока нагрузки используются дроссели, то есть индуктивные сопротивления. Такие устройства обеспечивают существенную экономию электроэнергии, не допускают перегрузку и чрезмерный нагрев.

Дроссель представляет собой один из видов катушек индуктивности, основным назначением которого является задержание влияния тока на конкретный диапазон частот. Причём резкое изменение силы тока в катушке невозможно, поскольку работает закон самоиндукции, вследствие чего создается дополнительное напряжение. Рассмотрим детально принцип действия, виды и назначение дросселей.

Что такое дроссель?

Что такое дроссель?

Назначение

Многих интересует, что такое дроссель и как он выглядит. Устройство выполнено в виде железного трансформатора, единственным отличием является наличие одной обмотки. Катушка накручена на сердечник из трансформаторной стали, при этом пластины разделены и не контактируют друг с другом с целью снижения вихревого тока.

Электронный дроссель характеризуется высоким уровнем индуктивности до 1Гн, катушка эффективно противодействует изменениям тока в электроцепи. При снижении силы тока катушка его поддерживает, а в случае резкого повышения катушка обеспечивает ограничение и предотвращение резкого скачка.

Рассматривая, для чего нужен дроссель, следует назвать такие цели:

  • снижение помех;
  • сглаживание пульсаций электрического тока;
  • накапливание энергии в магнитном поле;
  • отделение частей схемы по высокой частоте.

Зачем же нужен дроссель? Основным его назначением в электросхеме является задержка на себе тока конкретного частотного диапазона или накопление энергии  в магнитном поле.

Важность дросселя объясняется тем фактом, что люминесцентные газоразрядные лампы (к примеру, бытовые светильники, фонари на улицах) не функционируют без дросселя. Он выступает в роли ограничителя напряжения, подающегося на электроды газоразрядной лампы.

Также дроссельные устройства формируют пусковое напряжение, требуемое для создания электрического разряда между электродами. Благодаря этому обеспечивается включение люминесцентной лампы. Пусковое напряжение рассчитано всего на доли секунды. Таким образом, дроссель – это устройство, отвечающее за включение лампы и ее стабильное функционирование.

Принцип работы

Электронный дроссель имеет простую конфигурацию и понятный принцип функционирования. Он представляет собой катушку из электропровода, которая намотана на сердечник из специального ферромагнитного материала. Принцип работы базируется на самоиндукции катушки. При рассмотрении конструкции дросселя, становится понятным, что она работает как электрический  трансформатор, только с одной обмоткой.

Сердечник и ферромагнитные пластины изолированы с целью предотвращения токов Фуко, создающих существенные помехи. Катушка имеет большую индуктивность, причем непосредственно выступает защитным ограждением при резких скачках напряжения в сети.

Однако данная конструкция считается низкочастотной. Переменный ток в бытовых сетях колеблется в широком диапазоне, поэтому колебания разделяются на три категории:

  • низкие частоты в пределах 20Гц-20кГц;
  • ультразвуковые частоты от 20 кГц до 100 кГц.;
  • сверхвысокие частоты более 100 кГц.

В высокочастотных устройствах не предусмотрен сердечник, вместо него применяются каркасы из пластика или стандартные резисторы. А сам дроссель в таком случае имеет конфигурацию многослойной навивки.

В процессе расчетов и составления схем, как подключить дроссель учитываются его параметры и характеристики сети, в которой необходимо поддерживать работу ламп. Особенное внимание при подключении необходимо уделять этапу начала свечения лампы, когда требуется пробивание газовой среды при помощи разряда. В этот момент необходимо высокое напряжение, а после этого прибор выступает в качестве сдерживающего напряжение элемента.

Основные характеристики

В большинстве своем дроссели имеют существенные габариты. Чтобы сделать приборы компактными без ухудшения технических характеристик, катушка индуктивности заменяется стабилизатором, который по сути является мощным транзистором. В результате получается электронный дроссель. Однако прибор такого типа является полупроводником, поэтому его нецелесообразно использовать в высокочастотных приборах.

Электронный дроссель необходимо выбирать по нескольким параметрам, основной из которых считается индуктивность, измеряемая в Гн. Также важными техническими характеристиками приборов выступают:

  • сопротивление, которое принимается во внимание при постоянном токе;
  • изменение напряжения в допустимых рамках;
  • ток подмагничивания – используется номинальный показатель.

Выбирая устройство, в первую очередь необходимо ориентироваться на цели и задачи, для чего нужен дроссель в схемах электроцепей. Применение в электрических дросселях магнитных сердечников дает возможность обеспечить компактность приборов при сохранении  прежних показателей индуктивности. Ферритовые и магнитодиэлектрические составы, благодаря низкой емкости, могут использоваться в широких диапазонах частот.

Разновидности дросселей

Выделяют следующие виды электрических дросселей, на основании видов ламп, в которых они используются:

  • однофазные – подходят для бытовых и офисных систем освещения, которые работают от сети 220 Вольт;
  • трехфазные – рассчитаны на сети 220 и 380 Вольт. Такие дроссели подойдут для ламп ДРЛ и ДНАТ.

Электронный дроссель может принадлежать к одной из категорий в зависимости от места установки:

  • встраиваемые или открытые. Они монтируются в корпус светильника, который обеспечивает защиту от внешних факторов;
  • закрытые – отличаются герметичностью и влагозащищенностью. Такие устройства можно устанавливать в уличных условиях на открытых участках.

Что такое дроссель?

Что такое дроссель?

В зависимости от назначения дроссели разделяют на виды:

  • переменного тока. Применяются с целью ограничения напряжения в сети, к примеру, в момент запуска электромотора или импульсных ИВЭП;
  • насыщения. В основном устанавливаются в стабилизаторах напряжения;
  • сглаживающие – для снижения пульсаций выпрямленного тока;
  • магнитные усилители. Такие катушки индуктивности предполагают наличие подмагничивающегося сердечника благодаря наличию постоянного тока в сети. При регулировке его параметров можно менять значения индуктивного сопротивления.

Дроссели могут сохранять работоспособность на протяжении длительного срока эксплуатации при правильном использовании. Прибор предназначен для ограничения резких скачков напряжения, что позволяет обезопасить как приборы, так и всю сеть.

Дроссель переменного тока и его расчёт

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

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

Особенности работы дросселя переменного тока

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

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

Дроссель переменного токаДроссель переменного тока
Дроссель переменного тока.

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

Влияние немагнитного зазора на дроссель

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

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

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

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

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

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

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

Уширение магнитного потока в немагнитном зазоре дросселяУширение магнитного потока в немагнитном зазоре дросселя

где ω – количество витков провода в обмотке,

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

μе – эквивалентная (относительная) магнитная проницаемость сердечника,

Sе – эквивалентная площадь поперечного сечения сердечника,

lе – эквивалентная длина магнитной линии сердечника.

lM – длина магнитной линии в сердечнике.

F – коэффициент, учитывающий уширение магнитного потока в зазоре.

Принципы расчёта дросселей переменного тока

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

Уширение магнитного потока в немагнитном зазоре дросселяУширение магнитного потока в немагнитном зазоре дросселя

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

Уширение магнитного потока в немагнитном зазоре дросселяУширение магнитного потока в немагнитном зазоре дросселя

где f – частота переменного тока,

L – индуктивность дросселя,

I – действующее значение тока дросселя.

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

Уширение магнитного потока в немагнитном зазоре дросселяУширение магнитного потока в немагнитном зазоре дросселя

где μе – эквивалентная магнитная проницаемость сердечника,

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

ω – количество витков обмотки дросселя,

Se – эквивалентное сечение сердечника дросселя,

le – эквивалентная длина магнитного пути сердечника дросселя,

Bm – максимальное значение магнитной индукции сердечника,

ka – коэффициент амплитуды тока (напряжения) дросселя.

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

Уширение магнитного потока в немагнитном зазоре дросселяУширение магнитного потока в немагнитном зазоре дросселя

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

Уширение магнитного потока в немагнитном зазоре дросселяУширение магнитного потока в немагнитном зазоре дросселя

где I – действующее значение тока дросселя,

ω – количество витков обмотки дросселя,

kИ – коэффициент использования окна сердечника,

j – плотность тока в проводе обмотки.

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

Тогда выражая из данного выражения количество витков провода ω, получим

Уширение магнитного потока в немагнитном зазоре дросселяУширение магнитного потока в немагнитном зазоре дросселя

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

Уширение магнитного потока в немагнитном зазоре дросселяУширение магнитного потока в немагнитном зазоре дросселя

где μе – эквивалентная магнитная проницаемость сердечника,

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

Se – эквивалентное сечение сердечника дросселя,

le – эквивалентная длина магнитного пути сердечника дросселя,

Bm – максимальное значение магнитной индукции сердечника,

ka – коэффициент амплитуды тока (напряжения) дросселя.

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

Уширение магнитного потока в немагнитном зазоре дросселяУширение магнитного потока в немагнитном зазоре дросселя

Осталось выбрать сечение обмоточного провода SП

Уширение магнитного потока в немагнитном зазоре дросселяУширение магнитного потока в немагнитном зазоре дросселя

где SO – площадь окна используемого сердечника,

kИ – коэффициент использования окна сердечника,

ω – количество витков обмотки дросселя.

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

Уширение магнитного потока в немагнитном зазоре дросселяУширение магнитного потока в немагнитном зазоре дросселя

где f – частота переменного тока, протекающего через дроссель,

δ – толщина скин-слоя,

dп – диаметр жилы в обмоточном проводе.

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

Расчёт дросселя переменного тока

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

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

1.Выберем типоразмер сердечника соответствующего произведению площадей SeSO. Для этого необходимо дополнительно определить действующее напряжение на дросселе UL, коэффициент амплитуды тока дросселя ka, коэффициент использования окна сердечника kИ, значение максимальной индукции тока дросселя Bm и плотность тока j.

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

Уширение магнитного потока в немагнитном зазоре дросселяУширение магнитного потока в немагнитном зазоре дросселя

Таким образом, выберем магнитопровод, состоящий из двух половинок типа E 20/10/6 со следующими параметрами: le = 93мм, Se = 32 мм2, SO = 57 мм2, Ve = 2980 мм3, SeSO = 1824 мм4.

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

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

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

Сердечник, состоящий из двух половинок Е 20/10/6Сердечник, состоящий из двух половинок Е 20/10/6

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

Сердечник, состоящий из двух половинок Е 20/10/6Сердечник, состоящий из двух половинок Е 20/10/6

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

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

Сердечник, состоящий из двух половинок Е 20/10/6Сердечник, состоящий из двух половинок Е 20/10/6

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

Сердечник, состоящий из двух половинок Е 20/10/6Сердечник, состоящий из двух половинок Е 20/10/6

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

Сердечник, состоящий из двух половинок Е 20/10/6Сердечник, состоящий из двух половинок Е 20/10/6

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

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

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

Сердечник, состоящий из двух половинок Е 20/10/6Сердечник, состоящий из двух половинок Е 20/10/6

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

RT – сопротивление провода при температуре перегрева.

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

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

Сердечник, состоящий из двух половинок Е 20/10/6Сердечник, состоящий из двух половинок Е 20/10/6

Рассчитаем площади охлаждения сердечника SС и площадь охлаждения обмотки SO.

Сердечник, состоящий из двух половинок Е 20/10/6Сердечник, состоящий из двух половинок Е 20/10/6

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

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

Устройство дросселя, принцип работы и назначение

В этой статье мы расскажем читателям энциклопедии домашнего мастера что такое дроссель и для чего он нужен. Drossel — это немецкое слово, которое обозначает сглаживание. Конкретно будем говорить об электрическом дросселе. Сейчас трудно найти электрическую схему в которой нет данного устройства, которое даже в цифровой век широко используется в технике. Он нужен для регулирования либо отсекания, в зависимости от назначения — сглаживать резкие скачки тока или отсекать электрические сигналы другой частоты, постоянный ток отделять от переменного.

Конструкция и принцип работы

Прежде всего поговорим о том, из чего состоит данный элемент цепи и как он работает. На схемах обозначение дросселя следующее:

Условное обозначение

Внешний вид изделия может быть таким, как на фото:

Катушка индуктивности фото

Это катушка из провода намотанного на сердечник с магнитопроводом, или без корпуса в случае высоких частот. Похож на трансформатор только с одной обмоткой. Краткий экскурс в физику, ток в катушке не может мгновенно измениться. Проведем мысленный эксперимент — у нас есть источник переменного тока, осциллограф, дроссель.

Условный стенд

Во время начала полу волны мы наблюдаем нарастание тока с запозданием, это вызвано индуцированием магнитного потока в сердечнике. Происходит постепенное нарастание тока в обмотках, когда с источника переменного тока сигнал уходит на спад, мы наблюдаем спад тока в дросселе, опять же с некоторым опозданием, поскольку магнитное поле в магнитопроводе продолжает толкать ток в катушке и не может быстро изменить свое направление. Получается в какой-то момент ток из внешнего источника противодействует току, наведенному магнитопроводом дросселя. В цепях переменного тока назначение дросселя — выступать ограничителем или индуктивным сопротивлением.

Для постоянного тока данный элемент схемы не является сопротивлением или регулирующим элементом. Этот эффект используют для устройств, в электрических цепях, где нужно ограничить ток до нужной величины, при этом избежать излишней громоздкости и выделения тепла.

Интересное пояснение по данному вопросу вы также можете просмотреть на видео:

Наглядное сравнение, объясняющее принцип работы

Теоретическая часть вопроса

Область применения

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

Схема подключения люминесцентной лампы

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

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

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

Фото лампы в разобранном виде

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

Схема включения лампы

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

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

Заземляющий дугогасящий реактор РДМР

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

Модернизация сварочного аппарата

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

Где применяется изделие?

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

Будет интересно прочитать:

Дроссель – это необходимый элемент цепи :: SYL.ru

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

дроссель это устройство для

Принцип работы

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

Функции

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

Дроссель – это устройство для полноценного функционирования люминесцентных приборов.

Характеристика дросселя

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

характеристика дросселя

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

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

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

дроссель это

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

Разновидности

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

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

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

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

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

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

Рекомендации по использованию

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

установка дросселей

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

Назначение сетевых и моторных дросселей

В данной статье мы рассмотрим сетевые и моторные дроссели — фильтры низких частот, которые устанавливаются на входе и выходе частотных преобразователей. Простейшая схема подключения ПЧ выглядит следующим образом: три фазы на входе, три фазы на выходе, электродвигатель.

Cхема подключения частотного преобразователя

Однако здесь возникает одна проблема. Дело в том, что частотный преобразователь является генератором широкого спектра помех, которые могут оказывать значительное влияние на работу устройств, находящихся неподалеку или питающихся от одной сети. С другой стороны, ПЧ сам реагирует на помехи различного рода, поскольку в его состав входят слаботочные компоненты. Поэтому при применении преобразователя очень важным является вопрос электромагнитной совместимости.

Условно помехи можно разбить на два основных вида:

  1. помехи, передающиеся по электромагнитному полю
  2. помехи, передающиеся по питающим проводам

В первом случае наводки можно уменьшить, проведя качественное экранирование и заземление преобразователя частоты, его проводов и периферийных устройств. Высокочастотные помехи, распространяющиеся по проводам, значительно снижаются с помощью радиочастотных фильтров.

Назначение входного сетевого дросселя

Сетевой дроссель, который также называют входным реактором, подключается на входе питания частотного преобразователя (обычно это силовые клеммы R, S, T). Основными параметрами сетевого дросселя являются индуктивность и максимальный длительный ток. Индуктивность выбирается такой, чтобы при рабочей частоте и номинальном рабочем токе падение напряжения на дросселе составляло 3-5%. Рассчитать падение можно по формуле:

U=2πfLI, где f – рабочая частота (Гц), L – индуктивность дросселя (Гн), I – ток, А.

Рассмотрим основные плюсы применения сетевого дросселя.

1. Подавление высших гармоник, проникающих в питающую сеть от преобразователя частоты и обратно. Обычно в состав ПЧ входит радиочастотный фильтр, снижающий данные наводки. Подключение сетевого дросселя создает дополнительное подавление высокочастотных помех. В результате уровень высших гармоник питающего напряжения в значительной степени уменьшается, а действующее значение питающего тока стремится к величине тока основной гармоники (50 Гц).

2. В случае, когда источник питания расположен близко, и сопротивление питающей линии очень низкое, использование сетевого дросселя позволяет значительно уменьшить ток короткого замыкания и увеличить время его нарастания. Это позволяет защитить ПЧ при коротких замыканиях на выходе.

3. Если на одной шине питания расположены несколько мощных устройств, возможны ситуации, когда при их включении или выключении возникает скачок напряжения с большой скоростью нарастания. Сетевой дроссель значительно понижает этот эффект.

При выборе оборудования следует учитывать один нюанс. Чтобы избежать перегрева дросселя, его номинальный ток должен быть равен или больше максимального тока преобразователя.

Когда сетевой дроссель не нужен

Оснащение преобразователей частоты сетевыми дросселями лучше взять за правило. Многие компании увеличивают гарантию в 2 раза при покупке ПЧ в комплекте с дроселями. Однако в некоторых случаях данным оборудованием можно пренебречь:

  1. В питающей сети нет мощных электроприборов, имеющих большие пусковые токи.
  2. Питающая сеть имеет сравнительно высокое сопротивление (низкий ток короткого замыкания).
  3. Режим работы ПЧ исключает резкие изменения мощности, при которых скачкообразно растет потребляемый ток.
  4. В соответствии с рекомендациями производителя, для защиты ПЧ применяются полупроводниковые предохранители, либо защитные автоматы характеристики В.
  5. Имеется большой запас по мощности ПЧ по отношению к используемому двигателю.

Тем не менее, в целом использование сетевых дросселей значительно повышает срок службы и надежность работы частотных преобразователей.

Использование моторного дросселя

Моторный дроссель включается в цепи питания электродвигателя. Другие его названия – выходной реактор или синусоидальный фильтр.

Необходимость применения моторного дросселя обусловлена принципом работы ПЧ. На выходе преобразователя стоят силовые транзисторы, которые работают в ключевом режиме. При этом образуются прямоугольные импульсы, приближающие действующее напряжение по форме к синусоиде за счет изменения длительности. Моторный дроссель снижает высшие гармоники выходного напряжения ПЧ и делает ток питания двигателя практически синусоидальным, минимизируя высокочастотные токи. Это повышает коэффициент мощности и позволяет уменьшить потери в двигателе.

Кроме того, из-за высших гармоник на выходе ПЧ повышаются емкостные токи, которые могут привести к ощутимым потерям при длине кабеля более 20 м. Моторный дроссель существенно снижает этот эффект. Данные устройства также устанавливают там, где важно уменьшить помехи, создаваемые кабелем от ПЧ до электродвигателя.

Следует учитывать, что номинальный ток моторного дросселя должен быть больше максимального тока двигателя. Расчет падения напряжения на дросселе следует производить с учетом максимальной рабочей частоты двигателя, которая может достигать 400 Гц.

Другие полезные материалы:
Как выбрать мотор-редуктор
Выбор частотного преобразователя
Зачем нужен контактор байпаса в УПП
Схемы подключения устройства плавного пуска

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *