Что такое дроссель

В электрических схемах среди других деталей используются катушки, намотанные изолированным проводом. В этой статье рассказывается, что такое дроссель, или катушка индуктивности, а также, как работает дроссель.

Дросселя

Принцип действия

Катушка индуктивности обладает сопротивлением переменному току, причем, чем выше частота тока, тем выше сопротивление.

Ток, текущий через обмотку, вследствие законов Ленца и электромагнитной самоиндукции, не может измениться мгновенно. Это основной принцип работы дросселя. Чем выше скорость изменения тока, тем выше ЭДС, наводимая в катушке. При разрыве цепи с мгновенным исчезновением тока, идущего через обмотку, ЭДС стремиться к бесконечности. На практике напряжение на разрыве цепи или концах катушки достигает нескольких киловольт, что может привести к пробою изоляции или выгоранию контактов.

На этом принципе основана работа автомобильного зажигания.

Ток и напряжение

Изменение величины переменного напряжения на экране осциллографа выглядит как синусоида. Если оно не строго синусоидальной формы, то его можно разложить на сумму синусоидальных колебаний различной частоты. При росте напряжения происходит индуцирование тока в обмотке, поэтому он отстаёт от напряжения. Во второй фазе при уменьшении напряжения он также уменьшается с опозданием. Это связано с наличием магнитного поля, согласно закону самоиндукции, противодействующему изменениям тока, текущего через обмотку. Отставание тока от напряжения можно увидеть на экране двулучевого осциллографа. Таким образом, индуктивность оказывает сопротивление переменному току, причём тем выше, чем выше его частота.

Ток отстаёт от напряжения

В отличие от обычного резистора, имеющего активное сопротивление и выделяющего при работе тепло, катушка индуктивности имеет индуктивное сопротивление. Избыточная энергия превращается в ЭДС самоиндукции, направленной встречно приложенному напряжению.

Для увеличения магнитного потока и индуктивности обмотки её наматывают на сердечнике разной формы из различных материалов.

Устройство катушки индуктивности

Дроссель – это катушка, имеющая некоторое количество витков из изолированного провода. Изоляция необходима, чтобы ток шёл по всему проводу последовательно, создавая при этом магнитное поле.

Обмотка может быть намотана на магнитопроводе или без него. Это зависит от назначения устройства. Его форма может быть квадратной, Ш-образной или тороидальной. Материал зависит от частоты напряжения. Работающее устройство иногда издаёт гул с частотой напряжения питания.

На электронных платах такие элементы имеют корпус SMD. Так же устроен элемент R68.

Низкочастотные устройства

Обмотки этих приборов наматываются на сердечник, собранный из пластин, изготовленных из трансформаторной стали. Пластины покрываются лаком для изоляции друг от друга. Переменное магнитное поле наводит ЭДС в магнитопроводе, из-за чего потери на нагрев становятся неоправданно большими. Для того чтобы их уменьшить, голые пластины, а также сердечник из цельного металла не используются.

Внешне такое устройство похоже на трансформатор. Обмотка может быть намотана совсем без сердечника. Такие приборы используются для ограничения тока короткого замыкания.

Высокочастотные элементы

Катушки, предназначенные для работы в сетях высокой частоты, мотаются на стальные ферритовые сердечники, а также совсем без них.

Намотка встречаются однослойная и многослойная, одно,- и многосекционная. Внешне могут быть похожи на трансформатор, резистор или конденсатор с соответствующей маркировкой. Например, так выглядит элемент R68.

Применение катушки индуктивности

Так для чего нужен электрический дроссель? Зачем он применяется? Используются такие устройства в самых разных местах.

Токоограничивающие приборы

В катушках индуктивности избыточная энергия превращается в ЭДС. Поэтому, в отличие от обычных резисторов, они меньше по размеру и не требуют охлаждения. Их используют:

• Для ограничения тока короткого замыкания – наматываются без сердечника. Их индуктивное сопротивление невелико, однако при КЗ каждая десятая часть Ома имеет значение для увеличения токоограничивающего эффекта;
• Для запуска электродвигателей большой мощности, где подключаются на время пуска. После запуска закорачиваются специальным пускателем;
• В лампах ДРЛ, ДНаТ (дуговых натриевых трубчатых) и пусковой аппаратуре люминесцентных ламп. Дроссель днат должен соответствовать по мощности лампе. Вместо дросселя в лампе ДРЛ 250 или ДРЛ 400 может использоваться встроенное сопротивление.

Дросселя для люминесцентных ламп

Катушки насыщения

При росте тока, протекающего через обмотки, магнитопровод насыщается магнитным полем, и свыше определённой величины сопротивление не растёт. Раньше использовались в стабилизаторах напряжения. Сейчас в этом нет необходимости – используются электронные схемы.

Сглаживающие фильтры

Предназначены для устранения пульсаций выпрямленного переменного напряжения. Использовались в транзисторных блоках питания и сварочных трансформаторах. Сегодня вместо катушки блоки питания используют электронные схемы. Их называют «электронный дроссель». Используется электронный дроссель аналогично обычному.

«Бочонок» на USB-кабеле – это тоже катушка с ферритовым сердечником и одним витком обмотки.

В электронных схемах для этих целей используются малогабаритные элементы, например, R68.

Магнитные усилители (МУ)

До появления тиристорных систем управления электродвигателями использовались магнитные усилители – МУ. В них сердечник из трансформаторной стали намагничивался постоянным током дополнительной обмоткой. Таких обмоток могло быть несколько. Это приводило к насыщению железа магнитным полем, изменению индуктивного сопротивления и тока в основной обмотке.

После появления тиристоров такие устройства вышли из применения.

Магнитный усилитель

Резонансный контур

При включении катушки индуктивности параллельно с конденсатором получившаяся цепь будет иметь минимальное сопротивление на определённой частоте. Такие схемы используются в радиоприёмниках.

Элементы электронных схем и компьютерных плат

На платах катушки индуктивности, такие, как R68, используются для выделения сигналов определённой частоты, защите от помех и отделении частей схемы друг от друга.

Маркировка малогабаритных устройств

На деталях небольшого размера, используемых в электронной технике, недостаточно места для нанесения надписей, указывающих номинальные характеристики устройства. Поэтому используется специальная цветовая маркировка дросселей. По этой кодировке при помощи онлайн-калькуляторов можно узнать параметры элемента.

Цветовая кодировка состоит из 3 или 4 колец, нанесённых на корпус. По первым двум кольцам видна индуктивность элемента в миллигенри, следующее – показывает множитель, на который необходимо умножить первое число, а четвёртое – допустимое отклонение реальной индуктивности от номинала. Если колец всего три, то отклонение составляет 20%. Первое кольцо обычно шире остальных.

Цветовая маркировка дросселей

Например, на корпусе следующие полосы:

1. коричневый – 1;
2. жёлтый – 4;
3. оранжевый – 1mH;
4. серебряный – допуск 10%.

Таким образом, номинал этого элемента составляет 14 mH с допуском 10%.

Катушка индуктивности как электрический прибор и принцип её действия известны много десятков лет. Но без устройств разных типов и номиналов, использующихся в самых разных местах, невозможно существование ни электротехники, ни электроники, в том числе компьютерной техники.

Видео