Дроссель

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.

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

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.

Основные элементы

Основными элементами схемы включения люминесцентной лампы с электромагнитным ПРА являются дроссель и стартер. Стартер – это миниатюрная неоновая лампа, один или оба электрода которой выполнены из биметалла. При появлении тлеющего разряда внутри стартера биметаллический электрод нагревается и, затем изгибаясь, на короткий промежуток времени смыкается со вторым электродом.

После подачи напряжения на схему ток через люминесцентную лампу не течет, так как газовый промежуток внутри лампы это изолятор, для пробоя этого изолятора нужно напряжение, которое превышает напряжение питающей сети. Поэтому сначала загорается только лампочка стартера, напряжение зажигания которой ниже сетевого. Ток величиной в 20 – 50 мА течет по дросселю, электродам люминесцентной лампы, затем неоновой лампе стартера.

Под воздействием тока электроды стартера разогреваются и замыкаются. После замыкания по цепи течет ток, превышающий в 1,5 раза номинальный ток лампы. Величина этого тока ограничена в основном сопротивлением дросселя, так как электроды стартера замкнуты, а электроды ламп имеют незначительное сопротивление.

Элементы на схеме с дросселем и стартером:

1. зажимы сетевого напряжения;
2. дроссель;
3. первый катод лампы
4. трубка;
5. второй катод лампы;
6. первый электрод стартера;
7. второй электрод стартера;
8. стартер.

За 1 – 2 с электроды лампы разогреваются до 800 – 900 °С, вследствие этого увеличивается электронная эмиссия и облегчается пробой газового промежутка. Электроды стартера остывают, так как разряда в нем нет.

При остывании стартера электроды возвращаются в исходное состояние и разрывают цепь. В момент разрыва цепи стартером возникает ЭДС (Электродвижущая сила – примечание под абзацем) самоиндукции в дросселе, величина которой пропорциональна индуктивности дросселя (что такое индуктивность ← здесь) и скорости изменения тока в момент разрыва цепи. Образовавшееся за счет ЭДС самоиндукции повышенное напряжение (700 – 1000В) импульсом прикладывается к лампе, подготовленной к зажиганию (электроды уже разогреты). Происходит пробой, и лампа начинает светиться.

Электродвижущая сила (ЭДС) — скалярная физическая величина, характеризующая работу сторонних сил, то есть любых сил не электрического происхождения, действующих в квазистационарных цепях постоянного или переменного тока. В замкнутом проводящем контуре ЭДС равна работе этих сил по перемещению единичного положительного заряда вдоль всего контура

К стартеру, который включен параллельно лампе, прикладывается приблизительно половина напряжения сети. Этой величины недостаточно для пробоя неоновой лампочки, поэтому она больше не зажигается. Весь период зажигания длится меньше 10 с.

Рассмотрение процесса зажигания лампы позволяет уточнить назначение основных элементов схемы.

Схема электронного дросселя

Хотим поблагодарить Евгения Карпова. Любой желающий вправе прочесть выложенную им статью «Электронный дроссель», где обсуждаются основные ошибки по конструированию аппаратуры, даются советы по улучшению качества.

Включение с общей базой называется сравнительной схемой. Транзистор оценивает разницу напряжений на базе и коллекторе. Сигнал снимается с эмиттера. Конденсатор С3 заряжается через резистор R5 служа параметрическим стабилизатором (вместо стабилитрона). Необычное решение требуется, чтобы отслеживать относительно медленно меняющийся звуковой сигнал. На конденсаторе неизменно находится его усреднённое значение, так происходит стабилизация. Транзистор следит, чтобы выходной сигнал равнялся (либо оставался пропорционален) напряжению на стабилизаторе.

Так вкратце действует простая схема электронного дросселя. Смысл использования частично раскрывается Евгением Карповым, но рядовым гражданам он неочевиден. Дроссель большой и тяжёлый, занимает много места, делает вдобавок две неполезных вещи:

1. Вносит в цепь значительное омическое (активное) сопротивление, применяемое в законе Ома для участка цепи.
2. Обладает индуктивным сопротивлением, сдвигающим фазу между током и напряжением. Специалисты склонны считать это дефектом.

Электронный дроссель позволяет убрать указанные недостатки, но Евгений Карпов отмечает, что размер радиатора для транзистора бывает значительным, что уничтожает преимущество. А необходимость точной настройки не каждому под силу. Тем не менее, электронный дроссель вправе использоваться как представитель простейших видов параметрических стабилизаторов.

Область применения

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Где еще применяется

Дроссель используется все реже, быть может, со временем он выйдет из употребления за ненадобностью. Ведь подключение газоразрядной лампы таким способом является основной сферой применения данного прибора. Дроссель играет решающую роль в работе люминесцентной лампы, так как создает приемлемые условия для работы осветительного прибора данного вида: сдерживает возрастающий ток на определенном уровне, что позволяет поддерживать достаточное значение напряжения на электродах в колбе.

Эта особенность переводит дроссель в разряд балласта. Кроме того, схема подключения люминесцентной лампы содержит еще один элемент – стартер. Он ответственен за размыкание цепи.

Это приводит к возникновению ЭДС самоиндукции в дросселе, что, в свою очередь, способствует повышению напряжения до уровня 700-1000В. Результатом данных процессов является пробой и включение люминесцентной лампы.

Принцип работы электронного дросселя

Для управления электронной дроссельной заслонкой используется блок управления двигателем (ЭБУ) и шаговый электродвигатель с редуктором, совмещенный конструктивно с дроссельной заслонкой.

ЭБУ обычно использует в качестве расчетного параметра величину крутящего момента двигателя. Чтобы блок понимал, какие действия производит водитель неотемлемой частью электронного управления является датчик положения педали акселератора.

Датчик положения педели представляет собой переменный резистор, сопротивление которого (а значит и проводимое напряжение) изменяется в зависимости от положения педали газа.

Блок управления открывает дроссельную заслонку в соответствии с нажатием педали газа. В это же время в блок поступает большое количество сигналов от остальных датчиков системы управления. Статья о неисправностях инжекторного двигателя.

На основании всех показаний ЭБУ вычисляет необходимую мощность двигателя и соответствующим образом открывает или закрывает заслонку (регулируя тем самым подачу воздуха в цилиндры), а так же регулирует и количество впрыскиваемого форсунками топлива.

В это же время датчик положения дроссельной заслонки показывает блоку насколько на самом деле открыта дроссельная заслонка, обеспечивая таким образом обратную связь. То есть блок управления не только открывает своими командами заслонку, но он еще и «видит» открылась ли она на самом деле.

Весь процесс управления требует всего нескольких миллисекунд для достижения нужных в данный момент характеристик автомобиля.