Катушка индуктивности своими руками (дроссель)

Всем доброго времени суток! Большинству электронных схем для правильной работы необходим постоянный ток. Однако выпрямительные устройства различных конструкций выдают напряжения, имеющие пульсирующую составляющую. Для уменьшения пульсаций между выпрямителем и нагрузкой ставят сглаживающий фильтр.

В современных схемах роль такого фильтра выполняет электролитический конденсатор большой ёмкости, параллельный нагрузке. Во многих случаях его вполне достаточно, особенно при питании цифровых схем.

Но при питании от емкостных фильтров аналоговых устройств или устройств с большим потребляемым током, импульсные помехи оказывают существенное влияние на работу устройства, а в особых случаях и выводит их из строя.

Поэтому в дополнение к конденсатору ставят дроссель, последовательно с нагрузкой, что значительно улучшает режим работы устройства. Данная статья посвящена расчёту дросселей сглаживающих фильтров.

Принцип работы дросселя фильтра

Сглаживающим дросселем или дросселем фильтра называется компонент электронной схемы, предназначенный для уменьшения переменной составляющей напряжения или тока на входе или выходе схемы. Он, как правило, состоит из замкнутого магнитопровода (сердечника) и одной обмотки. Обмотка дросселя включается последовательно с нагрузкой

Катушка индуктивности своими руками (дроссель)

Данный тип дросселя чаще всего входит в состав сложных многозвенных фильтров. Его действие основано на том, что активное сопротивление обмотки rдр намного меньше сопротивления нагрузки RН, а индуктивное сопротивление Хдр на частоте пульсаций f – намного больше, чем сопротивление нагрузки

Катушка индуктивности своими руками (дроссель)

Таким образом, представляя напряжение на входе дросселя Uвх как сумму постоянной U0 и переменной составляющей U~, можно сделать вывод, что практически вся постоянная составляющая будет приложена к нагрузке, а переменная составляющая – к дросселю.

Качество любого фильтра оценивают с помощью коэффициента сглаживания, который для сглаживающего дросселя определяется по выражению

Катушка индуктивности своими руками (дроссель)

Из данного выражения, по необходимой величине коэффициента сглаживания q можно определить требуемое значение индуктивности дросселя L.

Физические процессы в сердечнике дросселя

Как уже говорилось, сглаживающий дроссель представляет собой катушку с ферромагнитным сердечником, который значительно увеличивает магнитное поля, поэтому все характеристики дросселя определяются свойствами сердечника. В тоже время свойства сердечника зависят от тока IL, протекающего через дроссель. Данный ток можно представить в виде суммы постоянной составляющую I0 и переменной составляющей I~.

Катушка индуктивности своими руками (дроссель)

Ток, протекающий через дроссель фильтра.

В связи с этим можно выделить два параметра пульсирующего тока: амплитудное значение тока Imax и действующее значение тока I, которые определяются следующими выражениями

Катушка индуктивности своими руками (дроссель)

где I0 и I~ – соответственно амплитуда постоянной и переменной составляющей импульсного тока, протекающего через сглаживающий дроссель,

kф – коэффициент формы тока переменной составляющей.

Рассмотрим влияние пульсирующего тока на параметры сердечника. На рисунке ниже приведены кривые намагничивания сердечника для двух режимов: при отсутствии подмагничивания (I0 = 0) и с подмагничиванием постоянным током (I0 > 0).

Катушка индуктивности своими руками (дроссель)

На рисунке изображены кривые изменения индукции магнитного поля в сердечнике при его намагничивании синусоидальным током при двух режимах работы: без подмагничивания (кривая 1) и с подмагничиванием постоянным током I0 (кривая 2).

Как известно, при периодическом намагничивании сердечника магнитная индукция В изменяется не по основной кривой намагничивания, а по замкнутым кривым, называемым петлями перемагничивания (выделены красным цветом).

В первом случае, когда отсутствует подмагничивание, петля симметрична относительно основной кривой намагничивания (петля 1). В случае наличия тока подмагничивания I0, перемагничивание сердечника идёт по так называемым частным петлям перемагничивания (петля 2).

Частные петли перемагничивания характеризуются увеличенной площадью, что означает увеличение потерь в сердечнике (площадь ограниченная петлёй равна мощности потерь в сердечнике).

Кроме увеличения потерь при насыщении сердечника, происходит уменьшение магнитной проницаемости материала сердечника. Так как индуктивность дросселя L имеет прямую зависимость от магнитной проницаемости, то следовательно происходит снижение индуктивности.

Эквивалентная проницаемость вещества μе определяется из отношения между создаваемой магнитным полем индукцией В и напряженностью Н данного магнитного поля

Катушка индуктивности своими руками (дроссель)

  • где ω – количество витков провода в обмотке,
  • I – ток через дроссель.
  • Индуктивность дросселя может быть определена по следующему выражению

Катушка индуктивности своими руками (дроссель)

  1. где ω – количество витков провода в обмотке,
  2. μ0 – магнитная постоянная, μ0 = 4π*10-7 Гн/м,
  3. μе – эквивалентная (относительная) магнитная проницаемость сердечника,
  4. Sе – эквивалентная площадь поперечного сечения сердечника,
  5. lе – эквивалентная длина магнитной линии сердечника.
  6. lM – длина магнитной линии в сердечнике.

Дроссель фильтра с зазором в сердечнике

Для уменьшения падения магнитной проницаемости и индуктивности дросселя при увеличении подмагничивающего тока в сердечник дросселя вводят немагнитный зазор. Ниже представлены кривые намагничивания сердечника с зазором и без зазора.

Катушка индуктивности своими руками (дроссель)

Как видно из рисунка петля гистерезиса сердечника без зазора – это линия 1, а петля гистерезиса сердечника, имеющего немагнитный зазор – это линия 2.

То есть кривая 2 растягивается и поворачивается относительно нулевой координаты.

Таким образом сердечник дросселя при наличии зазора, характеристика намагничивания которого линейна, насыщается при относительно больших токах в обмотке, чем сердечник без зазора.

Отсюда можно сделать вывод, что при увеличении тока подмагничивания необходимо выбирать большую величину немагнитного зазора для увеличения индуктивности дросселя.

Возникает вопрос выбора длины немагнитного зазора в сердечнике. В одной из статей я рассказывал, как рассчитать эквивалентную магнитную проницаемость при наличии зазора. Здесь стоит обратная задача – рассчитать длину зазора по некоторой заданной проницаемости, выражение будет иметь вид

Катушка индуктивности своими руками (дроссель)

  • где δ – длина немагнитного зазора, мм,
  • le – эффективная длина магнитной силовой линии, мм,
  • μe – эффективная магнитная проницаемость сердечника с зазором,

μr – относительная магнитная проницаемость материала сердечника. Так как величина магнитной проницаемости материала сердечника, значительно больше, чем требуемая проницаемость μe 

Источник: https://www.electronicsblog.ru/silovaya-elektronika/drossel-filtra-i-ego-raschyot.html

Дроссели

Автором и правообладателем материалов размещенных на этом сайте является автор сайта http://www.comsoft.ru Изначально материалы размещены на сайте http://www.comsoft.ru/

Что такое дроссель?

Электрический дроссель — устройство, представляющее собой катушку индуктивности и предназначенное для ограничения переменной составляющей электрического тока.

Другими словами, если ток в электрической цепи содержит постоянную и переменную составляющие то дроссель, последовательно включенный в эту электрическую цепь, за счёт своей индуктивности и большого сопротивления для переменного тока, значительно его снижает, а на постоянную составляющую тока, влияет минимально, за счёт низкого сопротивления постоянному току.

Катушка индуктивности своими руками (дроссель)

Рис. 1 Типовая схема включения низкочастотного дросселя в фильтр анодного питания

Дроссели позволяют запасать электрическую энергию в магнитном поле. Типичное их применение — сглаживающие фильтры и различные селективные цепи. Их электрические характеристики определяются конструкцией, свойствами материала магнитопровода, его конфигурацией и числом витков катушки. При выборе дросселя следует учитывать следующие характеристики:

  • требуемое значение индуктивности (Гн, мГн, мкГн, нГн);
  • максимальный ток катушки;
  • допуск (величину отклонения от исходного значения) индуктивности;
  • температурный коэффициент индуктивности (ТКИ);
  • активное сопротивление провода катушки дросселя;
  • добротность дросселя, которая определяется на рабочей частоте как отношение индуктивного и активного сопротивлений;
  • частотный диапазон катушки.

В зависимости от диапазона частот технически различаются высокочастотные и низкочастотные дроссели

Высокочастотные дроссели подразделяются на два типа:

  • с постоянным значением индуктивности;
  • с переменным значением индуктивности, за счет подстраиваемого ферромагнитного сердечника.

Первый тип применяется, как правило, во входных цепях телефонных аппаратов, в сглаживающих фильтрах, в цепях питания ВЧ аппаратуры. Второй тип катушек используется в резонансных цепях – ВЧ, трактах приемных и передающих устройств.

В ламповых усилителях звуковой частоты высокочастотные дроссели, применяются крайне редко. Как правило их использование может быть предопределено схемотехникой выходных каскадов, построенных на высокочастотных пентодах большой мощности, предрасположенных к самовозбуждению на радиочастотах.

Конструктивно дроссели высокой частоты выполняются в виде однослойных или многослойных катушек. Конструкции дросселей высокой частоты показаны на рис. 2.

Для дросселей длинных (а, б) и средних (б, в) волн применяется секционированная многослойная намотка.

Дроссели для коротких (г) волн и для метровых (д) волн обычно имеют однослойную намотку — сплошную или с принудительным шагом. В качестве каркаса часто используются керамические стержни от сопротивлений ВС-0,5 и ВС-1,0.

Катушка индуктивности своими руками (дроссель)

Рис. 2 Конструктивно дроссели высокой частоты выполняются в виде однослойных или многослойных катушек

Высокочастотный дроссель можно изготовить самостоятельно, намотав необходимое количество витков, для получения нужной индуктивности на керамический или фторопластовый сердечник. Рассчитать необходимое количество витков можно по формулам, приведенным в разделе Индуктивности. Катушки с малой индуктивностью.

Лучше использовать, выпускаемые промышленностью ВЧ дроссели. Они имеют понятную яркую цветовую маркировку и отличаются высокой добротностью.

Катушка индуктивности своими руками (дроссель)

Рис. 2 Цветовая маркировка высокочастотных дросселей

Низкочастотные дроссели — предназначены для подавления низкочастотной составляющей переменного тока питающей сети и его гармоник. На рисунке 3, представлен низкочастотный дроссель, индуктивностью 3 Гн при токе подмагничивания 120 ma.

Катушка индуктивности своими руками (дроссель)

Рис. 3 Низкочастотный дроссель промышленного производства

Дроссели лучше, и проще всего использовать заводские, предпочтительнее от старых ламповых телевизоров Темп-6, Темп-6М, Темп-7, Рубин-102, Авангард, Беларусь, или других аналогичных по характеристикам старых телевизоров.

Но если стоит задача изготовить ламповый усилитель высокого качества и надёжности своими руками, то дроссель придётся рассчитать, по приведенной ниже методике, и изготовить его самостоятельно.

Принципиально новым подходом в современной ламповой схемотехнике, может оказаться требование обязательной настройки дросселей фильтра питания в резонанс на частоту 100 Гц. Это необходимо для повышения эффективности фильтрации выпрямленного напряжения.

Читайте также:  Переворотный стол для станков своими руками

Автором и правообладателем материалов размещенных на этом сайте является автор сайта http://www.comsoft.ru Изначально материалы размещены на сайте http://www.comsoft.ru/

Расчет низкочастотного дросселя для анодного источника питания

Дроссель — это важный элемент блока питания лампового усилителя.

Совместно с электролитическими конденсаторами, он входит в состав П – образного низкочастотного фильтра и становится незаменимым элементом в цепи анодного питания усилителя класса Hi-End.

В зависимости от мощностных характеристик усилителя и его качественных показателей, размеры дросселя могут сильно варьировать и доходить до половины размеров силового трансформатора.

Некоторые параметры, встречающиеся в расчетных формулах: F— частота, Гц; Sc — площадь сечения сердечника, кв.

см; Кс — коэффициент заполнения сердечника сталью; Sok — площадь сечения окна, кв.

см; Кок — коэффициент заполнения окна медью; Вт — максимальная индукция в сердечнике, Тл; J — плотность тока в проводах, А/кв. мм. I — постоянный ток в проводе обмотки дросселя, А.

Главный параметр дросселя — его постоянная времени, отношение индуктивности к сопротивлению обмотки L/R. Чем выше требуется эта величина, тем больше должны быть габариты магнитопровода, чтобы провод нужного диаметра и длины поместился в окне сердечника.

Индуктивность дросселя рассчитывается по уже известной формуле:

Катушка индуктивности своими руками (дроссель)

При неизменной степени постоянного подмагничивания индук­тивность получается максимальной при определенной длине немаг­нитного зазора lz. От величины этого зазора зависит эквивалентная магнитная проницаемость сердечника:

Катушка индуктивности своими руками (дроссель)

В присутствии постоянного подмагничивания lz уже не является независимой переменной. Ключевой величиной в расчете дросселей и трансформаторов является степень подмагничивания или количество погонных ампервитков (aw0).

Катушка индуктивности своими руками (дроссель)

Формула связи напряженности магнитного поля с инженерной величиной aw0, приведена ниже:

Предлагаемый алгоритм расчета основан на экспериментальном графике зависимости магнитной проницаемости от aw0 рисунок 4.

Катушка индуктивности своими руками (дроссель)

Рис. 4 Экспериментальный график зависимости начальной магнитной проницаемости от aw0

Эти графики соответствуют массовым маркам сталей. Высококачественная сталь имеет в несколько раз большую магнитную проницаемость, однако в большинстве случаев рассчитывать на это не приходится. На графике показана зависимость начальной (т. е. в Отсутствие переменного магнитного поля) магнитной проницаемости от напряженности магнитного поля, выраженного в ампервитках на сантиметр.

В системе СИ напряженность измеряется в амперах на метр. Следует помнить, что точки на графике соответствуют разным зазорам. Более высокие напряженности требуют большего зазора. В начале расчета величины aw0 и, соответственно, μz не известны.

Количество витков в обмотках может быть получено методом последовательных приближений по формуле:

Катушка индуктивности своими руками (дроссель)

Для этого в формулу подставляются параметры трансформатора, требуемая индуктивность и пробная величина μпроб, по полученному количеству витков вычисляется степень подмагничивания aw0. По графику μ(aw0) находится μz, вместо графиков при машинных расчетах можно использовать аппроксимирующие уравнения:

Для горячекатанной стали Катушка индуктивности своими руками (дроссель) Для холоднокатанной стали

Пробная μпроб корректируется и снова просчитывается количество витков. Эта процедура проделывается несколько раз до тех пор, пока изменение количества витков от просчета к просчету не будет незначительным (несколько процентов). В большинстве случаев достаточно двух-трех проходов.

Если новое значение больше старой μпроб, то μпроб следует увеличить так, чтобы она стала немного больше μz и наоборот. В конце расчета необходимо убедиться, что получившиеся L, N удовлетворяют требованию конструктивной реализуемости.

Для этого вычисляется максимальное сечение провода S, которое можно разместить в окне:

Плотность тока в медном проводнике обмотки дросселя, рассчитывается по формуле:

Если плотность тока J не превышает обычных 1,5—2 А/кв. мм, то расчет можно считать оконченным, так как не требуется точного соответствия сопротивления оболочки заданному. Количество витков не должно превышать 3500—4000.

При необходимости следует выбрать другой типоразмер магнитопровода и повторить расчет. При сборке намотанного дросселя необходимо уложить в зазор немагнитную прокладку нужной толщины. Точное соблюдение и подбор величины зазора необходимо только для выходных трансформаторов.

Для дросселей вполне достаточно точности эмпирической формулы, приведенной ниже. Величина зазора рассчитывается в мм:

Намотка катушек дросселей не имеет особенностей. В большинстве случаев (для дросселей блоков питания) нет необходимости даже в межслоевой изоляции. Обмотка обычно находится под высоким потенциалом, поэтому она должна быть хорошо изолирована от сердечника.

Пропитка дросселей, как правило, необходима, чтобы избежать гудения.

Результаты расчета дросселя на очень распространенном и дешевом сердечнике от выходного трансформатора лампового телевизора Ш 16×25 с размером окна 16 х 40 мм, приведены в таблице №1:

Таблица №1

Sc 4 kb. cm
Sok 3,84 kb. cm
Lc 10,6 cm
L0 12,84 cm
Kok 0,34
I0 120 mA
aw 29,4
μz 171,8
N 2600 вит
L 5,51 Гн
D 0,25 мм
R 116,3 0м
P 1,67 Вт
lz 0,25 мм

Источник: http://www.comsoft.ru/index.php?_t8=28

Дроссель: принцип работы устройства, характеристики, назначение и виды

Катушка индуктивности своими руками (дроссель)

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.

Катушка индуктивности своими руками (дроссель)

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.

Катушка индуктивности своими руками (дроссель)

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

Катушка индуктивности своими руками (дроссель)

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.

Катушка индуктивности своими руками (дроссель)

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.

Катушка индуктивности своими руками (дроссель)

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.

Читайте также:  Простая портативная колонка своими руками

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

Катушка индуктивности своими руками (дроссель)

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.

Катушка индуктивности своими руками (дроссель)

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. Катушка индуктивности своими руками (дроссель)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

Катушка индуктивности своими руками (дроссель)

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.

Читайте также:  Таль своими руками

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.

Источник: https://rusenergetics.ru/novichku/zachem-nuzhen-drossel

Изготовление самодельного дросселя для полуавтомата

В самом простом виде дроссель — это катушка из толстого медного провода, намотанного на магнитный сердечник, которая включается в выходную цепь сварочного аппарата последовательно с электродом.

Дроссель для полуавтомата необходим для сглаживания токовых пульсаций, которые возникают при краткосрочных изменениях входного напряжения и мгновенных коротких замыканиях на электроде. При выполнении полуавтоматической сварки без этого устройства высока вероятность возникновения дефектов сварного шва, т. к.

при таких отклонениях в электрических параметрах проволока продолжает подаваться с неизменной скоростью.

Дроссель для полуавтомата по силам изготовить любому домашнему мастеру.

Его расчет производится очень укрупненно (в основном, в части сечения проводов), а параметры самодельного дросселя подбираются регулировкой зазора сердечника в процессе пробных включений полуавтомата на разных режимах.

Тем не менее, все же желательно иметь хотя бы общие представления об основных электротехнических принципах, лежащих в основе работы этого устройства, а также о конструктивных особенностях его изготовления.

Катушка индуктивности своими руками (дроссель)Рисунок 1 — Дроссель для полуавтомата

Принцип работы

Работа дросселя сварочного полуавтомата основывается на так называемом «первом законе коммутации», согласно которому в катушке индуктивности ток мгновенно измениться не может.

В очень упрощенном виде можно сказать, что дроссель выступает в роли своеобразного накопителя энергии, но в отличие от конденсатора он аккумулирует не напряжение, а ток. При прохождении через катушку поток электронов порождает магнитное поле, величина которого зависит не только от силы тока, но и от параметров сердечника.

Путем регулирования зазора между его элементами можно управлять величиной магнитного потока и таким образом регулировать индуктивное сопротивление дросселя.

Величина индуктивности дросселя непосредственно влияет на скорость увеличения силы тока при коротком замыкании. При этом она напрямую зависит от сварочного режима полуавтомата и диаметра проволоки.

В случае использования тонкой проволоки требуются более быстрое нарастание тока и, соответственно, меньшая индуктивность, чем при применении толстой проволоки.

К примеру, при уменьшении диаметра проволоки в полтора-два раза индуктивность понижается в 2,5–3 раза.

Предназначение дросселя

Сварка с применением полуавтомата производится постоянным током отрицательной полярности на проволоке, толщина которой варьируется в пределах 0.5÷3.0 мм. Чем меньше ее диаметр, тем ниже значение сварочного тока и тем стабильнее горение дуги. Во время сварочного процесса расплавленный металл проволоки поступает в сварочную ванну в виде непрерывного потока капель.

Этим обеспечивается стабильность дуги и качество сварочного шва. При краткосрочном образовании непрерывного потока металла возникает ток короткого замыкания, а при разрывах происходит его резкое уменьшение.

Если в выходную схему полуавтомата включен дроссель, то в первом случае он препятствует мгновенному росту тока, а во втором — компенсирует падение его величины за счет «запасенной» энергии.

Катушка индуктивности своими руками (дроссель)Рисунок 2 — Схема полуавтомата

В сварочных полуавтоматах применяют дроссели с фиксированной, ступенчатой (см. рис. выше) или регулируемой индуктивностью. Первый тип применяется при сварке на постоянных режимах, во втором случае дроссель выполнен с несколькими отводами, а в третьем индуктивность регулируется изменением величины зазора в магнитопроводе или механическим перемещением сердечника.

При нестабильном источнике внешнего питания наилучшим вариантом для полуавтомата является регулировка зазором, так как она позволяет опытным путем подбирать сварочный режим с устойчивой дугой и без разбрызгивания металла.

А оптимальный метод решения проблемы стабильности и качества сварочного процесса — это использование в полуавтомате дросселя в сочетании со схемой вольтодобавки на входном трансформаторе.

Как рассчитать сечение провода обмотки

Для расчета сечения и выбора подходящего провода в первую очередь необходимо определить предельную плотность тока. Ее величина зависит от материала проводника и временно́го режима работы полуавтомата, который определяется паспортным значением параметра ПН (ПВ) — продолжительности нагружения. Формула расчета плотности тока по величине ПН выглядит так:

Катушка индуктивности своими руками (дроссель)

Здесь Jп — плотность тока в А/мм² для заданной в процентах величины ПН, а J — при долговременных режимах.

Для медных проводников трансформаторов и дросселей J обычно принимают равной 3,5 А/мм².

При использовании алюминиевых проводов необходимо применять понижающий коэффициент 1,6 (см. таблицу).

 ПН (%)JпПН (%)JпПН (%)Jп
Медь 20 7.8 40 5.5 60 4.5
Алюминий 4.9 3.5 2.8

Чтобы определить сечение провода (S) для намотки дросселя полуавтомата, необходимо паспортное значение максимального тока (I max) разделить на Jп. К примеру при I max=150 А и ПН=40% сечение медного провода будет равно 27 мм². Точный тип проводника (провода или шинки) выбирается по справочнику с округлением в большую сторону.

Катушка индуктивности своими руками (дроссель)

Вычисление количества витков производится по формуле с использованием габаритов сердечника, которые также определяются расчетным путем. Но народные умельцы всего этого, как правило, не делают, т. к.

собирают дроссель для полуавтомата на основе имеющегося в наличии магнитопровода. Обычное количество витков у такого изделия при токе 150–200 А — несколько десятков (40÷60). В отличие от величины сечения ошибка здесь не очень критична.

В худшем случае она может привести к тому, что качество сварки не улучшится.

Что потребуется для изготовления

Для того чтобы изготовить дроссель для полуавтомата своими руками, в первую очередь следует сделать требующиеся расчеты, а затем подготовить необходимые материалы и инструмент. В процессе работы потребуются:

  • паяльник (от 100 Вт) с принадлежностями;
  • слесарные тиски;
  • пассатижи, круглогубцы, молоток и пр.;
  • сердечник и корпус катушки;
  • гетинакс (или подобное) для зазоров;
  • лакоткань;
  • киперная лента;
  • эпоксидка или клей;
  • медный или алюминиевый провод (или шинка);
  • две клеммы под винт.

Кроме того, необходим брусок для закрепления корпуса катушки, а также кусочки любого пластика или дерева для ее расклинивания.

Пошаговая инструкция по сборке дросселя своими руками

Для изготовления сварочного дросселя не требуется никаких схем или чертежей. Все достаточно понятно и очевидно, нужно только знать, сколько витков и каким проводом предстоит намотать.

В качестве сердечника можно использовать любой набор трансформаторного железа, вплоть до пакета прямоугольных пластин. Однако наилучшим вариантом будет использование сердечника типа ПЛ, т. к.

он собирается из двух монолитных С-образных половинок и зазоры между ними можно использовать для регулировки индуктивности будущего дросселя.

Такие сердечники массово использовались и применяются в блоках питания радиоаппаратуры еще с советских времен. Поэтому найти старый трансформатор (например, типа ТС) мощностью 200–300 Вт, наверное, не будет очень сложной задачей. Очень удобно для регулировки зазора еще и то, что такой сердечник стягивается специальным хомутом с винтовым соединением (см. рис. ниже).

Катушка индуктивности своими руками (дроссель)

Провод или шинку можно использовать любые (но лучше все-таки медные), главное, чтобы сечение соответствовало расчетному.

Намотка и установка дросселя

При разборке старого трансформатора необходимо очень аккуратно снять катушки, освободить их от проводов и зачистить до блеска место соединения половинок сердечника. Далее последовательность действий выглядит так:

  1. Надеть катушку на деревянный брусок, закрепить его тиски и намотать на катушку в один-два слоя киперную ленту, а поверх нее — лакоткань. Затем аккуратно, виток к витку, намотать первый слой проводов (получится около 8–12 витков в зависимости от толщины и зазоров). Действовать надо очень осторожно, т. к. провода жесткие, а катушка сделана из тонкого и хрупкого гетинакса.
  2. Поверх первой слоя витков намотать лакоткань, предварительно промазав ее лаком. Классический вариант – это бакелитовый лак, но можно взять и любой другой, например паркетный. Намотать второй слой витков, также укрыть его лаком и лакотканью. Аккуратно отогнуть выходной конец.
  3. Все то же самое сделать со второй катушкой, затем обе их тщательно просушить. Подготовить две пластинки гетинакса (или другого изолирующего пластика) толщиной 1–2 мм по размеру стыка половинок сердечника.
  4. Надеть на одну из половинок сердечника обе катушки, уложить изолирующие прокладки и вставить вторую половину. Тщательно стянуть сердечник хомутом.
  5. Соединить катушки последовательно скруткой с пайкой или винтом (предварительно залудив), а затем место соединения изолировать.
  6. Концы катушек, предназначенные для подключения, зафиксировать на хомуте, а затем припаять к ним клеммы.

При проверке дросселя с полуавтоматом необходимо попробовать его в разных режимах, и в зависимости от ситуации увеличить или уменьшить индуктивность, заменяя прокладки в зазоре сердечника.

В известной книге В. Я. Володина «Современные сварочные автоматы своими руками» приводится классический расчет количества витков в обмотке дросселя.

Для домашнего мастера подошел бы более упрощенный вариант определения числа витков, пусть даже их число будет приблизительным.

Если кто-то знает источники с такими методиками или сам может описать, как это сделать, поделитесь, пожалуйста, в х к статье.

Источник: https://WikiMetall.ru/oborudovanie/drossel-dlya-poluavtomata.html

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector