Назначение дросселя

Электромагнитный дроссель находит применение в цепях коммутации люминесцентной лампы.

Назначение дросселя – формирование импульса для пробоя газонаполненной среды и поддержание необходимого напряжения и тока в схеме и на контактах элементов работающего светильника. Принцип работы дросселя основан на способности катушки индуктивности извлекать энергию из источника тока и сохранять ее в виде магнитного поля.

Чтобы выяснить, как работает дроссель, нужно рассмотреть свойства катушки индуктивности. Она плохо проводит переменный ток или совсем не проводит его. Индуктивность измеряется в Генри (Гн) и ее значение можно увеличить путем применения сердечника, оно таким образом повышается в несколько раз.

Во время замыкания контактов выключателя величина тока на катушке постепенно возрастает, а при размыкании сначала растет многократно, а затем плавно уменьшается. В соленоиде этот параметр не изменяется мгновенно.

Дроссель для люминесцентных ламп – это катушка индуктивности с ферромагнитным сердечником. Он находит применение только в электрических цепях, в которых предусмотрено наличие электромагнитного ПРА.

На картинках показана схема подключения газоразрядной лампы низкого давления с использованием электромагнитного дросселя.

• 2 – электроды лампы;
• 1 – колба (трубка);
• Ст – стартер;
• С1 – конденсатор, находящийся в одном корпусе со стартером;
• С2 – конденсатор, повышающий коэффициент мощности;
• Д – дроссель.

При замыкании выключателя ток протекает по следующему пути: «дроссель – электрод лампы – стартер – второй электрод лампы – сеть».

Величины этого тока очень мало для зажигания лампы. Но его значения хватает для нагревания электродов стартера и появления в нем тлеющего разряда. Напряжение этого разряда меньше напряжения сети, но больше напряжения работающей лампы.

Разогретый биметаллический электрод в стартере замыкается со вторым, после чего тлеющий разряд между ними гаснет, электроды остывают и занимают первоначальное положение.

В момент замыкания электродов в стартере ток в схеме значительно возрастает и электроды люминесцентной лампы начинают нагреваться. В то же время при размыкании цепи на дросселе (в результате самоиндукции) происходит скачок напряжения, который, складываясь с входным напряжением сети, создает условия для включения лампы.

К этому моменту температура на электродах лампы успевает повыситься до значения, необходимого для эмиссии, а дросселирующее устройство создает высоковольтный импульс. Поэтому в лампе создаются условия для возникновения тлеющего разряда, который сначала происходит в аргоновой среде до тех пор, пока ртуть, помещенная в колбу, не перейдет полностью в парообразное состояние. После этого разряд будет происходить в ртутных парах, и лампа войдет в стабильный рабочий режим.

Напряжение на работающей лампе меньше сетевого за счет его падения на дросселе. Поскольку для срабатывания стартера напряжение на нем должно превышать величину напряжения на включенной лампе, повторно разряд в этом приборе не зажжется.

Зажигание лампы происходит при условии совпадения по фазе импульса дросселируемого напряжения и напряжения сети. Но поскольку совпадения этих значений относительно разбросаны по времени, стартер может срабатывать неоднократно перед тем, как лампа войдет в рабочий режим. В этом случае наблюдается мигание лампы в процессе включения. Одновременно в стартере создаются радиопомехи, для подавления которых служит конденсатор, находящийся в общем со стартером футляре.

Это означает, что кроме зажигания этого осветительного прибора дроссель необходим для ограничения возрастания тока разряда до величины, при достижении которой лампа выходит из строя.

Все, изложенное выше, объясняет, для чего нужен дроссель.

В результате того, что он ограничивает ток в схеме работающей лампы, он представляет собой дополнительную нагрузку (балласт) и на нем теряется какая-то часть мощности. По уровню этих потерь дроссели делятся на следующие классы: D – с обычными; C – с пониженными; B – с особо низкими.

В силу физических свойств дросселя на нем происходит сдвиг по фазам между напряжением и током. Ток отстает от напряжения на величину, которую принято обозначать как cos φ. Чем выше его значение, тем экономичнее прибор, и наоборот, при понижении этой величины энергоэффективность снижается.

На рисунке показан график изменения тока и напряжения на люминесцентной лампе и лампе накаливания.

Основные виды дросселей

• Электромагнитный дроссель для лампы, который подключается последовательно с лампой и в схеме необходимо наличие стартера.

К его достоинствам можно отнести низкую стоимость, простоту конструкции и достаточную надежность.

Недостатки: возможность появления шума и мерцания во время работы и при запуске; довольно продолжительный процесс включения; необходимость подключения конденсатора для снижения потерь.

Мощность дросселя должна соответствовать мощности лампы.

• Электронный дроссель, для подключения которого не нужен стартер.

Положительные качества: быстрое включение; обеспечение работы лампы без миганий; компактность, малый вес.

В результате использования этого вида дросселей снижаются мерцания. Пульсаций при запуске лампы не происходит. Снижается вероятность появления шума при работе.

Дроссели можно разделить на две группы по типу сетей, в которых эксплуатируются лампы:

1. однофазные (для использования в быту) на 220 В;
2. трехфазные, которые устанавливаются в светильниках, работающих в сетях на 380 В. Это светильники для освещения промышленных предприятий, улиц и объектов сельскохозяйственного профиля.

Все эти виды дросселей также можно разделить по месту их расположения:

• находящиеся внутри корпуса светильника, который обеспечивает им защиту от неблагоприятных факторов внешней среды и атмосферы;
• помещенные в специальный кожух. Такое герметичное исполнение позволяет устанавливать эти приборы в осветительных сетях наружного освещения.

Ремонт светильников с перегоревшими дросселями

Светильники с перегоревшими электромагнитными дросселями можно отремонтировать самостоятельно, заменив отказавший элемент другим, например, применяемым в иных вариантах световой аппаратуры.

Например, в настольных светильниках с ЭмПРА можно использовать плату (с элементами, обеспечивающими горение лампы) от энергосберегающей лампы.

Для этого нужно найти экономичную перегоревшую лампочку (той же мощности, что и у ремонтируемой) с сохранившейся в хорошем состоянии электронной «начинкой».

Далее необходимо отделить от лампы цоколь вместе с платой и извлечь саму плату. При этом запомнить, где находятся выводы на высоковольтный конденсатор, на лампу и на входное напряжение питания 220 В.

Все штырьки, расположенные на плате, и конденсатор (на картинке он зеленого цвета) необходимо выпаять.

Он пойдет в нижнюю, пластмассовую часть цоколя настольной лампы.

Для этого снимаем нижнюю пластину в месте, отмеченном на рисунке, и вытаскиваем из вскрытого кожуха находящиеся в нем детали, которые были соединены при помощи латунных трубок с электродами лампы.

Вместо удаленных нами элементов к проводам, идущим на электроды, присоединяем конденсатор, выпаянный с платы, и помещаем во вскрытый кожух. После этого отделенную нами пластину возвращаем на место и приклеиваем клеем.

Далее создаем точки соединения штырьковых выводов электродов с проводами, выходящими с преобразующей электронной платы, снятой с энергосберегающей лампы.

Для этого провода с коммутирующего разъема припаиваем к контактам платы на выходе (на рисунке они находятся слева).

Плату помещаем в защитный корпус.

Зачем это нужно сделать?

Так как элементы на плате находятся под высоким напряжением, в целях электробезопасности нужно закрыть к ним доступ.

Через провода, находящиеся справа на рисунке, в схему подается входное напряжение от сети 220 В.

Для подключения используем вилку и розетку.

Включаем созданную конструкцию в сеть. Лампа загорается, светильник работает.

Такие и многие другие самоделки позволяют экономить деньги на покупке товаров, взамен вышедших из строя. При наличии некоторого объема знаний и опыта всегда есть возможность сделать нужные изменения и ремонт светильника своими руками.

lampagid.ru

Способы регулировки тока с помощью дросселя

Достоинства устройства несомненны. Практика это подтверждает полностью. Но есть три режима трансформатора, в которых он может находиться. При этом с помощью дросселя в некоторых из них можно регулировать силу сварочного тока. Кстати, дроссель подключается к вторичной обмотке трансформатора, при этом регулируется воздушный зазор в сердечнике.

1. Холостой ход. Это режим, когда аппарат включен, а работа на нем не производится. Напряжение на трансформатор подано, электродвижущая сила во вторичной обмотке присутствует, а на выходе сварочного тока нет.


2. Нагрузка. Зажигается дуга, которая замыкает электрическую входную цепочку. В нее входят обмотка дросселя и вторичная обмотка трансформатора. По цепи движется ток, значение которого определяется сопротивлениями двух обмоток. Если в цепь не установить дроссель, то на выходе получился бы ток максимального значения. А это большая вероятность получить прожог свариваемых металлов, залипание электрода. Степень настройки тока будет зависеть от воздушного зазора в стержне, на который наматывается обмотка дросселя.
3. Короткое замыкание. КЗ образуется в тот момент, когда кончик электрода касается свариваемых металлических заготовок. При этом на сердечнике трансформатора образуется магнитный поток переменного типа, а на вторичной обмотке индуктируется электродвижущая сила. При этом сила тока будет зависеть от общего сопротивления обмотки дросселя и вторичной обмотки трансформатора.

Что касается воздушного зазора, то его увеличение приводит к тому, что сопротивление цепочки увеличивается. А это в свою очередь приводит к уменьшению магнитного потока, соответственно уменьшается индуктивное сопротивление обмоток трансформатора и дросселя. Уменьшилось сопротивление, увеличился ток на выходе. Все по закону Ома. Поэтому ток дуги увеличивается. Именно таким образом с помощью дросселя можно регулировать ток сварочной дуги.

В этой системе с дросселем есть один недостаток. Любой аппарат для сварки в процессе работы вибрирует. Это негативно сказывается на прохождении тока по катушке дросселя.
этому можно отказаться от плавной настройки и регулирования тока, а перейти на ступенчатую настройку. Для этого в сердечнике дросселя не надо устанавливать воздушный зазор. Для этого обмотка прибора делается с отводами (через определенное количество витков), к которым припаиваются контакты. Правда, необходимо учитывать тот момент, что через эти контакты будет проходить ток в несколько сот ампер. Поэтому нужно подобрать такие, которые ток такой силы смогут выдерживать.

И еще одна причина, по которой дроссель для сварочного аппарата нужно включить, чтобы процесс сварки проходил в «мягких» условиях. Есть такая характеристика зависимости напряжения сварочной дуги от силы тока на конце электрода, которая носит название падающая. Это очень полезная зависимость, особенно в тех случаях, когда сложно или трудно выдержать расстояние между электродом и свариваемыми металлическими заготовками.

Обеспечить падающую характеристику одним трансформатором практически невозможно, потому что сопротивление его обмоток здесь недостаточно. Обмотка дросселя практически в два раза увеличивает общее сопротивления электрической цепи, что позволяет обеспечить падающую зависимость напряжения от тока. То есть, это еще один плюс в копилку дросселя. Теперь становится понятным, зачем нужен этот прибор.

Как сделать дроссель своими руками

Для катушки дросселя лучше использовать магнитопровод серии UI. Намотка провода на катушку – процесс непростой и трудоемкий, требующий терпения и аккуратности. Есть в этом деле несколько моментов, которые определяют качество конечного результата.

• Обязательно перед началом намотки производится изоляция ярма UI.
• Наматывать медный или алюминиевый провод можно только в одном направлении.
• Каждый намотанный на сердечник слой необходимо изолировать от последующего. Для чего может быть использована стеклоткань, специальная хлопчатобумажная изоляция или картон.
• Изоляционный слой необходимо обрабатывать бакелитовым лаком.
• Если устраивается ступенчатая регулировка тока, то выводы обмотки нужно обязательно маркировать. Это упростит в последующем подключение дросселя к сварочному аппарату, то есть, нужный вывод будет легко найти.

Ступенчатую регулировку тока можно организовать и при помощи нагрузочного омического сопротивления. По сути, это обычная спираль из нихромовой проволоки, которая подключается к выходу дросселя. Правда, необходимо отметить, что этот вариант не самый лучший. Нихромовая проволока сильно нагревается, иногда даже докрасна, так что это большая опасность.

В сварочных трансформаторах плавная регулировка тока обеспечивается смещением первичной обмотки относительно вторичной. Уменьшая между ними расстояние, производится уменьшение магнитного поля. А соответственно и снижение сопротивления в цепи. Обычно трансформаторные аппараты снабжаются рукояткой, которая расположена сверху агрегата. Вращая ручку в ту или другу сторону, уменьшается или увеличивается сила тока дуги.

Но для инверторного сварочного аппарата, который применяется в быту, лучше использовать для улучшения работы дроссель. Проще, удобнее, недорого. Тем более, сделать его своими руками – не проблема.

svarkalegko.com

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;

— 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.

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

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

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

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 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 Ψ_S, который можно выразить через индуктивность рассеяния L_S обмоток дросселя

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

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.

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

Уравнение соответствующее эквивалентной схеме будет иметь вид

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

где Р_С – 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 С_общ дросселя можно представить в виде суммы емкостей между внутренним слоем обмотки и магнитопроводом С₁ и межслоевой емкости внутри обмотки С₂

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

где ε_а – абсолютная диэлектрическая проницаемость среды вокруг проводника, ε_а = ε₀ε_r,

ε_r – 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

где р_ср – 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 L_S, 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

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

р_ср – 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 L_S 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.

www.electronicsblog.ru

www.comsoft.ru

Другие статьи по теме:

Лучшие производители светодиодных ламп Принцип работы датчика движения для включения света Перегорел светодиодный прожектор Мощность настольной лампы Как подключить блок питания для светодиодной ленты Светодиодные лампочки горят после выключения