Расчет и изготовление катушки индуктивности, дросселя. Типовые электронные схемы с дросселями. Как сделать индуктор своими руками (10+)
Дроссель, катушка индуктивности – Проектирование, изготовление, применение
Изготовление дросселя
Сначала определимся с материалом магнитопровода (сердечника). Если частота больше 10 кГц, то используем ферриты, если меньше 3 кГц, то железо, если между этими значениями, то решаем, исходя из конкретных условий.
Дросселя изготавливаются с зазором в сердечнике. Правильная толщина зазора в сочетании с нужным числом витков обеспечивает нужные параметры дросселя.
Вашему вниманию подборка материалов:
Практика проектирования электронных схем Искусство разработки устройств. Элементная база. Типовые схемы. Примеры готовых устройств. Подробные описания. Онлайн расчет. Возможность задать вопрос авторам
При проектировании дросселя как минимум необходимо обеспечить:
- Нужную индуктивность,
- Допустимую магнитную индукцию, исключающую насыщение,
- Нужный диаметр обмоточного провода, подходящий под предполагаемую силу тока (обмотка с расчетным числом витков должна поместиться в окно магнитопровода).
Одним из подходов к расчету является итерационный: исходя из нужной максимальной силы тока и индуктивности, рассчитываем зазор и число витков. Исходя из числа витков, площади окна магнитопровода и плотности заполнения окна (около 0.6), определяем максимальную толщину провода, которым может быть выполнена обмотка. Проверяем, подходит ли такой провод под нужный ток. Если да, расчет окончен. Если нет, то выбираем больший магнитопровод и рассчитываем для него. В случае, если расчет дает слишком толстый провод (больше 1 кв. мм), то обмотку лучше выполнять жгутом более мелких проводов.
Формулы для расчетов:
[индуктивность дросселя, Гн] = [1.257E-9] * [площадь сечения магнитопровода, кв. мм] * [количество витков]^2 / [зазор в сердечнике, мм]
[максимальное значение индукции, Тл] = [1.257E-3] * [максимально возможная сила тока, А] * [количество витков] / [зазор в сердечнике, мм]
Для железа максимальная индукция выбирается в районе 1 Тл. Для ферритов: при частоте до 100 кГц – 0.3 Тл, при частоте выше 100 кГц – 0.1 Тл. Если необходимо снизить потери на перемагничивание магнитопровода, то максимальная индукция выбирается еще меньше.
[число витков] = [1E6] * [индуктивность, Гн] * [максимально возможная сила тока, А] / [площадь сечения магнитопровода, кв. мм] / [максимальное значение индукции, Тл]
[зазор в сердечнике, мм ] = [1.257E-3] * [максимально возможная сила тока, А] * [число витков] / [максимальное значение индукции, Тл]
Реактивное сопротивление катушки индуктивности
Идеальная катушка индуктивности не обладает классическим омическим сопротивлением, сопротивление дросселя постоянному току равно нулю. Но если к катушке индуктивности приложить переменное напряжение, то за счет периодического накопления энергии в магнитном поле и последующей отдачи ее, в цепи будет протекать конечный ток.
Причем ток через дроссель не зависит от напряжения в текущий момент, а зависит от истории изменения напряжения, то есть определяется первообразной напряжения от времени. Так, если на дроссель подано синусоидальное напряжение, то ток будет иметь форму минус косинуса. Именно благодаря такому фазовому сдвигу на идеальной катушке индуктивности не рассеивается тепловая энергия.
На реальных катушках индуктивности и в цепях вокруг них тепловая энергия, конечно, рассеивается, так как все они обладают ненулевым омическим сопротивлением. Именно на нем и рассеивается мощность.
Если рассматривать синусоидальное напряжение и оперировать понятиями действующего напряжения и тока, то можно написать формулу, напоминающую закон Ома для резисторов. [Действующий ток через дроссель] = [Действующее напряжение на дросселе] / [Z], где [Z] = (2 * ПИ * [Частота напряжения] * [Индуктивность дросселя]). Эта формула полезна при расчете индуктивных делителей переменного напряжения и фильтров высших и низших частот.
Особенности применения дросселей в схемах
Дроссели можно соединять последовательно и параллельно.
[Индуктивность последовательно соединенных дросселей] = [Индуктивность первого дросселя] + [Индуктивность второго дросселя]
[Индуктивность параллельно соединенных дросселей] = 1 / (1 / [Индуктивность первого дросселя] + 1 / [Индуктивность второго дросселя])
На рисунке приведены типовые схемы на катушках индуктивности. (А) – Индуктивный делитель переменного напряжения. [Напряжение на нижнем дросселе] = [Входное напряжение] * [индуктивность нижнего дросселя] / ([индуктивность нижнего дросселя] + [индуктивность верхнего дросселя]) (Б) – Фильтр высших частот. (В) – Фильтр низших частот.
К сожалению в статьях периодически встречаются ошибки, они исправляются, статьи дополняются, развиваются, готовятся новые. Подпишитесь, на новости, чтобы быть в курсе.
Вот одна формула [число витков] = [1E6] * [индуктивность, Гн] * [максимально возможная сила тока, А] / [площадь сечения магнитопровода, кв. мм] / [максимальное значение индукции, Тл], по которой получается, что чем больше ток через дроссель, тем больше получается число витков — что в корне противоречит теории — чем нужен больший ток, тем должно быть меньше число витков (ЭТО Читать ответ.
А что такое E в первой формуле, прямо таки получается огромная величина индуктивности. В первой формуле правдоподобно, если индуктивность в микрогенри Если я правильно понял, то, например, E-3 означает 0.001? Читать ответ.
Инвертор, преобразователь, чистая синусоида, синус.
Как получить чистую синусоиду 220 вольт от автомобильного аккумулятора, чтобы за.
Понижающий импульсный источник питания. Онлайн расчет. Форма. Подавлен.
Как рассчитать понижающий импульсный преобразователь напряжения. Как подавить пу.
Диодные схемы. Схемные решения. Схемотехника. Частота, мощность, шумы.
Классификация, типы полупроводниковых диодов. Схемы, схемные решения на диодах. .
Простой импульсный прямоходовый преобразователь напряжения. 5 – 12 вол.
Схема простого преобразователя напряжения для питания операционного усилителя.
Как быть, если в электронных и электромеханических устройствах отсутствует устройство электропитания от сети? Купить готовый трансформатор не всегда удается.
А, между прочим, очень часто эти самые трансформаторы просто валяются под ногами. Я говорю о дросселях, отслуживших свой век светильников дневного света. Если ток нагрузки самодельного устройства не превышает 1 А, то это как раз то, что вам нужно.
Однако не все дроссели хорошо работают в роли трансформаторов. Мною опробованы десятки марок дросселей и признаны вполне пригодными на роль понижающих трансформаторов следующие типы дросселей: 1 УБЕ 40220-ВП-060-У4,1 УБЕ 40/220-ВП-063-У4,1 УБЕ 40/220-ВП-092-У4, 1 УБЕ 40/220-ВП-051 -Х/14. Может, есть еще и другие марки, но из многих опробованных, хорошими выходными показателями обладают только эти.
У каждого из вышеназванных дросселей своя конкретная схема подключения к сети и схема выходного напряжения (см. рис. 1.) Все они подключены к сети 220В через конденсатор типа МБМ емкостью 2 Мкф. и на напряжение не ниже 300 В.
Схемы подключения к сети
На рис. 1 на первом дросселе указаны полностью его паспортные данные, а на остальных — только последние две группы этих данных, так как все первые группы одинаковы для всех дросселей, указанных на рисунке, также эти данные можно найти на сайте www.easy-visa.ru.
Дроссель к сети подключается через предохранитель на 0,25А. И вообще приучите себя к тому, что всякую нагрузку в сеть надлежит включать через предохранитель. Теперь остается подключить низкое напряжение к регулятору согласно схеме (рис. 2), и вы получите регулируемый от 0 до необходимого стабилизированного напряжения постоянного тока.
Применение в схеме составного транзистора улучшает фильтрацию выходного напряжения от переменной составляющей, а так же не требует применения более мощного стабилитрона, так как по этой схеме стабилитрон малой мощности вполне обеспечивает по току и стабилизации опорное напряжение для управления маломощным транзистором VT1, который управляет более мощным выходным транзистором VT2.
При токе нагрузки до 1А включительно в качестве выпрямительного моста VD1-VD4 лучше применить компактные блоки типа КЦ: КЦ 410, КЦ 412 с любым буквенным индексом. Можно использовать и высоковольтные КЦ 402 (А, Б, В, Г, Д, Е), КЦ405 (А, Б, В, Г, Д, Е) или собрать мост на диодах, рассчитанных на напряжение не ниже 50В и на ток не менее 2А.
Выходной силовой транзистор VT2 надо брать на напряжение не ниже 35 В и на ток коллектора не менее ЗА, тогда отпадает необходимость в радиаторе для транзистора.
Оба транзистора должны быть или германиевыми или кремниевыми. Дело в том, что для работы кремниевых транзисторов требуется большее напряжение между базой и эмиттером. По этому, при использовании в схеме германиевых транзисторов, подходит стабилитрон Д814В, а для кремниевых — Д 814Г.
В схеме показано использование транзисторов структуры р-п-р. Однако с таким же успехом можно применить транзисторы структуры п-р-п. Только в этом случае понадобится изменить полярность подключения регулирующей части схемы к выпрямительному мосту, поменять полярность подключения конденсатора С1 и С2, а также изменить полярность включения стабилитрона VD 5. На выходе со схемы также поменяется полярность выходного напряжения.
Применение схемы с плавной бесступенчатой регулировкой выходного напряжения, оставляя его на выбранном значении стабилизированным, значительно упрощает конструкцию всего блока питания.
После изготовления блока питания на лицевой панели нужно отградуировать по контрольному вольтметру положение ручки переменного резистора на необходимые напряжения.
По указанной схеме можно изготовить и более мощный блок питания, подобрав для этого соответствующей мощности трансформатор с выходным напряжением около 35В, диоды и транзистор. Диоды и выходной транзистор возможно, понадобится поставить на теплоотводящий радиатор.
Катушку индуктивности, используемую для подавления помех, для сглаживания пульсаций тока, для накопления энергии в магнитном поле катушки или сердечника, для развязки частей схемы друг от друга по высокой частоте – называют дросселем или реактором (от нем. drosseln — ограничивать, глушить).
Таким образом, главное назначение дросселя в электрической схеме — задержать на себе ток определенного частотного диапазона или накапливать энергию за определенный период времени в магнитном поле.
Физически ток в катушке не может измениться мгновенно, на это требуется конечное время, – данное положение прямо следует из Правила Ленца. Если бы ток через катушку мог изменяться мгновенно, то на катушке при этом возникало бы бесконечное напряжение. Самоиндукция катушки при изменении тока сама формирует напряжение — ЭДС самоиндукции. Таким образом, дроссель задерживает ток.
Если необходимо подавить переменный компонент тока в цепи (а помехи или пульсации — это как раз пример переменной составляющей), то в такую цепь устанавливают дроссель — катушку индуктивности, обладающую для тока частоты помех значительным индуктивным сопротивлением. Пульсации в сети существенно снизятся, если на пути установлен дроссель. Таким же образом можно развязать или изолировать друг от друга сигналы различной частоты, действующие в цепи.
В радиотехнике, в электротехнике, в СВЧ-технике, – используются высокочастотные токи от единиц герц до гигагерц. Низкие частоты в пределах 20 кГц относятся к звуковым частотам, затем следует ультразвуковой диапазон – до 100 кГц, наконец диапазон ВЧ и СВЧ — выше 100 кГц, единицы, десятки и сотни МГц.
Низкочастотный дроссель похож с виду на железный трансформатор, с тем лишь отличием, что обмотка на нем всего одна. Катушка навита на сердечник из трансформаторной стали, пластины которого изолированы между собой дабы снизить вихревые токи. Такая катушка обладает высокой индуктивностью (более 1 Гн), она оказывает значительное противодействие любому изменению тока в электрической цепи, где она установлена: если ток резко стал убывать — катушка его поддерживает, если ток начал резко возрастать — катушка станет его ограничивать, не даст резко нарасти.
Одна из широчайших сфер применения дросселей — это высокочастотные схемы . Многослойные или однослойные катушки навиваются на ферритовые или стальные сердечники, либо используются совсем без ферромагнитных сердечников — просто пластмассовый каркас или только проволока. Если схема работает на волнах среднего и длинного диапазона, то возможно часто встретить секционную намотку.
Дроссель с ферромагнитным сердечником имеет меньшие габариты, чем дроссель без сердечника той же индуктивности. Для работы на высоких частотах используют сердечники ферритовые или из магнитодиэлектрических составов, отличающихся малой собственной емкостью. Такие дроссели способны работать в довольно широком диапазоне частот.
Как вы уже поняли, основной параметр дросселя — индуктивность, как и у любой катушки . Единица измерения данного параметра — генри, а обозначение – Гн. Следующий параметр — электрическое сопротивление (на постоянном токе), оно измеряется в омах (Ом).
Затем идут такие характеристики, как допустимое напряжение, номинальный подмагничивающий ток, и конечно добротность, – крайне важный параметр, особенно для колебательных контуров. Различные типы дросселей находят сегодня самое широкое применение для решения самых разнообразных инженерных задач.
Итак, по назначению электрические дроссели подразделяются на:
Дроссели переменного тока, работающие во вторичных импульсных источниках питания. Катушка накапливает энергию первичного источника питания в своем магнитном поле, затем отдает ее в нагрузку. Обратноходовые преобразователи, бустеры — в них используются дроссели, причем иногда с несколькими обмотками, как у трансформаторов. Аналогичным образом работает магнитный балласт люминесцентной лампы, служащий для ее розжига и поддержания номинального тока.
Дроссели для пуска двигателей – ограничители пусковых и тормозных токов. Это эффективнее, чем рассеивать мощность в форме тепла на резисторах. Для электроприводов мощностью до 30 кВт такой дроссель по внешнему виду напоминает трехфазный трансформатор (в трехфазных цепях используются трехфазные дроссели).
Дроссели насыщения, применяемые в стабилизаторах напряжения, и феррорезонансных преобразователях (трансформатор частично превращается в дроссель), а также в магнитных усилителях, где сердечник подмагничивается с целью изменения индуктивного сопротивления цепи.
Сглаживающие дроссели, применяемые в фильтрах для устранения пульсаций выпрямленного тока. Источники питания со сглаживающими дросселями были очень популярны в период расцвета ламповых усилителей из-за отсутствия конденсаторов с очень большой емкостью. Для сглаживания пульсаций после выпрямителя должны были использоваться именно дроссели.
