Википедия гласит: Трансформатор (от лат. transformo — преобразовывать) — электрический аппарат, состоящий из набора индуктивно связанных обмоток на каком-либо магнитопроводе или без него и предназначенный для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем переменного тока в одну или несколько других систем переменного тока без изменения частоты систем(системы) переменного тока.
Ну, давайте по-порядку и с самого начала...
Если взять какой-нибудь металический стержень ( к примеру обыкновенный гвоздь или болт ), намотать на него несколько витков (желательно побольше!!) изолированного (!!!) провода и подать на концы этого провода электрический ток, то мы получим простейший электромагнит.
произошло это потому, что при прохождении электрического тока, в металическом стержне, (в электротехнике называемого сердечник или магнитопровод), образовалось электромагнитное поле.
На практике сердечники изготавливаются из ферромагнитных материалов или специальной трансформаторной магнитомягкой стали.
Если сердечник закольцевать (создать замкнутое магнитное поле, то, намотав дополнительную обмотку, мы получим на ней наведенное напряжение. В этом случае обмотка, на которую подаётся напряжение называют первичной, а откуда снимается напряжение называют вторичной. Причем если колличество витков во вторичной обмотке будет меньше, чем в первичной, то и снимаемое напряжение будет меньше и такой трансформатор называется понижающий. Точно так-же напряжение можно и повысить: необходимо намотать вторичную обмотку большим числом витков, нажели первичную.
Отношение напряжений между первичной и вторичной обмотками называют коэффициент трансформации.
Конструктивно многие трансформаторы имеют по нескольку вторичных обмоток с различными напряжениями.
Конструкция магнитопровода(сердечника) так-же бывает различных видов: Ш- образные пластины, П- образные и кольцевые (торроидальные). Для трансформаторов, работающих на высоких частотах, в качестве материала сердечника используется специальный материал: феррит.
Но, вернемся немного назад: к простейшему электромагниту... Итак: намотав на сердечник обмотку, простейший дроссель, то есть устройство, обладающее высоким сопротивлением к переменному току и низким к постоянному. Это свойство дросселя широко применяется в различных устройствах для фильтрации переменного напряжения, например, в фильтрах блоков питания.
Происходит это потому, что переменный ток, проходя через дроссель, образует в сердечнике электромагнитное поле, которое в свою очередь, способствует образованию противоположной силы: так назваемой электродвижущей силы (ЭДС) самоиндукции. И чем больше наведенная энергия (зависит от колличества витков и материала сердечника), тем выше будет наведенное поле и естественно ЭДС самоиндукции.
Этот параметр (сопротивление переменному току) назвали индуктивность. Обозначается он буквой L и измеряется он в Генри. На практике используется величина кратная: мили и микроГенри.
на схемах дроссель обозначается следующим образом:
Но и это еще не всё!! Если обмотку дросселя разместить на отдельном каркасе, сделать сердечник регулируемый и параллельно дросселю подключить конденсатор, то мы получим одно из самых распространённых в радиотехнике устройств: колебательный контур.
В электрических схемах среди других деталей используются катушки, намотанные изолированным проводом. В этой статье рассказывается, что такое дроссель, или катушка индуктивности, а также, как работает дроссель. Принцип действия Катушка индуктивности обладает сопротивлением переменному току, причем, чем выше частота тока, тем выше сопротивление. Ток, текущий через обмотку, вследствие законов Ленца и электромагнитной самоиндукции, не может измениться мгновенно. Это основной принцип работы дросселя. Чем выше скорость изменения тока, тем выше ЭДС, наводимая в катушке. При разрыве цепи с мгновенным исчезновением тока, идущего через обмотку, ЭДС стремиться к бесконечности. На практике напряжение на разрыве цепи или концах катушки достигает нескольких киловольт, что может привести к пробою изоляции или выгоранию контактов. На этом принципе основана работа автомобильного зажигания. Ток и напряжение Изменение величины переменного напряжения на экране осциллографа выглядит как синусоида. Если оно не строго синусоидальной формы, то его можно разложить на сумму синусоидальных колебаний различной частоты. При росте напряжения происходит индуцирование тока в обмотке, поэтому он отстаёт от напряжения. Во второй фазе при уменьшении напряжения он также уменьшается с опозданием. Это связано с наличием магнитного поля, согласно закону самоиндукции, противодействующему изменениям тока, текущего через обмотку. Отставание тока от напряжения можно увидеть на экране двулучевого осциллографа. Таким образом, индуктивность оказывает сопротивление переменному току, причём тем выше, чем выше его частота. Ток отстаёт от напряжения В отличие от обычного резистора, имеющего активное сопротивление и выделяющего при работе тепло, катушка индуктивности имеет индуктивное сопротивление. Избыточная энергия превращается в ЭДС самоиндукции, направленной встречно приложенному напряжению. Для увеличения магнитного потока и индуктивности обмотки её наматывают на сердечнике разной формы из различных материалов. Устройство катушки индуктивности Дроссель – это катушка, имеющая некоторое количество витков из изолированного провода. Изоляция необходима, чтобы ток шёл по всему проводу последовательно, создавая при этом магнитное поле. Обмотка может быть намотана на магнитопроводе или без него. Это зависит от назначения устройства. Его форма может быть квадратной, Ш-образной или тороидальной. Материал зависит от частоты напряжения. Работающее устройство иногда издаёт гул с частотой напряжения питания. На электронных платах такие элементы имеют корпус SMD. Так же устроен элемент R68.
Низкочастотные устройства Обмотки этих приборов наматываются на сердечник, собранный из пластин, изготовленных из трансформаторной стали. Пластины покрываются лаком для изоляции друг от друга. Переменное магнитное поле наводит ЭДС в магнитопроводе, из-за чего потери на нагрев становятся неоправданно большими. Для того чтобы их уменьшить, голые пластины, а также сердечник из цельного металла не используются. Внешне такое устройство похоже на трансформатор. Обмотка может быть намотана совсем без сердечника. Такие приборы используются для ограничения тока короткого замыкания.
Высокочастотные элементы Катушки, предназначенные для работы в сетях высокой частоты, мотаются на стальные ферритовые сердечники, а также совсем без них. Намотка встречаются однослойная и многослойная, одно,- и многосекционная. Внешне могут быть похожи на трансформатор, резистор или конденсатор с соответствующей маркировкой.
Применение катушки индуктивности
Токоограничивающие приборы В катушках индуктивности избыточная энергия превращается в ЭДС. Поэтому, в отличие от обычных резисторов, они меньше по размеру и не требуют охлаждения. Их используют: Для ограничения тока короткого замыкания – наматываются без сердечника. Их индуктивное сопротивление невелико, однако при КЗ каждая десятая часть Ома имеет значение для увеличения токоограничивающего эффекта; Для запуска электродвигателей большой мощности, где подключаются на время пуска. После запуска закорачиваются специальным пускателем; В лампах ДРЛ, ДНаТ (дуговых натриевых трубчатых) и пусковой аппаратуре люминесцентных ламп. Дроссель днат должен соответствовать по мощности лампе. Вместо дросселя в лампе ДРЛ 250 или ДРЛ 400 может использоваться встроенное сопротивление. Дросселя для люминесцентных ламп
Сейчас вместо старой пусковой аппаратуры люминесцентные лампы включаются через электронный дроссель. Вместо него можно использовать электронный дроссель от сгоревшей энергосберегающей лампы такой же или большей мощности. Катушки насыщения При росте тока, протекающего через обмотки, магнитопровод насыщается магнитным полем, и свыше определённой величины сопротивление не растёт. Раньше использовались в стабилизаторах напряжения. Сейчас в этом нет необходимости – используются электронные схемы.
Сглаживающие фильтры Предназначены для устранения пульсаций выпрямленного переменного напряжения. Использовались в транзисторных блоках питания и сварочных трансформаторах. Сегодня вместо катушки блоки питания используют электронные схемы. Их называют «электронный дроссель». Используется электронный дроссель аналогично обычному. «Бочонок» на USB-кабеле – это тоже катушка с ферритовым сердечником и одним витком обмотки. В электронных схемах для этих целей используются малогабаритные элементы, например, R68.
Магнитные усилители (МУ) До появления тиристорных систем управления электродвигателями использовались магнитные усилители – МУ. В них сердечник из трансформаторной стали намагничивался постоянным током дополнительной обмоткой. Таких обмоток могло быть несколько. Это приводило к насыщению железа магнитным полем, изменению индуктивного сопротивления и тока в основной обмотке. После появления тиристоров такие устройства вышли из применения. Магнитный усилитель
Резонансный контур При включении катушки индуктивности параллельно с конденсатором получившаяся цепь будет иметь минимальное сопротивление на определённой частоте. Такие схемы используются в радиоприёмниках.
Элементы электронных схем и компьютерных плат На платах катушки индуктивности, такие, как R68, используются для выделения сигналов определённой частоты, защите от помех и отделении частей схемы друг от друга.
Маркировка малогабаритных устройств Что такое мини катушка Тесла На деталях небольшого размера, используемых в электронной технике, недостаточно места для нанесения надписей, указывающих номинальные характеристики устройства. Поэтому используется специальная цветовая маркировка дросселей. По этой кодировке при помощи онлайн-калькуляторов можно узнать параметры элемента. Цветовая кодировка состоит из 3 или 4 колец, нанесённых на корпус. По первым двум кольцам видна индуктивность элемента в миллигенри, следующее – показывает множитель, на который необходимо умножить первое число, а четвёртое – допустимое отклонение реальной индуктивности от номинала. Если колец всего три, то отклонение составляет 20%. Первое кольцо обычно шире остальных. Цветовая маркировка дросселей Например, на корпусе следующие полосы: коричневый – 1; жёлтый – 4; оранжевый – 1mH; серебряный – допуск 10%. Таким образом, номинал этого элемента составляет 14 mH с допуском 10%. Катушка индуктивности как электрический прибор и принцип её действия известны много десятков лет. Но без устройств разных типов и номиналов, использующихся в самых разных местах, невозможно существование ни электротехники, ни электроники, в том числе компьютерной техники. Видео
Электрический дроссель - принцип работы и примеры использования
Электрический дроссель 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.
Применение дросселей
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.
