Дроссельная заслонка назначение конструкция принцип работы

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.

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.

Итогом их экспериментов и теоретических догадок стал труд Максвелла, создавшего теорию электромагнитных явлений в 1873 году. А через двадцать лет англичанин Томсон обнаружил частицу, участвующую в образовании электричества (электрон), положение которой в атомной структуре тела после указал Резерфорд.

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.

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.

ДПДЗ что это такое?

На прохождение электрического тока в итоге оказывают влияние три физические величины: сопротивление, индуктивность и ёмкость. Каждый радиоэлемент (не исключение и дроссель) обладает ими в какой-то мере.

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.

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.

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.

Из формулы видно, что чем больше будет ёмкость и частота тока, тем выше сопротивление элемента, а значит, имеющий большое ёмкостное сопротивление дроссель будет нагреваться. Значение ёмкости в дросселе зависит от размеров проводника и способа его укладки. При спиралевидной намотке между рядом лежащими кольцами возникает ёмкость, также влияющая на протекающий ток.

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.

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. 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.

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.

Читать далее:  Geely Emgrand GL 2018-2019 цена в России фото комплектации и характеристики отзывы

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.

Устройство и работа дроссельной заслонки

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.

Первый тип используется при создании изделий, предназначенных для работы на высоких частотах, при этом уменьшается значение паразитной ёмкости. Такая намотка может быть однослойной или многослойной, причем даже разного диаметра. В качестве материала для изготовления проводника используется медь.

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.

В системе создается пониженное давление, и его изменение зависит от того,
насколько у двигателя высоки обороты. В результате открывания дроссельная заслонка
регулирует приход воздуха и суммарный объём смеси, поступающие в цилиндры.
Когда ДЗ открывается, в коллектор приходит большее количество воздуха, а форсунки,
срабатывающие от сигналов устройства контроля, впрыскивают большее количество топлива.

блок дроссельной заслонки

В реальности ДЗ — это клапан, повышающий давление в системе до атмосферного,
когда он открыт, и понижающий до вакуума, когда закрыт.
Дроссельный узел устроен следующим образом: в корпусе-трубе смонтирована ось,
а за её середину крепится заслонка округлой формы. ДЗ вращается на оси от привода.
Поэтому поперечный разрез трубы, открытый для прохождения воздуха периодически возрастает и уменьшается.

В двигателях дизельного типа ДЗ отсутствуют. В них используется другой принцип – регулируемое поступление топлива.

В той конструкции, которая была изобретена для работы карбюраторных двигателей, привод ДЗ был механическим.
Ось приводилась в движение тросом, прикреплённым к педали акселератора.
Когда появились инжекторы, такая конструкция очень долго не претерпевала никаких изменений.
И когда конструкторы разработали привод с электрическим двигателем,
место педали заменила электронная система управления, которая подаёт в блок ДЗ управляющий сигнал.

Устройство дроссельного узла

ДЗ с механическим приводом довольно часто используется в недорогих авто, например,
автомобили выпусков до 2003 года. Механическая дроссельная заслонка проста и дешева в изготовлении,
и это гарантирует её применение почти уже 150 лет. Но современный электронный блок
уже не повинуется воле водителя в полном объем, подобно в случае с механической ДЗ.
Водитель может регулировать количество бензина и воздуха,
попадающих в двигатель при помощи несколько датчиков:

  • положения ДЗ;
  • положения педали газа;
  • датчик-выключатель на педалях сцепления и газа и т.п.

Датчики и устройство электронного контроля вместе с электроприводом ДЗ дают возможность
оптимально управлять расходом топлива в различных режимах движения,
а также и поддерживать на определённом уровне холостой ход двигателя.

  1. патрубок подвода охлаждающей жидкости;
  2. патрубок системы вентиляции картера; 
  3. патрубок отвода охлаждающей жидкости;
  4. датчик положения дроссельной заслонки;
  5. регулятор холостого хода;
  6. патрубок системы улавливания паров бензина;
  7. дроссельная заслонка.

Этот способ регулирования подачи воздуха применяется на карбюраторных автомобилях. Дроссельная заслонка и педаль газа имеют тесную связь, выполненную в виде металлического троса. Все элементы заслонки представляют собой единый блок, который включает в себя: регулятор холостого хода, датчик положения дроссельной заслонки, заслонка, закрепленная на специальном валу и корпус.

Корпус имеет отдельные патрубки для циркуляции системы охлаждения, которая подключается к системе охлаждения двигателя автомобиля. Также, встроена система вентиляции картера и улавливания паров бензина.

Регулятор холостого хода обеспечивает равномерное вращение коленчатого вала на время пуска двигателя и его прогрева, в то время как, дроссельная заслонка закрыта. В состав регулятора входит шаговый электродвигатель и специальный клапан. Они регулируют количество поступающего воздуха независимо от положения дроссельной заслонки.

В настоящее время, автомобили комплектуются дроссельной заслонкой со встроенным электродвигателем. Это позволяет достигнуть самого минимального расхода топлива и сделать управление автомобилем безопасным и экологичным.

Читать далее:  Автоэлектрика своими руками: ремонт и практические рекомендации специалистов

Среди особенностей электрической заслонки можно отметить полное отсутствие механической связи дросселя и педали газа, так как вместо троса, теперь, стоит электронный блок управления. Кроме того, регулировка холостого хода выполняется только дроссельной заслонкой.

Электронный блок сам подбирает частоту вращения коленчатого вала без участия водителя при любых режимах работы двигателя.

Сама дроссельная заслонка представляет собой круглую пластину, способную поворачиваться на 90 градусов вокруг своей оси (от полного закрытия до полного открытия). Устанавливается она внутри корпуса, там же размещается ее привод, регулятор холостого хода (РХХ) и датчик положения дроссельной заслонки.

Дроссельная заслонка назначение конструкция принцип работы

Устройство корпуса дроссельного узла не такое простое, как могло бы показаться на первый взгляд. Помимо всего прочего он является еще и частью системы охлаждения двигателя. В нем имеются каналы для циркуляции охлаждающей жидкости. Также он оснащен патрубками, один из которых связан с системой вентиляции картера двигателя, а второй – с системой улавливания паров бензина.

Дроссельная заслонка может иметь привод двух видов:

  1. механический, как у автомобилей ВАЗ-2109, ВАЗ-2110, ВАЗ-2114;
  2. электрический, который применяется на большинстве современных автомобилей.

Механический привод

У ВАЗ-2109, ВАЗ-2110 и других устаревших моделей Волжского автозавода дроссельная заслонка связана с педалью газа посредством стального троса. Механический привод имеет очень простое устройство и низкую стоимость, поэтому до сих пор применяется на многих недорогих автомобилях.

Электрический

Если дроссельная заслонка оснащена электрическим приводом, то прямой связи между ней и педалью газа нет. Принцип работы заслонки с электроприводом не меняется, но ее устройство намного сложнее. Упрощенно такой узел работает следующим образом. Силу нажатия на педаль газа регистрирует специальный датчик, который передает эту информацию блоку управления двигателем, угол открытия заслонки определяет датчик положения дроссельной заслонки, и также передает соответствующие сигналы блоку управления. Контроллер постоянно сравнивает эти значения и подает команды электродвигателю на увеличение или уменьшение угла открытия заслонки.

Главной отличительной особенностью дроссельной заслонки с электроприводом является отсутствие регулятора холостого хода. Когда мотор работает на холостых оборотах, дроссельная заслонка не закрывается полностью, угол ее открытия задается блоком управления в соответствии с параметрами работы силового агрегата.

Устройство и работа дроссельной заслонки

Датчики положения дроссельной заслонки выпускается в двух вариантах:

  • пленочно-резисторные,
  • бесконтактные.

Пленочно-резистивные ДПЗД имеют резистивные дорожки контактного типа, а бесконтактные датчики работают на основе магнитно-резисторного эффекта. Стоят они дороже, чем более простые пленочно-резисторные модели, однако и срок службы у них больше.

Дроссельная заслонка

Устанавливается датчик на оси дроссельной заслонки и в зависимости от положения педали «газа» изменяет выходное напряжение. Пока дроссельная заслонка закрыта, напряжение на выходе с ДПДЗ составляет не более 0,7 В. При нажатии на педаль ось дроссельной заслонки поворачивает ползунок датчика на определенный угол.

Далее напряжение попадает на контроллер, который производит корректировку подачи топливной смеси. ДПЗД и контроллер быстро реагируют на изменение положения педали «газа», точно дозируя поступающее топливо. Так достигается наиболее рациональный режим работы силового агрегата.

Термин «дроссель» происходит от немецкого слова drossel, что в переводе на русский язык означает «ограничитель». В электротехнике под ним понимается катушка индуктивности, обладающая большим сопротивлением току переменной частоты и практически не влияющая на постоянный ток.

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.

Дроссельная заслонка в карбюраторе

Дозирование топлива в карбюраторе производится на основе эффекта Вентури – поток с малой плотностью, но  высокой скоростью движения увлекает за собой более плотные частицы. Во время работы двигателя на холостых оборотах, наполнение цилиндров топливовоздушной смесью минимально. Движение воздуха через щель между заслонкой и корпусом карбюратора увлекает за собой топливо из поплавковой камеры.

Топливный жиклер ограничивает количество бензина, которое выходит к дроссельной заслонке и смешивается с воздухом. Когда водитель нажимает на педаль газа, сопротивление движению воздуха сокращается, скорость возрастает, это приводит к усилению влияния эффекта Вентури. Благодаря такой конструкции карбюратор при любом положении дроссельной заслонки обеспечивает равное соотношение топливовоздушной смеси.

В моновпрыске

По конструкции моновпрыск похож на карбюратор – топливовоздушная смесь образуется в смесительной камере. В отличие от карбюратора, состав смеси регулируется электроникой. Дроссельная заслонка регулирует количество воздуха, которое поступает в цилиндры. Датчики массового расхода воздуха (ДМРВ), положения дроссельной заслонки (ДПДЗ) и положения коленчатого вала (ДПКВ) поставляют контроллеру всю необходимую информацию для расчета количества топлива.

Читать далее:  Топливная система с насос-форсунками устройство и принцип работы

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. Виды дросселейМощность — 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

В принципиальных схемах и технической документации дроссели обозначаются латинской буквой L, условное графическое обозначение — в виде полуокружностей. Их количество нигде не указывается, но обычно не превышает трёх штук. Жирная точка, ставящаяся в начале полуокружностей, обозначает начало витков. Если индуктивность выполняется на каркасе, сверку изображения чертится прямая линия. Для обозначения номиналов элемента используется код из букв и цифр или цветовая маркировка.

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%.

Дроссельная заслонка назначение конструкция принцип работы

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.

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.

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.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
AutoJiza
Adblock
detector