Измерения тока насыщения сердечника катушки – Точка G насыщения у катушек индуктивности и импульсных трансформаторов. Измерение насыщения феррита-SubAMP Power Amplifier

Измеритель тока насыщения катушек индуктивности

Доброго времени суток, уважаемое Сообщество!
Часто в практике построения разного рода преобразователей используются дроссели. И практически всегда к ним, кроме прочего, предъявляется одно важное требование: они не должны входить в насыщение. Хорошо, если дроссель покупной и заранее известны его параметры (но и им не всегда можно верить). А если он самодельный? А если это дроссель/трансформатор для флайбека/полумоста или ещё чего? В таком случае может помочь несложная приставка к осциллографу, позволяющая измерить ток насыщения той или иной катушки индуктивности с магнитопроводом. Сразу оговорюсь, конструкция не новая, разработка не моя, и на авторство не претендую, но некоторые доработки в исходные схемы всё же внёс. У кого появился интерес – добро пожаловать под кат.

Прототипами для создания схемы послужили схемы из журнала Схемотехника за 2002 год, №6, стр. 7 и отсюда
Получился некий симбиоз двух схем:

Кратко о самой схеме. На DD1, R3-R5, C1, VD1 собран стандартный генератор прямоугольных импульсов. При указанных номиналах период составляет 10 мс, длительность импульса в зависимости от положения движка R5 10…300 мкс. Генератор может быть собран, например на NE555. На VT1, R1, R2 собрана защита по току, которая прерывает импульс, как только ток через индуктивность превысит значение около 6А. Если перемычка XS1 снята, защита отключается и тут уже надо быть внимательным, чтобы ничего не сжечь. Через розетку XP1 выводится сигнал синхронизации для осциллографа (впрочем, как показала практика, он практически не нужен – мой С1-94 спокойно синхронизируется по самому сигналу с датчика тока). На VT2, VT3 собран драйвер затвора VT4. Отдельно хочется сказать о транзисторах 8050. У нас на рынке (Минск, Ждановичи) попадаются транзисторы с маркировкой S8050 и HE8050 и что самое гадкое, они имеют разную цоколёвку, так что будьте внимательны. Сигнал для осциллографа снимается с шунта 0,1 Ом 1% (выход, соответственно, 0,1В/А). Диод VD3 «принимает» на себя энергию, запасённую в катушке, когда транзистор закрывается. Диод VD2 служит для отфильтровывания питания для цифровой части.

Конденсаторы С5-С7 являются накопительными, именно благодаря им можно «вкачивать» в индуктивность большие токи, питаясь при этом от маломощного источника. С5 обязателен, ибо электролиты не выдержат таких токов и долго не проживут, а керамика имеет весьма низкое ЭПС. Конденсаторы так же желательно LowESR.

Методика работы проста. Подключаем осциллограф, исследуемую индуктивность, регулятор длительности импульса заводим в минимум, перемычку ограничения тока на уровне 6А ставим. Подключаем питание. От катушки может послышаться 100 Гц гудение, особенно, если она не залита лаком. На осциллографе мы должны наблюдать линейно нарастающее напряжение (примеры ниже). Плавно увеличиваем длительность импульса, и, соответственно, максимальный ток. Как только осциллограмма начнёт загибаться вверх – вот она – граница перехода в насыщение. Значит при токе выше этого эксплуатировать индуктивность уже нельзя.

Трассировка платы:

Фото собранной платы:

Выводные компоненты использованы потому, что а) их тоже надо куда-то девать; б) задача миниатюризации не ставилась.

Практика использования показала, что в течение небольшого времени с приставки можно снимать до 45А. Доказательством тому служит осциллограмма, снятая с ДГС и блока питания АТХ (индуктивность обмотки около 50 мкГн):



10А/дел.

Видно, что чёткой границы насыщения нет. При этом транзистор начинает греться, да и падение на шунте становится неприлично большим – 4,5В, что транзистору никак не помогает – уменьшается напряжение исток-затвор. Так что такие измерения (при больших токах) проводить нужно очень кратковременно.

Вот другой дроссель (намотанный на гантельке диаметром 9 мм (500 мкГн):


1А/дел.

Пока осциллограмма линейна – дроссель можно использовать. Как только она начинает загибаться вверх – магнитопровод входит в насыщение – такого режима следует избегать. Здесь насыщение происходит при токе чуть более 1А.

Также необходимо отметить, что при помощи этой приставки можно приблизительно измерять индуктивность. Для этого существует предельно простая формула:


где Uпит – напряжения питания, ΔI – приращение тока за время Δt. Напряжение в вольтах, ток в амперах, время в микросекундах – ответ получим в микрогенри.

Разумеется, такие измерения следует проводить только на линейной части осциллограммы.

В корпус приставку устанавливать не планируется. Только сделаю «поддон» из нефольгированного стеклотекстолита или оргстекла, чтоб случайно его на что-нибудь металлическое не положить.

Проект был создан в Altium Designer, файл PDF со схемой, общим видом, проводящим рисунком и шелкографией прикладываю.

На сим всё, спасибо за внимание)

we.easyelectronics.ru

Определение тока насыщения катушек индуктивности с магнитопроводами

Измерительная техника

Главная  Радиолюбителю  Измерительная техника


При разработке и изготовлении катушек индуктивности, импульсных трансформаторов возникает вопрос об их пригодности для работы в конкретных условиях. Обусловлено это тем, что параметры применяемых магнитопроводов зачастую точно неизвестны. В результате возможна ситуация, когда материал магнитопровода трансформатора входит в насыщение, что снижает КПД источника питания или выводит его из строя. Для катушек индуктивности (дросселей) это приводит с существенному уменьшению индуктивности с вытекающими из этого последствиями. Авторы предлагают устройство, позволяющее проводить проверку таких элементов на возможность их работы в конкретных условиях.

Устройство предназначено для определения тока катушек индуктивности (дросселей) или обмоток импульсных трансформаторов с ферромагнитными, альсиферовыми сердечниками, при котором наступает насыщение материала магнитопровода. Хотя существуют различные рекомендации по расчету и изготовлению таких элементов, но, не зная реальных параметров магнитопровода (особенно с немагнитным зазором), трудно получить желаемый результат или определить возможность их применения в конкретном устройстве.


Рис. 1

Схема устройства показана на рис. 1. В его состав входят генератор импульсов на логических элементах DD1.1-DD1.6, буферный каскад на транзисторах VT1, VT2, мощный полевой переключательный транзистор VT3 и датчик тока на резисторе R8. Буферный каскад обеспечивает быструю зарядку и разрядку емкости затвор-исток транзистора VT3, диод VD4 служит для ограничения выбросов напряжения на проверяемой катушке индуктивности. В генераторе импульсов реализована раздельная регулировка резисторами R4 и R5 длительности импульсов и периода их следования соответственно. Длительность импульсов изменяют в пределах 6…60 мкс на одном диапазо не и 60…600 мкс на другом. Период повторения можно изменять в пределах 0,2…2 мс и 2…20 мс соответственно. Диапазоны переключают выключателем SA1. Напряжение питания поступает на генератор импульсов через диод VD3 и сглаживается конденсатором СЗ, что снижает влияние на его работу помех, возникающих в цепи питания устройства при протекании импульсных токов. В цепь истока транзистора VT3 установлен низкоомный резистор R8, падение напряжения на котором пропорционально току, протекающему через этот транзистор и проверяемую катушку индуктивности «Lх». Напряжение подают на вход осциллографа, на экране которого контролируют его форму.

Рис. 2

Первоначально на первом диапазоне устанавливают минимальную длительность импульсов при максимальной скважности (максимальном периоде следования). Большая скважность позволяет уменьшить среднюю рассеиваемую мощность на транзисторе VT3, а также использовать менее мощный источник питания, поскольку импульсный ток обеспечивают конденсаторы С4, С5. К гнездам XS2 подсоединяют осциллограф, к гнездам XS1 — проверяемую катушку индуктивности и подают питающее напряжение (10…15 В). На экране осциллографа необходимо получить осциллограмму, соответствующую рис. 2. Если яркость изображения на экране осциллографа будет недостаточной, резистором R5 следует уменьшить период следования импульсов. Но увлекаться этим не следует, поскольку это приведет к увеличению потребляемого тока и нагреву транзистора VT3.

Рис. 3

Затем длительность импульса следует плавно увеличивать до тех пор, пока линейное увеличение напряжения не перейдет в нелинейное (рис. 3), а точка Un будет определять ток, при котором происходит насыщение материала магнитопровода: Ihac = Un/0,2. Если на первом диапазоне точки Un достичь не удалось, включают второй диапазон генератора.

Следует отметить, что максимально допустимая длительность импульса напряжения на катушке индуктивности tn в точке Un обрат-нопропорциональна напряжению этого импульса. Например, если в устройстве при напряжении питания 15 В проверяют импульсный трансформатор и насыщение наступает при длительности импульса tn = 300 мкс, то в сетевом импульсном блоке питания при напряжении питания 300 В длительность импульса должна быть в 20 раз меньше: tn


Рис. 4

Конструкция и детали. Все детали смонтированы на плате из односторонне фольгированного стеклотекстолита, ее чертеж показан на рис. 4. Плату размещают в корпусе из изоляционного материала, на стенках которого устанавливают гнезда для подключения осциллографа, катушки индуктивности (можно применить зажимы «крокодил»), выключатель и переменные резисторы. В устройстве применены переменные резисторы СП, СПО, СП-4, резистор R8 — С5-16МВ-2Вт, остальные — МЛТ, С2-33. Конденсаторы С4, С5 — К50-24, СЗ — К50-35 или аналогичные импортные, С1, С2 — К73-9, К73-24, К10-17. Диоды КД510А заменимы импульсными маломощными серий КД503, КД521, КД522 с любыми буквенными индексами, диод FR801 можно заменить на FR802, FR803, HER801, транзистор IRFZ44N — на IRFZ48N, транзисторы КТ3117А, КТ313А — соответственно на КТ698 и КТ6127 с любыми буквенными индексами.

Для питания устройства используют стабилизированный источник питания с защитой по току и выходным напряжением 10… 15 В при токе до 1 А. Налаживание сводится к проверке работоспособности генератора и при желании — градуировке шкал переменных резисторов. Практическая польза от проведенных измерений состоит в том, что можно упростить расчеты, которые дают приближенные результаты и требуют экспериментальной проверки, и получить конкретные результаты, более совместимые с решаемой задачей.

Автор: Ю. Гумеров, А. Зуев, г. Ульяновск

Дата публикации: 24.12.2007

Рекомендуем к данному материалу …

Мнения читателей
  • Алексей / 28.08.2018 — 17:47
    Собрал сие устройство. Не могу понять почему по питанию «звенит». Эта помеха лезет в измеряемый сигнал. Два всплеска, в начале и в конце треугольника. При установленной перемычке импульс не регулируется. Подскажите с чем это может быть связано. А так в принципе работает.
  • Юрий / 30.01.2018 — 04:05
    извините, в 10/2007,статья в 8/2007
  • Юрий / 30.01.2018 — 04:03
    в радио 8/2012 указано С1 4700пф
  • Дмитрий / 24.10.2015 — 21:10
    Датчик тока лучше уменьшить до 0,1Ом — пересчёт падения в ток упростится: 0,1В=>1А.
  • Smelter / 15.03.2015 — 01:17
    Почтение, уважение и всевозможные плюшки авторам! Мегадевайс – в золотой фонд радиолюбителя!
  • Валерий / 05.01.2015 — 07:21
    Все работает, только не понял, как измеряется ток через индуктивность. Почему R8 = 0,2 ом. Как это можно посчитать?
  • Jessalyn / 14.12.2011 — 07:03
    How could any of this be betetr stated? It couldn’t.
  • Анатолий / 14.01.2010 — 20:10
    Емкость C1 определилась при настройке устройства, у меня она составляет 4700 пФ.
  • Машка / 08.12.2009 — 04:01
    курсовая мне нужна на эту тему
  • Александр / 02.02.2009 — 08:24
    Не указана ёмкость конденсатора С1

Вы можете оставить свой комментарий, мнение или вопрос по приведенному вышематериалу:

www.radioradar.net

Точка G насыщения у катушек индуктивности и импульсных трансформаторов. Измерение насыщения феррита-SubAMP Power Amplifier

 

Имеем любую индуктивность или катушку, у которой нужно померять точку насыщения. Как знаем, эту точку превышать в полупроводниковых устройствах нежелательно, иначе БА-БАХ!!!

Берем любой большой электроЛИТР на несколько тысяч микрофарад, заряжаем его до ненулевого напряжения, примерно до 10-50V (Не критично, лишь бы развить ток на внутреннем сопротивлении катушки).

Последовательно с исследуемой катушкой втыкаем малоиндуктивный низкоомный резистор, пусть это будет 0.1 Ohm 5W (выше крыши хватает для многих измерений).

Осциллограф соединяем так:

 

Осциллограф ставим в ждущий режим с синхронизацией по фронту.

Затем разряжаем кондюк на эту всю гирлянду. Смотрим на экран- видим получившейся импульс тока через катушку индуктивности.

Феррит, как женщина- сначала сопротивляется, потом нет.

Вот этот момент окончания сопротивления взлетающему току надо уловить.

  • Перегиб бывает плавный, особенно у металлопорошковых индукторов,
  • и резкий, как у высокоиндуктивных замкнутых ферритов.

Надо уловить выход из линейного режима подьема/спуска тока. И вычесть небольшой запас на температурные колебания и разброс.

Все, это и будет долговременный рабочий ток при данной температуре, при котором индуктивность не насыщается.

 

Можно проверять таким образом и трансфматоры, но аккуратнее с повышающей вторичной обмоткой, может очень екнуть, это жизнеопасно. Смотрите внимательно!

Если с первого раза не получилось, пробуем еще- попыток много, резюк мощный.

Нет насыщения у мощных индуктивностей — приподнимайте импульсный ток увеличением напряжения.

 

Какие могут быть нюансы:

  • На малогабаритных индуктивностях и особенно замкнутых уровень насыщения обычно низок, и нужно не качат до дури ток, а растянуть осциллогамму по высоте.

  • Для высокочастотных инлуктивностей использовать соответствующие высокочастотные конденсаторы малой емкости с малыми паразитными параметрами, например SMD 1uF, продаются в любом радиоларьке и в инете горами, или выковыриваются из любой современной сломанной аппаратуры.

  • Допустимый долговременный ток через катушку индуктивности нужно брать с запасом на температуру от точки перегиба кривой. Нужно учитывать, что многие ферриты плывут от температуры сильно не в нужную сторону.

 

Феррит очень сильно зависти от температуры! Очень- очень сильно!

Вот мы промеряли небольшую типовую индуктивность с максимальным током 400mA при 25C (комнатная температура).

При нагреве самого феррита до 130C максимальный ненасыщаемый ток упал до 100 mA, а при 150C вообще исчез и индуктор стал работать как обычная воздушная катушка с малой индуктивностью. При чем назад она не вернулась! Индуктивность ферритаисчезла и похоже навсегда. Мы так 2 катушки уничтожили, одну я думал мож глюк какой, так и было, оказалось и правда феррит пропал.

В те нате хрен в томате. И это теперь надо учитывать. Надеюсь, металлопорошок не так быстро глохнет.

Вот примеры измерения разных катушек.

 






 

Катушки с большим количеством витков и небольшим ферритом ведут себя почти линейно по насыщению, т.е. заметен перегиб, но по углу очень маленький. Угол, а значит и индуктивность, почти не меняется. Обмотка слишком огромная для такого маленького феррита, и она почти его не замечает и проскакивает его насыщение почти без изменения.

Работает практически одна воздушная катушка индуктивности.

Вот пример

 

 

Датчик в данном случае 1 Ohm индуктивностью 100nH, измеренная этим прибором. Значит, напряжение на осциллографе численно равно току.

Вообще индуктивность нам нужна, чтобы сглаживать ток. А сглаживать -значит фильтровать. А фильтровать нужно low pass фильтром. А низкочастотный фильтр возникает не из чистой индуктивности (один индуктор сам по себе вовсе не фильтр), а из совмещения L + (C или R). При большом выходном напряжении,т.е. при большом выходном сопротивлении полоса фильтра растет по частоте, и фильтрация ухудшается. Индуктор становится при деле, т.к. напряжение с обоих концом большое и значит разница малая и ему мало достается. Самое лучшее для него- максимально низкоомная нагрузка.

 

Как и для любого РЕАЛЬНОГО источника тока.

 

  • Зависимость точки насыщения от индуктивности обнаружена обратно линейная.

  • Для увеличения точки насыщения индуктивности в 2 раза надо либо увеличить обьем феррита в 2 раза (индуктивность подскочит в 2 раза), либо уменьшить индуктивность в 2 раза отмоткой провода. При этом повысить частоту в 2 раза я сохранения того же уровня пульсаций.

 

Хочется уже воздушную катушку намотать, чтобы не мучаться с этим ферритом. Типа такой. Но с ферритами компактнее однозначно.

subamp.ru

Насыщение ферритового сердечника — торроидального и Ш-образного. Онлайн калькуляторы.

Итак, мы решили поразвлечься и всерьёз сваять что-нибудь стоящее своими руками, как то: индуктивный фильтр для блока питания,
дроссель для усилительного каскада, выходной трансформатор для однотактного УНЧ, или фиг его знает — чего ещё похуже…


Что объединяет этих жертв нашего волеизъявления?

Каждое из перечисленных моточных изделий содержит магнитомягкий магнитопровод, и через каждое из них протекает
постоянный ток. И если к переменному току, даже значительных величин, магнитопровод относится
сдержанно-положительно, то к постоянке питает явную антипатию и может резко войти в насыщение от её переизбытка.

При насыщении сердечника его относительная магнитная проницаемость резко уменьшается, что влечёт за собой пропорциональное
уменьшение индуктивности изделия.

На этой странице порассуждаем о тороидальных магнитопроводах из ферритов, распылённого железа, электротехнической стали и
их способности противостоять постоянному току.

Для наглядности рассмотрим график зависимости B от H,
называемый петлёй гистерезиса, для распространённого, где-то даже народного,
феррита марки N87 фирмы EPCOS.



Здесь:
H — напряжённость магнитного поля, а
B — магнитная индукция в сердечнике.

Зависимость приведена при температуре изделия +25 гр.С.

Интересующие нас параметры из datasheet-а производителя:

Начальная магнитная проницаемость —
µ = 2200,

Магнитная индукция насыщения при H=1200 А/м  — 
Bнас = 0,490 Т.

Если внимательно присмотреться к графику, то легко заметить, что в области малых и средних индукций зависимость практически
линейна и её наклон примерно равен µ. Именно на этот участок в большинстве случаев и должен
приходиться диапазон рабочих индукций.

При дальнейшем повышении напря- жённости магнитного поля магнитная проницаемость начинает быстро падать, пока не наступает момент,
при котором дальнейший рост магнитной индукции в сердечнике стопорится на определённой величине.
В спецификациях это величина приводится, как значение магнитной индукции насыщения — Bнас,
или Bs, т.е. величина, при которой значение магнитной проницаемости падает до неприлично
малых значений.

Так что давайте без лишних прелюдий и телодвижений сделаем фундаментальный вывод — для нормальной работы катушки, намотанной
на магнитопроводе,
рабочие значения магнитной индукция в сердечнике не должны превышать величину 0,75 — 0,8 от значения справочной характеристики
Bнас (Bs).

Переходим к незамысловатым формулам!

Магнитная индукция в сердечнике равна:
B = µ×µ0×n×I/l, где:
µ — магнитная проницаемость сердечника,
µ0 = 4π×10-7 (Гн/м) — физическая константа, называемая магнитной постоянной,
n — количество витков обмотки,
I — ток в обмотке,
l — средняя длина магнитного контура.

Поскольку рабочий режим магнитопровода мы выбираем в линейной области петли гестерезиса, то в
качестве значения µ можно использовать паспортную характеристику начальной магнитной
проницаемости сердечника.

Теперь можно рисовать калькулятор для расчёта магнитной индукции в катушке с учетом выбранного типа сердечника и конкретного количества
витков обмотки.

Для удобства восприятия, помещу сюда и значение индуктивности полученного моточного изделия. Формулы для вычислений этого параметра
выглядят следующим образом:
L=0,0002×µ×h×n2×ln(Dвнешн/Dвнутр)
  при соблюдении условия 
Dвнешн/Dвнутр>1,75,
L=0,0004×µ×h×n2×(Dвнешн-Dвнутр)/(Dвнешн+Dвнутр)
  при 
Dвнешн/Dвнутр

ТАБЛИЦА РАСЧЁТА МАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ В КАТУШКЕ С ТОРОИДАЛЬНЫМ СЕРДЕЧНИКОМ.

Увы, но значительных токов через катушки на ферритовых кольцах, или торах из трансформаторной стали нам пропустить не удастся —
нужны танцы с бубнами в виде немагнитных воздушных зазоров.

Другое дело — сердечники из распылённого железа, представляющие собой магнитопровод с немагнитными зазорами, технологически
распределёнными по всему объёму магнитопровода. Их очевидный плюс — высокая индукция насыщения, минус — малые величины магнитной
проницаемости.

В связи с этим, в некоторых случаях (в основном на низких частотах) предпочтительным является использование именно сердечников
из ферритов (или железа) с пропилом для создания малого воздушного зазора.
Данная мера позволяет в значительной мере увеличить величину допустимых токов через катушку без ввода магнитопровода в режим насыщения.
Длина этого воздушного зазора позволяет регулировать как величину
максимально-допустимой напряжённости магнитного поля в сердечнике, так и параметр изменившейся магнитной проницаемости, называемой
эквивалентной магнитной проницаемостью сердечника с зазором — µэф. Значение этого
параметра вычисляется по формуле:
µэф = µ/(1+lз×µ/l), где:
µ — начальная магнитная проницаемость сердечника,
l — средняя длина магнитного контура,
lз — длина воздушного зазора (толщина пропила).

Давайте посчитаем этот параметр.

РАСЧЁТ ЭКВИВАЛЕНТНОЙ МАГНИТНОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ СЕРДЕЧНИКА С ЗАЗОРОМ.

Таблица даёт приблизительную, но, в большинстве своём, приемлемую точность расчёта при величинах длины воздушного зазора 0,2-2 мм.

Для Ш-образных сердечников в качестве внутреннего и внешнего диаметров следует вводить справочную характеристику длины магнитного
контура le.

Определив ниже магнитную проницаемость сердечника с зазором, следует ввести это значение в предыдущий
калькулятор и заново произвести вычисления магнитной индукции и индуктивности катушки.

Для наглядности приведу два графика петли гистерезиса Ш-образного ферритового сердечника марки N87 без немагнитного
воздушного зазора и с зазором около 1 мм. Феррит ETD 59/31/22, достаточно крупный, с средней длиной магнитного контура
le = 139 мм.


Механизмы влияния зазора у Ш-образных и тороидальных сердечников абсолютно идентичны.

Эквивалентная магнитная проницаемость сердечника с зазором уменьшилась и составила величину 160 единиц.
Соответственно, уменьшился и наклон петли, позволяя сердечнику работать при гораздо больших значениях напряжённости
магнитного поля вдали от области магнитной индукции насыщения сердечника.

А учитывая то, что значение напряжённости H прямо пропорционально, протекающему через
катушку току, можно с уверенностью сказать, что область безопасных индукций теперь соответствует более чем на порядок большим токам
в обмотке.

Линейная область петли гистерезиса также заметно увеличилась, что позволяет увеличить максимальные рабочие значения магнитной индукция
в сердечнике вплоть до 0,85-0,9 от значения справочной характеристики Bнас (Bs).








 

vpayaem.ru

Экспериментальное определение параметров сердечника. — Рождённый с паяльником

Начну с описания для чего это надо.

В радиолюбительской практике не редки случаи добывания деталей из старых изделий ( со «свалки» ). И, если мы изъяли сердечник из какой-нибудь старой катушки или трансформатора и не нашли никаких опознавательных надписей, так как нам произвести расчет? Или же вы никак не можете воспользоваться типовыми формулами для расчета параметров катушек или трансформаторов. Также, описанная ниже методика, в некоторых случаях может упростить разработку нового дросселя или трансформатора.

Итак, приступим.

 

Мотаем любое число витков на интересующий вас сердечник.

Изготавливаем макетик по приведенной ниже схеме.

 

Напряжение питания может быть произвольным, но для начала лучше выбрать из диапазона 5-12 В.

Сигнал с генератора должен быть прямоугольной формы и иметь скважность не менее 50 (при питании <= 12В), т.е. длительность импульса в 50 раз меньше периода повторения импульсов.

Диод и транзистор выбираются по максимальным значениям тока в дросселе. Но так как мы изначально не знаем какими эти значения могут быть, поэтому можно выбрать ампер на 5-10.

С помощью этого макетика мы будем контролировать ток через дроссель на резисторе R3.

Собираем макет, подключает дроссель, генератор, осциллограф, источник питания и начинаем наблюдать форму тока.

Вот такая форма должна быть при отсутствии насыщения сердечника дросселя.

 

А вот такая при насыщении

 

Теперь подбираем длительность импульса с генератора так, чтобы оказаться на границе насыщения.

 

Записываем получившиеся значения длительности импульса, амплитуду тока, напряжение питания и пробное количество витком W1.

 

Теперь можно получить коэффициент, выраженный в Ампер-Витках, при котором наш сердечник будет входить в насыщение.

Этот параметр является постоянным для данного типа и размера сердечника. А  с увеличением площади сечения сердечника (при постоянстве типа материала) будет увеличиваться пропорционально.

 

Еще из полученных результатов мы можем определить получившуюся индуктивность по следующей формуле:

L=U*t/I, где

 

U – напряжение питания,

t – длительность импульса,

I – амплитуда тока через дроссель.

 

Теперь как использовать получившиеся данные.

 

Предположим мы разрабатываем дроссель для повышающего однотактного  обратноходового преобразователя. Задались входным, выходным напряжением и максимальным током нагрузки. По этим данным определили индуктивность дросселя. И теперь хотим применить имеющийся сердечник. Для этого надо посчитать какое число витков требуется намотать на наш сердечник для получения вычисленной индуктивности. Для этого нам помогут полученные при эксперименте цифры. Вычисляем отношение рассчитанной и экспериментально полученной индуктивности dL. А, зная, что индуктивность пропорционально квадрату числу витков, можно подсчитать необходимое количество витков W.

 

W=W1*sqrt(dL)

 

Осталось проверить будет ли насыщаться наш сердечник.

Умножаем полученное число витком на амплитуду тока в дросселе. И если это число превышает число, полученное при эксперименте на макете, то такой сердечник не подойдет.

Что можно сделать. Взять два точно таких же сердечника. Тогда его «Ампер-Витки» увеличатся вдвое.

 

Ну вот, вроде бы и все.
С уважением, Дмитрий (http://microkontroller.ru)

Удачи !!!

ru-radio-electr.livejournal.com

Экспериментальное определение индукции насыщения и напряженности поля магнитопровода

Пожалуй, самым простым способом измерения индукции насыщения будет применения специального прибора – тесламетра. Тесламетры выпускаемые промышленностью используют для измерений принципы преобразователя Холла, ядерного магнитного резонанса, баллистического гальванометра и других способов. Но такие приборы имеют один существенный недостаток – цена. К тому же они довольно дефицитные и встречаются довольно редко. Именно поэтому позволить использовать тесламетр могут себе не все, кто занимается разработкой электронных систем. Довольно часто применяют другой метод измерения – не требующий наличия тесламетра.

Более простой метод для измерения напряженности поля и индукции насыщения магнитопровода это применение электронно-лучевого осциллографа. При этом погрешность этого измерения не превысит и нескольких процентов. Схема установки:

Измерительный резистор R1 подбирают с сопротивлением, лежащим в пределах от 0,1 Ом до 1 Ом, чтоб минимизировать его влияние на измерение гистерезисной петли. Однако слишком малое R1 потребует более чувствительного осциллографа, так как падение напряжения на нем будет слишком мало. Спаянные выводы с R1, первичной трансформаторной обмотки TV1, а также провода ведущего к горизонтальной пластине X могут заземляться и электрически объединяться с цепью, которая соединяет провода к вертикальной пластине луча осциллографа Y, выводы обмотки вторичной   TV1,  конденсатора С1.

TV1  трансформатор, в котором происходит поиск магнитных параметров. Переменное напряжение, которое подано на первичную обмотку, будет пропорционально напряженности магнитного поля:

Где: R1 – ничто иное, как активное сопротивление резистора;

H – напряженность мгновенная поля магнитопровода, А/м;

l0 – длина магнитопровода тороидального вдоль осевой линии, м;

W1 – количество витков, присущих первичной обмотке трансформатора;

Протекающий через первичную обмотку трансформатора TV1 ток создает в резисторе R1 падение напряжения, которое подводится к измерительным пластинам осциллографа, отклоняющим луч по горизонтальной оси. Это падение напряжения будет пропорционально напряженности магнитного поля. Во вторичной же обмотке трансформатора, при условии протекании тока в обмотке первичной, будет наводится ЭДС величиной  Е = -dФ*W2/dt. Для того, что бы получить на вертикальном канале осциллографа сигнал пропорциональный магнитной индукции Ф/S необходимо снимаемое со вторичной обмотки напряжение проинтегрировать. Эти действия выполняют с помощью RC цепочки, как показано на нашей схеме, или же могут использовать операционный усилитель, подключенный как интегратор. Для уменьшения влияния паразитных сопротивлений и уменьшения погрешности сопротивления R2 должно быть довольно высоким, и, при этом, превышать на несколько порядков реактивное сопротивление конденсатора С1. Выходное напряжение конденсатора С1, которое будет пропорционально магнитной индукции сердечника можно определить из формулы:

Где: S – площадь поперечного сечения сердечника;

Перед выполнением измерений необходимо отградуировать осциллограф. Для этого от генератора на горизонтальный и вертикальный канал подают напряжение среднеквадратичное известной величины Ux и Uy. После чего производят вычисления масштабных коэффициентов.

Для горизонтально отклоняющихся пластин (ось Х) коэффициент масштабирования вычисляется по формуле, выраженный в В/см:

Для оси Y:

lx, ly – расстояние, на которое смещаются лучи вдоль осей Х и Y соответственно, см.

Плюсом такого способа будет то, что присутствует возможность визуального контроля за гистерезисной петлей. Исследования могут проходить и на высоких частотах, если это позволяет полоса пропускания используемого осциллографа. Магнитную проницаемость можно легко вычислить, зная напряженность поля и индукция насыщения магнитопровода:

Где: В – индукция магнитная, Тл;

Н – напряженность поля, А/м;

μ0 – постоянная магнитная вакуума (справочная величина), Гн/м;

К недостаткам данного способа измерения можно отнести необходимость сборки макета, а также возможную большую погрешность, если применен осциллограф с недостаточным классом точности, или при визуальном считывании показаний, или все вместе.

elenergi.ru

Измерение некоторых параметров магнитопроводов — Меандр — занимательная электроника

Читать все новости

Нахождение магнитной проницаемости

Экспериментально найти магнитную проницаемость тороидального магнитопровода можно следующим образом. На образец ферромагнетика равномерно по всей длине наматывают пробную обмотку, состоющую из ряда витков провода, число витков которого обозначим буквой W. Чтобы точность определения магнитной проницаемости была высокой, число витков должно быть ориентировочно не менее 40.

На следующем этапе измеряют индуктивность пробной обмотки и рассчитывают магнитную проницаемость по следующей формуле:где L — измеренная индуктивность катушки, мкГн;

W — число витков;

Асоге — внешний диаметр магнитопровода, мм;

Всоге — внутренний диаметр кольцевого магнитопровода, мм;

Ссоге — высота магнитопровода, мм.

Выводы обмотки и соединительные провода, ведущие к измерительному прибору, обладают индуктивностями, что необходимо учесть при измерении. Паразитную индуктивность следует найти и вычесть из общей измеренной индуктивности катушки. Для минимизации паразитной индуктивности выводов их длина должна быть минимальна, желательно не более нескольких миллиметров.

Измерение индукции насыщения и напряженности поля магнитопровода

Наиболее просто измерить индукцию насыщения образца магнитопровода с помощью специализированного прибора: тесламетра. Промышленность выпускает тесламетры, принцип действия которых основан на использовании ядерного магнитного резонанса, баллистического гальванометра, преобразователя Холла и пр. Однако тесламетры — это довольно дорогие измерительные приборы, и к тому же — весьма дефицитные. Не все разработчики могут себе позволить специальное оборудование и часто используют известный способ измерения, для которого не требуется тесламетр. Рассмотрим его.

Измерить индукцию насыщения и напряженность поля магнитопровода можно с помощью электронно-лучевого осциллографа, причем измерение может быть выполнено с погрешностью, не превышающей нескольких процентов. Принципиальная схема стенда изображена на рис. 1.

Рис. 1. Схема измерительной установки

Резистор R1 обычно выбирают сопротивлением 0,1..1 Ом. Для того чтобы его наличие существенно не влияло на измеряемые параметры петли гистерезиса, этот резистор следует использовать с как можно меньшим сопротивлением. Однако, чем меньше сопротивление резистора R1, тем меньшее падение напряжение на нем, а, значит, для измерений может потребоваться высокочувствительный осциллограф. Спаянные выводы резистора R1, первичной обмотки трансформатора TV1 и провода к пластине горизонтального отклонения луча могут быть заземлены и электрически объединены с цепью, соединяющей выводы вторичной обмотки трансформатора TV1, конденсатора С1 и провода к пластине вертикального отклонения луча.

Трансформатор TV1 — это образец с искомыми магнитными параметрами. Переменное напряжение на его первичной обмотке пропорционально напряженности магнитного поля:
где R1 — сопротивление резистора R1;

Н — мгновенная напряженность поля магнитопровода, А/м;

l0 — протяженность тороидального магнитопровода вдоль осевой линии, м;

W1— число витков в первичной обмотке.

Ток первичной обмотки трансформатора, протекая через резистор R1, создает на нем падение напряжения, которое пропорционально напряженности магнитного поля в образце. Это падение напряжения подводят к пластинам осциллографа, отклоняющим луч в горизонтальной плоскости. Во вторичной обмотке трансформатора возникает ЭДС величиной Е = -dФ• W2/dt. Для того чтобы сигнал на пластинах осциллографа, отклоняющих луч в вертикальной плоскости, был пропорционален магнитной индукции Ф/S, напряжение, снимаемое с вторичной обмотки трансформатора, следует проинтегрировать. Интегрирование может быть выполнено RC-цепью, как изображено на рис.1, или с помощью операционного усилителя, включенного как интегратор. Чтобы паразитные сопротивления не вносили существенной погрешности, сопротивление резистора R2 должно быть принято весьма высоким и превышать на порядки реактивное сопротивление конденсатора С1. Напряжение на выводах конденсатора С1, пропорциональное магнитной индукции в сердечнике, можно найти по формуле:Перед проведением измерений следует отградуировать каналы осциллографа. От генератора на вертикально и горизонтально отклоняющие пластины подают среднеквадратические напряжения Uy и Ux известных величин и вычисляют мас­штабные коэффициенты.

Коэффициент масштабирования mх, выраженный в В/см, для горизонтально от­клоняющих пластин вычисляют согласно выражению:где lх — расстояние смещения луча по абсциссе, см.

Аналогичным образом, можно найти коэффициент масштабирования mу в В/см для вертикально отклоняющих пластин по формуле:где ly — расстояние, на которое смещается луч вдоль ординаты, см.

Достоинство такого способа измерения заключается в возможности визуального контроля петли гистерезиса. Образец может быть исследован на высокой частоте, если это позволит полоса пропускания примененного осциллографа. Зная индукцию насыщения магнитопровода и напряженность поля, легко можно вычислить маг­нитную проницаемость по известной формуле:где В — магнитная индукция, Тл;

Н — напряженность поля, А/м;

µ0 — магнитная постоянная вакуума, Гн/м.

Недостатки состоят в необходимости собирать макетную установку, состоящую из нескольких компонентов, и в наличии довольно большой погрешности измере­ния, основной вклад в которую вносит погрешность осциллографа и погрешность визуального считывания показаний.

Возможно, Вам это будет интересно:

meandr.org