Насыщение дросселя
Спец: то пульсации пофигу, какие они ни были бы
— В том-то и дело, что это далеко не так. КПД упадёт ниже плинтуса, остатки конденсаторов фильтра нужно будет собирать веником и совочком, возможно, сдохнут диоды и транзисторы. Режим разрывного тока при среднем выходном до 20А — нонсенс.
caddr: Режим разрывного тока при среднем выходном до 20А — нонсенс.
Для компового БП, попасть в режим разрывного тока при 20а—сильно сомневаюсь
«Мертвое время» не более 10%
При малых токах (вот не мерял, при каком значении попадает в режим разрывного тока) и определенной нагрузке, согласен.
Ну а если на выходе аккумулятор, то Спец прав 100%, он заменит сотню классных кондеров как по емкости так и по частоте
AlexJ: . расчет дросселя по режыму насыщения, ситуация такая: БП АТХ, после переделки на 14В, 15-20А.
А какой будет минимальный ток нагрузки?
Исходя из него, нужно будет расчитывать индуктивность дросселя.
По поводу насыщения дросселя групповой стабилизации компа — не заморачивайтесь, так как не дождётесь.
chav1961: Кольца, на которых мотаются именно эти дроссели. предназначены для фильтрации, а не для накопления/передачи энергии. DWD в какой-то ветке об этом писал.
Не может быть! Я такого не мог написать, так как знаю, что реактивные элементы (индуктивности и ёмкости) в импульсных преобразователях работают, именно, как накопители энергии.
В комповом БП это происходит так:
Во время действия импульса ток, протекающий через дроссель и нагрузку, питает саму нагрузку и заставляет дроссель накопить энергию в виде магнитного поля.
Во время паузы дроссель, «разряжаясь», продолжает питать нагрузку.
В результате, через нагрузку протекает НЕПРЕРЫВНЫЙ ток при импульсном питающем напряжении.
Про потери я молчу, так как уже сказали.
Вы, наверно, имели в виду не «повышенные потери», а «повышенный зазор» (распределённый зазор в сердечнике).
VIP: Другая особенность дросселя в БП АТХ — обмотки источников +/- 5 и 12 В включены встречно, частично ослабляя создаваемые магнитные поля.
Нет. Все обмотки дросселя включены синфазно!
А так как на дросселе есть обмотки с разнополярными токами, то для синфазности, эти обмотки мотают встречно: +5 и +12 — в одну сторону, а -5 и -12 — в другую.
Спец: Предлагаю выкинуть кольцо дросселя групповой стабилизации.
Спец: если переделка предназначалась для зарядки аккумулятора (а похоже, так оно и есть), то пульсации пофигу.
Вы не правы.
Нельзя этого делать.
Для обычной нагрузки, через электролиты будет протекать бешенный ток, да ещё и с частотой преобразователя. Какие электролиты выдержат такое издевательство?
В случае аккумулятора, он, естественно, «проглотит» эти пульсации, только не станет ли ему «плохо» от такого питания.
Мне, почему-то, кажется, что станет.
Но если он и выдержит, то блок питания поребуется умощнять довольно серьёзно, ведь через диоды выпрямителя и вторичную обмотку будет протекать импульсный ток, в несколько раз больше тока нагрузки. В то время как с дросселем — не больше тока нагрузки.
Маленький дроссель (на стержне), конечно, уменьшит импульс тока, но «погоды» не сделает. Наоборот, принесёт проблемы, так как БП, работая в режиме разрывных токов, нарушит нормальную работу цепей коррекции и сделает БП неустойчивым.
А в этом случае, да при указанных токах (15-20А) не далеко и до аварии.
Ув DWD, в таком случае извиняюсь. Видимо, я что-то не так понял
Спец: Но я имел ввиду,что если переделка предназначалась для зарядки аккумулятора (а похоже, так оно и есть), то пульсации пофигу, какие они ни были бы.
Если предположение верно:
DWD: Для обычной нагрузки, через электролиты будет протекать бешенный ток, да ещё и с частотой преобразователя. Какие электролиты выдержат такое издевательство?
vnv: он (аккум) заменит сотню классных кондеров как по емкости так и по частоте
Когда-то проводил, любительское иследование по работе аккумов в ХАЙ-звуке, выяснил что внутр.соротивление аккумов (ESR) очень мало зависит от частоты в пределах до 40-60кгц.
DWD: В случае аккумулятора, он, естественно, «проглотит» эти пульсации, только не станет ли ему «плохо» от такого питания.
Мне, почему-то, кажется, что станет.
Неее, не станет, можете проверить
DWD: Но если он и выдержит, то блок питания поребуется умощнять довольно серьёзно, ведь через диоды выпрямителя и вторичную обмотку будет протекать импульсный ток, в несколько раз больше тока нагрузки. В то время как с дросселем — не больше тока нагрузки.
Маленький дроссель (на стержне), конечно, уменьшит импульс тока, но «погоды» не сделает. Наоборот, принесёт проблемы, так как БП, работая в режиме разрывных токов, нарушит нормальную работу цепей коррекции и сделает БП неустойчивым.
А в этом случае, да при указанных токах (15-20А) не далеко и до аварии.
Не верю (С)
Повторюсь, при таких токах-мощностях, средний ток от максимального не превысит 10% (мертвое время), значит не совсем правда-
DWD: ведь через диоды выпрямителя и вторичную обмотку будет протекать импульсный ток, в несколько раз больше тока нагрузки.
разница в 10% —не есть в несколько раз больше.
А так, как «мертвое время» маленькое, то и дроссель, можно уменьшать, действительно в несколько раз.
DWD: нарушит нормальную работу цепей коррекции и сделает БП неустойчивым.
Если на выходе аккум, какая неустойчивая коррекция, с его выводов.
Поэтому по-прежнему согласен с утверждением Спец:
Все это правдиво для зарядкм постоянным током, а не постоянным напряжением, где все пойдет по другому
ИП предназначен для питания КВ трансивера, мин. ток: 1-1,5А, мах: 20-22А. Переделка таких БП уже была, и работают вполне успешно, во всяком случае никто на кач.сигнала и фон не жалуется, но вот нагрев дросселя на кольце, это есть везде на таких токах, хотя 20А зто пиковая нагрузка составляющая 5-10% по времени, в режиме приема охлаждение происходит. На счет противофазных токов попробую.
AlexJ: На счет противофазных токов попробую.
Тогда DWD прав.
Какие противофазные токи, при однополярном питании?
AlexJ: после переделки на 14В, 15-20А,
Вам нужно пересчитать дроссель, на ваш диапазон токов. AlexJ: мин. ток: 1-1,5А,
Может быть спользовать 2 кольца вместе или 2 дроссель последовательно с половинной индуктивностью.
В первом случае кол-во витков меньше, значит можно использовать вдвое большее сечение провода.
Во втором случае каждый дроссель будет лучше охлаждаться.
Форум про радио — сайт, посвященный обсуждению электроники, компьютеров и смежных тем.
Электрический дроссель — принцип работы и примеры использования
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.
Итак, дроссель — катушка самоиндукции, применяемая в качестве большого индуктивного сопротивления для тех или иных переменных токов.
В том случае, если дроссель должен представлять большое индуктивное сопротивление токам низкой частоты, он должен обладать большой индуктивностью, и в этом случае он делается со стальным сердечником. Дроссель высокой частоты (представляющий большое сопротивление токам высокой частоты) делается обычно без сердечника.
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.
Безвитковые дроссели предназначены для подавления высокочастотных помех в электрических цепях. Обычно они представляют собой ферритовый сердечник, выполненный в виде полого цилиндра (или кольца круглого сечения), через который проходит проводник.
Реактивное сопротивление такого дросселя на низких частотах (в том числе на промышленной частоте) мало, а на высоких частотах (0,1 МГц…2,5 ГГц) велико. Таким образом, если в кабеле возникает высокочастотная помеха, то такой дроссель ее подавляет с вносимым затуханием 10…15 дБ. Для создания магнитопроводов безвитковых дросселей применяют марганец-цинковые и никель-цинковые ферриты.
Дроссели переменного тока широко используются в качестве реактивных (индуктивных) сопротивлений, элементов LR- и LC-контуров, а также в выходных фильтрах преобразователей переменного тока. Такие дроссели изготавливают с индуктивностью от десятых долей микрогенри до сотен генри на токи от ~1 мА до 10 А. Они имеют одну обмотку, расположенную на магнитопроводе из ферро- или ферримагнитного материала.
При проектировании дросселя переменного тока необходимо учитывать его следующие основные номинальные параметры: требуемую мощность (наиболее допустимое значение тока), частоту тока, добротность и массу.
Повысить добротность можно различными методами. С точками зрения изготовления магнитопроводов необходимо учитывать, что повысить добротность можно за счет:
- выбора магнитного материала с высокой магнитной проницаемостью и малыми потерями;
- увеличения площади поперечного сечения магнитопровода;
- введения немагнитного зазора.
Сглаживающие дроссели – элементы преобразователей, предназначенные для уменьшения переменной составляющей напряжения или тока на входе или выходе преобразователя. Такие дроссели имеют одну обмотку, в токе которой (в отличие от дросселей переменного тока) присутствуют как переменная, так и постоянная составляющие. Обмотка дросселя включается последовательно с нагрузкой.
Дроссель должен иметь большую индуктивность (индуктивное сопротивление). На его обмотке происходит падение переменной составляющей напряжения, в то время как постоянная составляющая (за счет малого активного сопротивления обмотки) выделятся на нагрузке.
Составляющие тока создают в магнитопроводе дросселя постоянный магнитный поток (который играет роль подмагничивающего) и переменный поток, изменяющийся по синусоидальному закону. За счет постоянной составляющей тока магнитный поток (индукция) в магнитопроводе изменяется в соответствии с начальной кривой намагничивания, в то время как за счет переменной составляющей перемагничивание осуществляется по частным циклам при соответствующих значениях тока.
При увеличении тока переменная составляющая магнитного потока уменьшается (при постоянстве переменной составляющей тока), что приводит к уменьшению дифференциальной магнитной проницаемости и, следовательно, к уменьшению индуктивности дросселя. Физически уменьшение индуктивности с увеличением подмагничивающего тока связано с тем, что по мере увеличения этого тока магнитопровод дросселя все более и более насыщается.
Дроссели насыщения используются в качестве регулируемых индуктивных сопротивлений в цепях переменного тока. Такие дроссели имеют не менее двух обмоток, одна из которых (рабочая) включается в цепь переменного тока, а другая (управляющая) – в цепь постоянного тока. В принципе работы дросселей насыщения лежит использование нелинейности кривой В(Н) магнитопроводов при их намагничивании управляющим и рабочим токами.
Магнитопроводы таких дросселей не имеют немагнитного зазора. Основными особенностями дросселей насыщения (по сравнению со сглаживающими дросселями) являются значительно большее значение переменной составляющей магнитного потока в магнитопроводе и синусоидальный характер ее изменения.
Развитие радиоэлектронной аппаратуры предъявляет к дросселям различные требования, в частности требует уменьшения габаритов и снижения уровня электромагнитных помех в условиях высокой плотности монтажа компонентов. Для решения этой задачи были разработаны многослойные ферритовые чип-фильтры на основе поверхностного монтажа на печатной плате.
Такие устройства получают по тонкопленочной технологии. На подложку наносятся тонкие слои феррита (например, тайваньская компания «Chilisin Electronics» использует Ni–Zn-феррит), между которыми формируется структура полувитка катушки.
После нанесения слоев, количество которых может достигать нескольких сотен, производится спекание, при котором формируется объемная катушка с ферритовым магнитопроводом. Благодаря такой конструкции минимизируются поля рассеяния и соответственно практически исключается взаимное влияние элементов друг на друга, так как силовые линии в основном замыкаются внутри магнитопровода.
Многослойные ферритовые чип-фильтры: а – технология изготовления; б – внешний вид, соотнесенный со шкалой с шагом 1 мм
Многослойные ферритовые чип-фильтры используются для фильтрации высокочастотных помех в силовых и сигнальных цепях бытовой электроники, источников питания и др. Основными производителями чип-фильтров являются компании «Chilisin Electronics», «TDK Corporation» (Япония), «Murata Manufacturing Co., Ltd» (Япония), «Vishay Intertechnology» (США) и др.
Дроссели с магнитопроводом, изготовленным из магнитодиэлектрика на основе карбонильного железа применяются в радиоаппаратуре, работающей в диапазоне 0,5…100,0 МГц.
В дросселях могут использоваться магнитопроводы, изготовленные из всех известных магнитомягких материалов: электротехнических сталей, ферритов, магнитодиэлектриков, а также прецизионных, аморфных и нанокристаллических сплавов.
В отличие от дросселей в трансформаторах, магнитных усилителях и других подобных устройствах магнитопровод служит для концентрации магнитного потока при минимизации магнитных потерь. В этом случае основная функция, которую выполняет магнитопровод, практически исключает его изготовление из магнитодиэлектрика, который обладает малой относительной магнитной проницаемостью.
Широкая номенклатура ферритов различных марок, предназначенных для работы в аналогичных с магнитодиэлектриками диапазонах частот, сужает область применения магнитодиэлектриков для изготовления магнитопроводов электромагнитных устройств.
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.
В то время в цепях питания вакуумных дуговых ламп применялись дроссельные усилители — это были специальные усилители, в котором анодными нагрузкамиламп служили дроссели.
Выделяющееся на дросселе Др усиленное переменное напряжение подавалось на сетку следующей лампы через разделительный конденсатор С. Вследствие того, что индуктивное сопротивление дросселя растет с частотой, дроссельный усилитель не мог давать сколько-нибудь равномерного усиления в широкой полосе частот и применялся только в тех случаях, когда нужно усиливать сравнительно узкую полосу частот и большой равномерности усиления в этой полосе не требовалось.
Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
Устройства для определения параметров катушек индуктивности
В большинстве случаев катушка индуктивности с ферромагнитным сердечником должна работать в линейной области, то есть в такой области, где скорость приращения тока через индуктивность пропорциональна приложенному к нему напряжению: dI/dt = V/L .
То есть, в том случае, когда напряжение на дросселе постоянно, ток в линейной области также должен изменяться по линейному закону: I(t) = V*t/L .
При увеличении тока через катушку, при определённом его значении сердечник начинает входить в насыщение, его магнитная проницаемость, а соответственно, и индуктивность падать, и в некоторый момент катушка становится воздушной. Начало этого процесса и определяет начало нелинейной области, т. е. ток начала насыщения катушки индуктивности.
В большинстве конструкций принято не только не заходить в эту нелинейную область, но и держаться от нее на некотором почтительном расстоянии. При индукции насыщения ферритов 0.35-0.39Тл, часто работают с индукциями не более 0.2-0.25Тл, а на высоких частотах даже 0.1Тл, чтобы уменьшить разогрев сердечника.
Устройства для измерения параметров катушек индуктивности довольно просты и не доставят сложностей при их самостоятельном изготовлении. Одна из таких реализаций прибора для измерения токов насыщения и индуктивностей катушек приведена на сайте голландского радиолюбителя – https://www.dos4ever.com.
Рис.1 Схема стенда для испытаний катушек индуктивности
По сути, схема представляет собой не более чем катушку индуктивности, которая подключена к источнику питания 12 В через транзистор T1. Ток через катушку индуктивности измеряется по падению напряжения на последовательном резисторе R4 номиналом 0,11 Ом. Падение напряжения 100 мВ на резисторе R4 соответствует току через катушку 1,1 А.
Затвор транзистора управляется асимметричным импульсным сигналом, поступающим с генератора на элементах N1-N6. Время включения транзистора определяется номиналами C1 и R1+R2. Время выключения транзистора определяется конденсаторами C1 и резистором R3 и примерно в 20 раз больше, чем время включения.
Рис.2 Макет стенда и измерение параметров катушки индуктивности
На Рис.2 (справа) приведена осциллограмма напряжения на тестовой 100 мкГн индуктивности. По ней можно увидеть, что при напряжении питания 12 В ток через катушку индуктивности достигает значения: I = V/R = 0,328/0,1 = 3,61А за 27,1мкс .
Поскольку I=(V/L)*t , находим для индуктивности L=(V/I)t=(12/3,28)*27,1=97,6мкГн . Неплохо! При большем токе мы наблюдаем резкое увеличение тока через индуктор. Это точка является током начала насыщения феррита. Катушка индуктивности не должна использоваться дальше этой точки.
Для удобства расчётов, резистор R4 следует выбрать номиналом 0,1 Ом.
Полевой транзистор – это любой ключевой n-канальный транзистор с максимальным током стока: не менее 50 А.
Ещё одно подобное устройство для определения тока насыщения катушек индуктивности было описано в журнале Радио №8, 2007, стр. 36. Принцип работы устройства полностью аналогичен предыдущему.
Прибор для определения тока насыщения катушки индуктивности на магнитопроводе
Устройство предназначено для определения тока катушек индуктивности (дросселей) или обмоток импульсных трансформаторов с ферромагнитными, альсиферовыми сердечниками, при котором наступает насыщение материала магнитопровода.
Рис.3 Схема для определения тока насыщения катушек индуктивности
В состав устройства 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 диапазоне 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 проверяемую катушку индуктивности «Lх».
Напряжение с R8 подают на вход осциллографа, на экране которого контролируют его форму.
Для начала на первом диапазоне устанавливают минимальную длитель- ность импульсов при максимальной скважности (максимальном периоде следования). Большая скважность позволяет уменьшить среднюю рассеиваемую мощность на VT3.
К гнездам XS2 подсоединяют осциллограф, к XS1 – проверяемую катушку индуктивности и подают питающее напряжение (10. 15 В). На экране осциллографа должна получиться осциллограмма, близкая к изображению на рисунке. 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.
Затем длительность импульса следует плавно увеличивать до тех пор, пока линейное увеличение напряжения не перейдет в нелинейное (рисунок слева). При этом точка Un будет определять ток, при котором происходит насыщение материала магнитопровода: Iнac = 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 обратно пропорциональна 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
 |
 |
Устройства для определения параметров катушек индуктивности
Простые схемы измерителей тока насыщения и индуктивности дросселей, трансформаторов, импульсных трансформаторов и прочих изделий, намотанных на магнитопроводах
В большинстве случаев катушка индуктивности с ферромагнитным сердечником должна работать в линейной области, то есть в такой области, где скорость приращения тока через индуктивность пропорциональна приложенному к нему напряжению: dI/dt = V/L .
То есть, в том случае, когда напряжение на дросселе постоянно, ток в линейной области также должен изменяться по линейному закону: I(t) = V*t/L .
При увеличении тока через катушку, при определённом его значении сердечник начинает входить в насыщение, его магнитная проницаемость, а соответственно, и индуктивность падать, и в некоторый момент катушка становится воздушной. Начало этого процесса и определяет начало нелинейной области, т. е. ток начала насыщения катушки индуктивности.
В большинстве конструкций принято не только не заходить в эту нелинейную область, но и держаться от нее на некотором почтительном расстоянии. При индукции насыщения ферритов 0.35-0.39Тл, часто работают с индукциями не более 0.2-0.25Тл, а на высоких частотах даже 0.1Тл, чтобы уменьшить разогрев сердечника.
Устройства для измерения параметров катушек индуктивности довольно просты и не доставят сложностей при их самостоятельном изготовлении. Одна из таких реализаций прибора для измерения токов насыщения и индуктивностей катушек приведена на сайте голландского радиолюбителя – https://www.dos4ever.com.
Рис.1 Схема стенда для испытаний катушек индуктивности
По сути, схема представляет собой не более чем катушку индуктивности, которая подключена к источнику питания 12 В через транзистор T1. Ток через катушку индуктивности измеряется по падению напряжения на последовательном резисторе R4 номиналом 0,11 Ом. Падение напряжения 100 мВ на резисторе R4 соответствует току через катушку 1,1 А.
Затвор транзистора управляется асимметричным импульсным сигналом, поступающим с генератора на элементах N1-N6. Время включения транзистора определяется номиналами C1 и R1+R2. Время выключения транзистора определяется конденсаторами C1 и резистором R3 и примерно в 20 раз больше, чем время включения.
Рис.2 Макет стенда и измерение параметров катушки индуктивности
На Рис.2 (справа) приведена осциллограмма напряжения на тестовой 100 мкГн индуктивности. По ней можно увидеть, что при напряжении питания 12 В ток через катушку индуктивности достигает значения: I = V/R = 0,328/0,1 = 3,61А за 27,1мкс .
Поскольку I=(V/L)*t , находим для индуктивности L=(V/I)t=(12/3,28)*27,1=97,6мкГн . Неплохо! При большем токе мы наблюдаем резкое увеличение тока через индуктор. Это точка является током начала насыщения феррита. Катушка индуктивности не должна использоваться дальше этой точки.
Для удобства расчётов, резистор R4 следует выбрать номиналом 0,1 Ом.
Полевой транзистор – это любой ключевой n-канальный транзистор с максимальным током стока: не менее 50 А.
Ещё одно подобное устройство для определения тока насыщения катушек индуктивности было описано в журнале Радио №8, 2007, стр. 36. Принцип работы устройства полностью аналогичен предыдущему.
Прибор для определения тока насыщения катушки индуктивности на магнитопроводе
Устройство предназначено для определения тока катушек индуктивности (дросселей) или обмоток импульсных трансформаторов с ферромагнитными, альсиферовыми сердечниками, при котором наступает насыщение материала магнитопровода.
Рис.3 Схема для определения тока насыщения катушек индуктивности
В состав устройства 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 диапазоне 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 проверяемую катушку индуктивности «Lх».
Напряжение с R8 подают на вход осциллографа, на экране которого контролируют его форму.
Для начала на первом диапазоне устанавливают минимальную длитель- ность импульсов при максимальной скважности (максимальном периоде следования). Большая скважность позволяет уменьшить среднюю рассеиваемую мощность на VT3.
К гнездам XS2 подсоединяют осциллограф, к XS1 – проверяемую катушку индуктивности и подают питающее напряжение (10. 15 В). На экране осциллографа должна получиться осциллограмма, близкая к изображению на рисунке. 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.
Затем длительность импульса следует плавно увеличивать до тех пор, пока линейное увеличение напряжения не перейдет в нелинейное (рисунок слева). При этом точка Un будет определять ток, при котором происходит насыщение материала магнитопровода: Iнac = 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 обратно пропорциональна 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
В устройстве применены переменные резисторы СП, СПО, СП-4, резистор R8 — С5-16МВ — 2 Вт, 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, т. е. получить конкретные результаты, более совместимые с решаемой задачей.
Авторы: Ю. Гумеров, А. Зуев, г. Ульяновск
Крайне желательно параллельно электролитам С4, С5 включить неполярный конденсатор ёмкостью 1. 2,2 МкФ.
Биполярные транзисторы вполне можно заменить на более распространённые КТ502 и КТ503, либо их зарубежные аналоги. IRFZ44N – на любой n-канальный транзистор с максимальным током стока: не менее 50 А.
Измерение индуктивности производится точно таким же образом, как в первой схеме. И опять же, для удобства расчётов, резистор R8 следует выбрать номиналом 0,1 Ом.
Дроссели насыщения
На рис. 15.1 приведена схема ДН с одной обмоткой, подключенной к источнику переменного напряжения e(t) последовательно с активной нагрузкой Rn. Пренебрегая активным сопротивлением обмотки дросселя и потоком рассеяния, запишем, согласно второму закону Кирхгофа, уравнение для мгновенных значений:
где e(t) — напряжение источника питания; ин и ия — напряжение на нагрузке и дросселе, соответственно; iu (t) — ток нагрузки; ^(t) — потоко- сцеиление.
Для усиления эффекта насыщения магнитопровод ДН выполняют из магнитомягких материалов с высокой ирямоугольностью петли гистерезиса и малой коэрцитивной силой Нс. В частности, сплавы типа 50НП, 68НМП, 37НКДП имеют коэффициент прямоугольное™ 0,94—0,98, что позволяет при изучении принципа действия ДН применить понятие идеальной прямоугольной характеристики намагничивания В(Н) (рис. 15.2, а). Это очень важное допущение дает возможность полагать:
- — на вертикальном участке характеристики Л(Я), т.е. на этапе перемаг- ничивания, магнитная проницаемость материала магнитопровода, индуктивность и реактивное сопротивление дросселя равны бесконечности, т.е. намагничивающий ток и соответственно iH (t) теоретически равны нулю;
- — при насыщении (горизонтальные участки) магнитная проницаемость, индуктивность, реактивное сопротивление и скорость изменения потокосцепления с№/ск равны нулю.
Рис. 15.1. Схема простейшего дросселя насыщения без подмагничивания
Тогда для ненасыщенного и насыщенного состояний дросселя выражение (15.1) соответственно принимает вид
Принятые допущения позволяют рассматривать ДН как идеальный ключ:
- — пока магнитопровод ненасыщен, все напряжение источника приложено к обмотке дросселя, а ток нагрузки iH(t) равен нулю, т.е. ключ разомкнут;
- — при насыщении магнитопровода, наоборот, все напряжение приложено к нагрузке, т.е. ключ замкнут.
Изменение индукции в магнитоироводе происходит под действием напряжения питания
где N — число витков обмотки дросселя; S — площадь поперечного сечения магнитопровода.
Если AB
где Еср — среднее за полупериод напряжение источника питания; / — частота напряжения.
Рис. 15.2. Принцип действия ДН без подмагничивания:
а — идеальная прямоугольная петля гистерезиса; б — иллюстрация разомкнутого и замкнутого состояний ключа; в — ток нагрузки
Диаграмма тока нагрузки при синусоидальном напряжении питания приведена на рис. 15.2, в. Угол насыщения as (момент замыкания ключа) найдем из уравнения
При напряжении источника больше Es значение интеграла (вольт- секундная площадь) в выражении (15.6) является константой и определяется только параметрами ДН. Это свойство часто используется при создании различных стабилизирующих устройств. Согласно выражению (15.5) ДН может быть также использован как датчик среднего значения напряжения (при / = const) или частоты (при Е = const).
Диаграмма тока нагрузки подобна получаемой при вертикально-фазовом управлении электронным ключом. Поэтому ДН часто называют магнитным ключом. Отметим, что в реальном дросселе ток нагрузки па интервале перемагничивания и напряжение на дросселе при насыщении будут несколько отличаться от нуля.