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 <15 мкс.
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.
==================================================================
|
