Inductanta bobinelor

[covaci ioan]

Buna seara dragi prieteni.

Vreau sa intreb cum se considera miezul magnetic in formula de calcul a inductantei bobinelor cu miez , 

  

Inchis sub forma EE, EI, UU Tor,  sau deschis sub forma de bara I.

 

Va multumesc!

[gsabac]

Pentru miez de ferita sau de fier  EE, EI, UU sau Tor, fara intrefier, circuitul magnetic este aproape inchis,

  mai sunt mici inductante de scapari.

Pentru miez cu intrefier, circuitul magnetic este modificat si se folosesc programe complicate de calcul.

Pentru bobinele pe miez sub forma de bara se folosesc programe de calcul extrem de complexe.

De aceea este de dorit sa postati formula si la ce miez doriti sa o aplicati.

 

@gsabac

[ola_nicolas]

Relatia care se invata la fizica (capitolul electricitate) in clasa a 11-a este pentru miezuri inchise si fara intrefier. Ea este o relatie ideala, care nu tine cont de intrefierurile infime introduse de imperfectiunile miezului. Deoarece miezurile uzuale sunt in mod normal demontabile, ele sunt fragmentate in cel putin 2 piese de baza, de exemplu: E+I; E+E; U+I; U+U; etc. Din cauza faptului ca la montaj suprafetele de contact nu sunt niciodata perfecte, raman intrefieruri neglijabile, dar care fac ca sa existe pierderi. Pierderi inca mai exista (desi mult mai mici) chiar si in cazul miezurilor continue, spre exemplu la toroizi. A se deosebi toroidul de tor, care are aria sectiunii circulara, in timp ce toroidul poate avea aria sectiunii de diferite forme - de regula dreptunghiulara. Pentru a se tine cont de aceste pierderi, relatia de baza a fost corectata de asa maniera incat sa se poata introduce si valoarea acestor intrefieruri, aproape neglijabile. Portiuni de intrefier, mai mari sau mai mici, se pot introduce si in mod intentionat, pentru a se evita saturatia magnetica in anumite situatii de camp magnetic foarte intens. Pentru forme diverse ale miezului, mergand de la "potcoave" si pana la o simpla bara metalica peste care se aplica bobina, se utilizeaza ca model de calcul teoria circuitelor magnetice, studiata la cursul superior de bazele electrotehnicii. De altfel relatia binecunoscuta a inductivitatii bobinei cu miez magnetic (cu sau fara intrefier) este un rezultat particular al aplicarii acestei teorii. Calculul in cazul miezurilor cu intrefier devine complicat, deoarece exista doua medii magnetice distincte. Un mediu continuu fero, sau feri-magnetic reprezentat de partea metalica si care datorita intensitatii fluxului magnetic prin el este considerat ca avand o sectiune constanta egala cu aria sectiunii pieselor componente. Si un mediu dia, sau para-magnetic, care poate fi aerul, sau un alt material dia sau para-magnetic - cum ar fi hartia, prespanul, textolitul, sau oricare alt material plastic ca materiale para-magnetice, sau un metal dia-magnetic cum ar fi aluminiul. In acest caz, teoria campului electromagnetic nu mai confera mediului respectiv o sectiune constanta. De aici survin si complicatiile in modelul matematic de calcul.

Editat Iulie 16, 2018 de ola_nicolas

[gsabac]

Cred ca @covaci ioan se refera la formula L=Al*N^2, unde Al este exprimat in [nH / Spira²],

 formula aplicabila la toruri sau miezuri de ferita cu circuit magnetic inchis, fara intrefier, dar si pentru

 miezuri cu intrefier. De exemplu firma TDK prezinta in catalog valori Al pentru miezuri E cu intrefier(gap) ca in poza.

    Click pentru marire. 

  

In atasament se afla prospectul miezurilor de ferita TDK.

Trebuie remarcat ca aceasta formula este valabila in anumite conditii si fara componenta continua semnificativa prin bobinaje.

 

@gsabac

Epcos china (TDK) ER_35_20_11.pdf

Editat Iulie 16, 2018 de gsabac

[gsabac]

In catalogul Ferroxcube sunt prezentate atit miezuri E cit si toruri cu intrefier(gap) din fabricatie

 si in poza se indica modul de inscriptionare pentru miezuride ferita 3C90. Click pentru marire.

  

 

@gsabac

 

[gsabac]

Foaie de catalog Ferroxcube, cu miezuri tip E cu si fara intrefier (gap).

  Click pentru marire.

   

In tabel se dau valori pentru Al si pentru permeabilitatea magnetica ?_r corespunzatoare.

Formula de calcul este aceeasi cu sau fara GAP,  L=Al*N², unde Al este exprimat in [nH / Spira²],

 

@gsabac

Editat Iulie 16, 2018 de gsabac

[covaci ioan]

Exact cum spunea domnul ola_nicolas la relatia din manualul de fizica de calcul a inductantei bobinelor ma refeream  L=u*N²*S/lm , pentru ca eu am incercat experimental sa realizez bobine dupa aceste relatii , dar la acelea cu miez nu pot obtine rezultate pentru ca nu am la indemana decat miezuri recuperate de prin diverse aparate si nu cunosc permeabilitatea magnetica a acetora , ma-m gandit ca cel mai simplu ar fi sa infasor un anumit numar de spire pe miez apoi sa masur inductanta iar apoi cu relatia L/N²  sa obtin Al , ca apoi foarte simplu sa pot calcula numaru de spire pentru inductanta dorita.

 Dar eu as vrea totusi sa stiu cum as putea afla permeabilitatea acestor miezuri ca mai apoi cu ajutorul relatiilor sa pot calcula inductanta transformatoarelor cu intrefier?! 

 Va multumesc!

[gsabac]

Metoda cu un numar de spire bobinate pe miez este practica. Trebuie facut bobinajul cu un numar de spire suficient de

 mare si bobina extinsa pe toata lungimea carcasei. Veti obtine un Al rezultat la nivelul mic generat de aparatul de masura

 si care depinde de curatenia suprafetelor de contact si forta aplicata. 

Exact cum spunea domnul ola_nicolas la relatia din manualul de fizica de calcul a inductantei bobinelor ma refeream  L=u*N²*S/lm , pentru ca eu am incercat experimental sa realizez bobine dupa aceste relatii , dar la acelea cu miez nu pot obtine rezultate pentru ca nu am la indemana decat miezuri recuperate de prin diverse aparate si nu cunosc permeabilitatea magnetica a acetora , ma-m gandit ca cel mai simplu ar fi sa infasor un anumit numar de spire pe miez apoi sa masur inductanta iar apoi cu relatia L/N²  sa obtin Al , ca apoi foarte simplu sa pot calcula numaru de spire pentru inductanta dorita.

 Dar eu as vrea totusi sa stiu cum as putea afla permeabilitatea acestor miezuri ca mai apoi cu ajutorul relatiilor sa pot calcula inductanta transformatoarelor cu intrefier?! 

 Va multumesc!

O solutie buna este chiar masurarea cu intrefierul la valoarea dorita.

Metoda de masurare fara intrefier si apoi de calcul cu intrefier este complexa si se poate face doar cu programe de calcul

 prin procedeul Michele Sclocchi, evidentiat de @ola_nicolas cu program in Mathcad,

 dar se poate folosi o relatie aproximativa valabila pentru intrefier foarte mic, apreciez la citeva zecimi de mm,

 astfel incit fluxul magnetic sa nu fie dispersat prea mult laleral, in aer;  Click pentru marire.

         

 In relatie, G este marimea intrefierului(GAP), l_e lungimea efectiva a circuitului magnetic iar ?i permeabilitatea initiala.

Deasemenea trebuie tinut seama de realizarea intrefierului, care poate fi pe centru sau simetric prin adaugarea de folii

 distantoare, vedeti poza. Click pentru marire.

   

 In poza este aratata marimea efectiva a intrefierului rezultat.

 

@gsabac

Editat Iulie 17, 2018 de gsabac

[ola_nicolas]

Permeabilitatea magnetica a miezului este dificil de aflat, deoarece aceasta depinde de intensitatea campului magnetic generat de bobina, precum si de alti factori cum ar fi temperatura, frecventa, etc.

 

... ma-m gandit ca cel mai simplu ar fi sa infasor un anumit numar de spire pe miez apoi sa masur inductanta iar apoi cu relatia L/N²  sa obtin Al , ca apoi foarte simplu sa pot calcula numaru de spire pentru inductanta dorita.

 Dar eu as vrea totusi sa stiu cum as putea afla permeabilitatea acestor miezuri ca mai apoi cu ajutorul relatiilor sa pot calcula inductanta transformatoarelor cu intrefier?!  ...

 

Pentru a aplica cu rezultate favorabile metoda masurarii inductantei unei bobine cu un numar cunoscut de spire si a se putea obtine asanumita marime A_L, trebuiesc respectate mai multe reguli. In primul rand trebuie sa stim dinainte ce inductie magnetica maxima vom avea in miez. Asadar acest factor A_L se aplica intotdeauna unei bobine (sau transformator) avand aceasta amplitudine a inductiei magnetice, pentru care s-au facut masuratorile. Pentru asta cel care experimenteaza trebuie sa aiba o dotare minimala. Din aceasta dotare nu trebuie sa lipseasca un autotransformator reglabil (pe cat posibil intr-un domeniu continuu) un inductantmetru cat mai precis, iar pentru miezurile care lucreaza sub tensiuni nesinusoidale, trebuie diferite generatoare de unde si de tensiune liniar variabila reglabile in trepte si continuu in cadrul aceleiasi trepte. Trebuie un wattmetru de precizie pentru masurarea pierderilor in miez si dupa caz si alte aparate si dispozitive destul de complicate si nu prea ieftine. Nelipsite din recuzita vor fi multimetrul si osciloscopul. Pentru montaje mai complexe mai trebuie sa existe si mai multe voltmetre si ampermetre pentru masurarea locala a curentilor si tensiunilor.

Editat Iulie 18, 2018 de ola_nicolas

[covaci ioan]

Am facut o exprienta. Avand la indemana un miez de ferita de mici dimensiuni de tipul EE cu sectiunea centrala a miezului  de 0.25cm² (5x5mm)  pe a carui carcasa am bobinat 30 de spire pe toata lungimea sa si lasand un intrefier cu lungimea totala de 1mm (0.5 mm distanta intre bratele pieselor) am incercat sa aflu inductanta  prin relatia,  N²/Rm , in care N=numarul  de spire si Rm=reluctanta magnetica a intrefierului care se calculeaza cu relatia l_i /u_o*Sm in care l_i =lungimea intrefierului,  u_{o=permeabilitatea vidului(1,256x10^-6)}  Sm=sectiunea miezului . Reluctanta rezultata in acest caz dupa relatia de mai sus este de 31847134 A/Wb, aplicand relatia N²/Rm ,( nu am tinut cont si de reluctanta miezului pentru ca am inteles ca cea mai mare parte din reluctanta are loc in intrefier datorita  permeabilitati mult mai mici decat a miezului, si lungimi mari pe care am lasato acestuia)  rezulta dupa calcul (30²/31847134) ca bobina are o inductanta de 0,000028H( 28uH), dar in realitate cand am masurat bobina avea 0.000062H(62uH).

  Nu inteleg unde am gresit pentru ca am repetat de mai multe ori calculul, iar aceasta relatie de calcul am gasito pe mai multe site-uri  pe internet.

 Bine inteles ca nu poate sa rezulte exact dupa calcul pentru ca mai exista multi factori care influenteaza inductanta si pe care nu ia-m luat in calcul, dar rezultatul este foarte departe de realitate si nu inteleg de ce?!

 Va multumesc foarte mult pentru amabilitatea de a ma ajuta !

[gsabac]

Am verificat calculul si este corect, deasemenea am aplicat procedeul Michele Sclocchi si a rezultat 37uH.

Puteti incerca si cu intrefier mai mic 0,2mm(foita de 0,1mm) 0,5mm(foita de 0,25mm) sau orice dimensiune aveti

 si aplicati aceesi forta cu o clema de stringere elastica si astfel veti obtine noi date.

Puteti masura si inductanta fara miez, din calcule rezulta circa 5uH, daca lungimea bobinei este 10mm.

Pentru calcule avansate se poate studia articolul din atasament, pagina 11.

 

@gsabac  

Air gap in designul convertorilor Sclocchi.pdf

[covaci ioan]

Am incercat sa masor inductanta fara miez  si a rezultat asa cum ati spus dumneavoastra  5uH  (mai precis 5.6uH masurat,  dupa relatia de calcul 5,53uH , carcasa fiind un pic mi mare 7x7mm) deci foarte aproapiata rezultatele.

 Cu un intrefier de 0,2mm  a rezultat  din calcul o inductanta de 143uH dar in realitate cand am masurat avea 200uH, deci cam departe de realitate!

 Ma gandesc daca aceasta eroare nu poate si  din cauza carcasei care este mai mare 7x7mm(0,49cm²)?

[ola_nicolas]

Nu am inteles prea bine ce relatie de calcul s-a aplicat. Relatia de calcul aplicabila la bobinele cu miez si cu intrefier este cea din atasamentul 1. In atasamentul 2 se detaliaza marimile care intervin in calcul. Paginile sunt scanate din cartea lui V.Bruskin - Nomograme pentru radioamatori - vol. 1. Asadar, daca in catalogul de ferite este precizata permeabilitatea magnetica efectiva a miezului ?_e, atunci se poate determina inductanta acelei bobine cu intrefier. Ea ar trbui sa fie teoretic egala cu cea masurata, desi masurarile de inductante la "rece" sunt putin diferite de cele reiesite din calcul. Aceasta permeabilitate efectiva trebuie cautata la capitolul miezuri cu intrefier ale tipului de miez de ferita utilizat. Acolo sunt date cateva valori efective ale intrefierului si marimea ?_e corespunzatoare. Pentru a afla ?_e pentru intrefierul real, trebuie interpolat intre doua valori adiacente din catalog. Calculul recursiv (cel mentionat de domnul Sabac) este cel mai aplicat, insa el porneste de la marimi electromagnetice bine determinate. In articolul meu http://www.tehnium-azi.ro/page/articole_articles/_/articles/surse-de-alimentare/calculul-intrefierului-unui-transformator, exista multe exemple pentru calculul intrefierului si se mentioneaza si cum se face calculul inductivitatii, pornind de la un intrefier existent.

Editat Iulie 20, 2018 de ola_nicolas

[covaci ioan]

Relatia de calcul a inductivitati pe baza reluctantei magnetice N²/Rm, prezentata in mai multe site-uri si in articolul dumneavostra in link-ul pe care mi la-ti trimis si care e foarte interesant si util. La fel si pagina din carte prezentata mai sus. As vrea sa stiu daca se poate downloada aceasta carte mi-se pare foarte utila in calcularea inductantelor.

[ola_nicolas]

Este cea mai buna carte pentru amatori, in care am intalnit problemele transformatoarelor si sau ale bobinelor cu miez, tratate intr-un mod profesionist. Eu am uzat-o la limita acceptabilului pe a mea si de aceea am scanat-o, ca sa nu fiu nevoit sa o frunzaresc fizic. De altfel cred ca se cunoaste si din paginile atasate. Problema este ca fisierele (vol. 1 + vol. 2) au fiecare in parte peste 25 M arhivate individual. Asadar este practic imposibil sa o expediez chiar si pe E-mail. Pe saiturile de shareing nu vreau sa o pun, deoarece in mod sigur vor fi destui care sa profite din punct de vedere material. Nu vreau sa intru nici macar prin asociere in conflict cu legea dreptului de autor. Spre exemplu, eu am tradus (printre altele) o carte tehnica a masinii de frezat pentru scularie FUS 22, care desi este de fabricatie romaneasca, Intreprinderea Infratirea Oradea, a publicat-o (in anul 1988) numai intr-o editie trilingva (franceza/engleza/germana) am adaugit-o prin explicatii si exemple practice la capitolul calculul rotilor de schimb si am publicat-o chiar pe Tehnium Azi, arhivata, pe topicul http://www.tehnium-azi.ro/topic/6220-divizarea-pe-masina-de-frezat-fus22/?do=findComment&comment=66535 Cineva (dintre membrii acestui forum, sau ai forumului electronistilor) i-a dat copy/paste si a uploadat-o pe saitul cu vanzari de tip anticariat scribd, probabil ca sa obtina la schimb un alt fisier care l-a interesat. Acolo am intalnit-o impreuna cu solicitarea taxei de vanzare/cumparare, desi eu mi-am revendicat in paginile documentului dreprurile de autor asupra traducerii. Cine are curiozitatea poate sa citeasca specificatiile din fisierul de la adresa linkata mai sus.

Editat Iulie 20, 2018 de ola_nicolas