Bobinas de choque de CC: antecedentes y mediciones
Este documento describe los métodos de prueba para todos los tipos de reactancias de CC.
1. ¿Qué es la polarización de CC y cuándo se debe probar?
En el contexto de un transformador o estrangulador, la polarización de CC describe un elemento de corriente constante que se agrega a la señal de CA.
Muchos componentes bobinados deben funcionar con corrientes continuas que fluyen a través de ellos y, durante la etapa de diseño, es necesario establecer que el componente funcionará correctamente con la corriente especificada.
Sin embargo, en el caso de pruebas de producción, es posible confirmar el ensamblaje correcto y, por lo tanto, el funcionamiento correcto de un componente bobinado, sin aplicar una polarización de CC.
Sin embargo, para mayor confianza, debe verificar si hay polarización de CC presente, utilizando una unidad de polarización de CC como DC1000A para garantizar el funcionamiento correcto en todos y cada uno de los patrones.
El Voltech AT5600 permite la integración de DC1000A y la auditoría automática del rendimiento de CC.
2. Aplicaciones de baja y alta corriente
En algunos casos, la corriente de polarización de CC es pequeña (menos de 400 mA).
Como, por ejemplo, en los transformadores de telecomunicaciones, donde un devanado está en serie con la corriente de alimentación de CC al teléfono.
En otros casos, la corriente de polarización de CC es mucho mayor, como en los inductores utilizados como filtros de salida en las fuentes de alimentación:
En todos estos casos, el componente bobinado debe conservar una inductancia especificada con la corriente D nominal fluyendo en el devanado.
3. Consideraciones de diseño
Los materiales magnéticos como el hierro y la ferrita generalmente tienen un alto valor de permeabilidad, es decir, una bobina de un número determinado de vueltas tendrá mucha más inductancia que el mismo núcleo en el aire.
Sin embargo, un componente bobinado con un núcleo de alta permeabilidad tiene una curva BH muy pronunciada y, por lo tanto, solo puede tolerar una corriente de polarización de CC muy pequeña o el núcleo se saturará.
Si el núcleo se satura, la inductancia caerá a un valor muy bajo.
Para fabricar una bobina que funcione con valores más elevados de corriente de polarización de CC, es necesario reducir la permeabilidad del núcleo.
Esto se hace introduciendo espacios de aire en el circuito magnético, ya sea mediante un espaciamiento físico o mediante un núcleo hecho de un compuesto de materiales magnéticos y no magnéticos (proporcionando el efecto de espacios de aire).
Los núcleos con espacios de aire tienen una permeabilidad general mucho menor y pueden tolerar corrientes de CC mucho mayores antes de saturarse:
4. Prueba de polarización de CC
4.1 Núcleos para pequeñas corrientes de polarización de CC
Los componentes bobinados para pequeñas corrientes de polarización de CC generalmente se construyen con núcleos que tienen una permeabilidad media a alta.
El valor de la permeabilidad de dichos núcleos varía de un lote a otro, ya que depende del proceso de fabricación del propio núcleo.
Esta variación da como resultado una amplia tolerancia de la inductancia medida del devanado, lo que se ve en la amplia tolerancia de la constante de inductancia (AL) de las especificaciones de los fabricantes del núcleo.
Esta variación en la inductancia da como resultado la posibilidad de que algunas bobinas puedan tolerar la corriente de polarización de CC especificada y otras no:
La única forma segura de verificar si la bobina puede funcionar con una corriente continua especificada es medir la inductancia. con esta pequeña corriente de polarización de CC fluyendo , se garantiza que la inductancia sea al menos el valor mínimo especificado.
Las pruebas LSB LPB y ZB integradas del AT5600 permiten una polarización de CC de hasta 1 amperio sin la necesidad de una fuente de polarización externa.
4.2 Núcleos para corrientes de polarización de CC más grandes
Como se mencionó anteriormente, las bobinas para corrientes de polarización de CC más altas (superiores a aproximadamente 400 mA) tienen un núcleo de baja permeabilidad debido a los espacios de aire.
A medida que aumenta el espacio de aire, disminuye la permeabilidad y, por lo tanto, la inductancia, y aumenta la capacidad de corriente continua, como se muestra a continuación para un núcleo E de ferrita con espacio de aire típico. (La cantidad de vueltas es la misma para cada valor).
Entrehierro | Inductancia | Capacidad de corriente continua |
| 0,0 mm | 19,1 mH | 0,36 A |
| 0,2 milímetros | 9,2 mH | 1,37 A |
| 0,5 mm | 5,9 mH | 2,06 A |
| 1,0 mm | 4,9 mH | 2,53 A |
| 2,0 milímetros | 4,1 mH | 3,18 A |
| 5,0 milímetros | 3,2 mH | 4.00 A |
Siempre que el núcleo no se sature, lo cual se establece durante la fase de diseño, el valor de la inductancia de cualquier transformador será el mismo con o sin polarización de CC aplicada.
Para ilustrar esto, el gráfico a continuación muestra mediciones de inductancia obtenidas del transformador en la tabla anterior sin polarización de CC, en comparación con el mismo transformador con la polarización de CC especificada aplicada.
En el caso de núcleos con entrehierros más grandes, la permeabilidad y, por lo tanto, la inductancia están determinadas predominantemente por el tamaño del entrehierro y se ven mucho menos afectadas por las variaciones en el material del núcleo.
Esto hace que la variación de la inductancia sea mucho menor con un núcleo con hueco, ya que el hueco tiene una permeabilidad mucho más constante que el propio material magnético. Por lo tanto, el valor de la inductancia será predecible dentro de una tolerancia estricta.
De ello se deduce que una medición de la inductancia (sin polarización de CC) de dicha bobina proporciona la comprobación necesaria de que el núcleo tiene el entrehierro correcto y, por tanto, tiene la capacidad de funcionar con la corriente de CC especificada.
5. Conclusiones sobre el sesgo de CC
Todos los choques de CC utilizan núcleos de baja permeabilidad, ya sean de hierro en polvo o de ferrita con un entrehierro sustancial.
Una baja permeabilidad es esencial para evitar que el núcleo se sature con una gran corriente continua.
La inductancia es una medida de la pendiente de la curva BH.
Un núcleo con alta permeabilidad puede tener un valor de pendiente o inductancia con una amplia tolerancia.
La baja permeabilidad de los núcleos con entrehierro o fabricados en hierro en polvo hace que estos núcleos presenten una inductancia que se puede especificar dentro de límites muy estrictos.
Núcleos para corrientes de polarización de CC bajas (<400 mA) | Núcleos para corrientes de polarización de CC altas (>400 mA) |
Mida la inductancia con la corriente CC especificada en el devanado. Acepte límites amplios en el rango de valores de inductancia, pero el resultado debe ser mayor que un cierto valor mínimo. | Mida la inductancia sin corriente de polarización de CC. Establezca límites lo más estrictos posible, por ejemplo, 5%, como medio para verificar la brecha. |
Es esencial durante las pruebas de diseño confirmar que un estrangulador de CC exhibe la inductancia adecuada a la corriente de CC nominal.
Sin embargo, en las pruebas de producción, algunos choques de CC se pueden probar verificando la inductancia sin polarización de CC, pero especificar límites estrictos verificará que el núcleo tenga las vueltas correctas y, por lo tanto, la pendiente correcta para brindar la inductancia requerida a la corriente de CC especificada.