Induttori CC - Informazioni generali e misurazioni
Questo documento descrive i metodi di prova per tutti i tipi di induttori CC
1. Che cosa è la polarizzazione CC e quando dovrebbe essere testata?
Nel contesto di un trasformatore o di un induttore, la polarizzazione CC descrive un elemento di corrente costante che viene aggiunto al segnale CA.
Molti componenti avvolti devono funzionare con correnti continue che li attraversano e, durante la fase di progettazione, è necessario stabilire che il componente funzionerà correttamente con la corrente specificata.
Nel caso di test di produzione, tuttavia, è possibile confermare il corretto assemblaggio e quindi il corretto funzionamento di un componente avvolto, senza applicare una polarizzazione CC.
Tuttavia, per una maggiore sicurezza, è opportuno verificare la presenza di polarizzazione CC, utilizzando un'unità di polarizzazione CC come DC1000A per garantire il corretto funzionamento in ogni singolo circuito.
Voltech AT5600 consente l'integrazione di DC1000A e la verifica automatica delle prestazioni CC.
2, Applicazioni a bassa e alta corrente
In alcuni casi, la corrente di polarizzazione CC è piccola (inferiore a 400 mA).
Come, ad esempio, nei trasformatori per telecomunicazioni, in cui un avvolgimento è in serie con la corrente continua di alimentazione del telefono.
In altri casi, la corrente di polarizzazione CC è molto più grande, come negli induttori utilizzati come filtri di uscita sugli alimentatori:
In tutti questi casi, il componente avvolto deve mantenere un'induttanza specificata con la corrente nominale D che scorre nell'avvolgimento.
3. Considerazioni sulla progettazione
I materiali magnetici come il ferro e la ferrite hanno generalmente un valore elevato di permeabilità, vale a dire che una bobina con un dato numero di spire avrà molta più induttanza dello stesso nucleo in aria.
Tuttavia, un componente avvolto con un nucleo ad alta permeabilità ha una curva BH molto ripida e, pertanto, può tollerare solo una corrente di polarizzazione CC molto piccola, altrimenti il nucleo si saturerà.
Se il nucleo si satura, l'induttanza scenderà a un valore molto basso.
Per realizzare una bobina che funzioni con valori più elevati di corrente di polarizzazione continua, è necessario ridurre la permeabilità del nucleo.
Ciò si ottiene introducendo degli spazi d'aria nel circuito magnetico, sia utilizzando una spaziatura fisica, sia utilizzando un nucleo costituito da un composto di materiali magnetici e non magnetici (che fornisce l'effetto degli spazi d'aria).
I nuclei con intercapedini d'aria hanno una permeabilità complessiva molto più bassa e possono tollerare correnti CC molto più elevate prima di saturarsi:
4, Test di polarizzazione CC
4.1 Nuclei per piccole correnti di polarizzazione CC
I componenti avvolti per piccole correnti di polarizzazione CC sono generalmente realizzati con nuclei con permeabilità da media ad alta.
Il valore della permeabilità di tali nuclei varia da lotto a lotto, poiché dipende dal processo di fabbricazione del nucleo stesso.
Questa variazione determina un'ampia tolleranza dell'induttanza misurata dell'avvolgimento, come si evince dall'ampia tolleranza della costante di induttanza (AL) delle specifiche dei produttori del nucleo.
Questa variazione di induttanza comporta la possibilità che alcune bobine siano in grado di tollerare la corrente di polarizzazione CC specificata e altre no:
L'unico modo sicuro per verificare se la bobina può funzionare con la corrente continua specificata è misurare l'induttanza con questa piccola corrente di polarizzazione continua che scorre , assicurando che l'induttanza sia almeno il valore minimo specificato.
I test LSB LPB e ZB integrati nell'AT5600 consentono una polarizzazione CC fino a 1 Ampere senza la necessità di una sorgente di polarizzazione esterna.
4.2 Nuclei per correnti di polarizzazione CC maggiori
Come accennato in precedenza, le bobine per correnti di polarizzazione CC più elevate (superiori a circa 400 mA) hanno un nucleo a bassa permeabilità a causa degli spazi d'aria.
Aumentando l'intercapedine d'aria, la permeabilità e, di conseguenza, l'induttanza diminuiscono e la capacità di corrente continua aumenta, come mostrato di seguito per un tipico nucleo E in ferrite con intercapedine d'aria. (Il numero di spire è lo stesso per ciascun valore.)
Spazio d'aria | Induttanza | Capacità di corrente continua |
| 0,0 millimetri | 19,1 mH | 0,36 A |
| 0,2 millimetri | 9,2 mH | 1.37 Un |
| 0,5 millimetri | 5,9 mH | 2.06 Un |
| 1,0 millimetri | 4,9 mH | 2,53 Un |
| 2,0 millimetri | 4,1mH | 3.18 Un |
| 5,0 millimetri | 3,2 mH | 4,00 A |
A condizione che il nucleo non si saturi, cosa che viene stabilita durante la fase di progettazione, il valore dell'induttanza per qualsiasi trasformatore sarà lo stesso con o senza polarizzazione CC applicata.
Per illustrare ciò, il grafico seguente mostra le misurazioni dell'induttanza ottenute dal trasformatore nella tabella precedente senza polarizzazione CC, confrontate con lo stesso trasformatore con la polarizzazione CC specificata applicata.
Nei nuclei con traferri più grandi, la permeabilità e, quindi, l'induttanza sono determinate principalmente dalla dimensione del traferro e sono molto meno influenzate dalle variazioni del materiale del nucleo.
Ciò comporta che la variazione di induttanza sia molto più piccola con un nucleo gappato, poiché il gap ha una permeabilità molto più costante rispetto al materiale magnetico stesso. Il valore di induttanza sarà quindi prevedibile entro una tolleranza stretta.
Ne consegue, quindi, che una misurazione dell'induttanza (senza polarizzazione CC) di una tale bobina fornisce la verifica necessaria che il nucleo abbia il corretto traferro e, quindi, sia in grado di funzionare alla corrente CC specificata.
5, Conclusioni sul pregiudizio DC
Tutti gli induttori CC utilizzano nuclei a bassa permeabilità, in polvere di ferro o in ferrite con un traferro considerevole.
Una bassa permeabilità è essenziale per evitare che il nucleo si saturi con una grande corrente continua.
L'induttanza è una misura della pendenza della curva BH.
Un nucleo con elevata permeabilità può avere un valore di pendenza o di induttanza con un'ampia tolleranza.
La bassa permeabilità dei nuclei con intercapedine d'aria o realizzati in polvere di ferro fa sì che questi nuclei presentino un'induttanza che può essere specificata entro limiti molto ristretti.
Nuclei per basse correnti di polarizzazione in corrente continua (<400 mA) | Nuclei per elevate correnti di polarizzazione in corrente continua (>400 mA) |
Misurare l'induttanza con la corrente continua specificata nell'avvolgimento. Accetta ampi limiti nell'intervallo dei valori di induttanza, ma il risultato deve essere maggiore di un certo valore minimo. | Misura l'induttanza senza corrente di polarizzazione CC. Per verificare la differenza, impostare limiti quanto più rigidi possibile, ad esempio il 5%. |
Durante i test di progettazione è essenziale confermare che un induttore CC presenti la corretta induttanza alla corrente CC nominale.
Nei test di produzione, tuttavia, alcuni induttori CC possono essere testati controllando l'induttanza senza polarizzazione CC, ma specificando limiti rigorosi si verificherà che il nucleo abbia le spire corrette e, quindi, la pendenza corretta per fornire l'induttanza richiesta alla corrente CC specificata.