Dławiki prądu stałego – tło i pomiary

1. Co to jest odchylenie prądu stałego i kiedy należy je testować?

W kontekście transformatora lub dławika polaryzacja prądu stałego opisuje element prądu stałego, który jest dodawany do sygnału prądu przemiennego.
Wiele uzwojonych elementów musi działać pod wpływem przepływającego przez nie prądu stałego i na etapie projektowania konieczne jest ustalenie, czy element będzie działał prawidłowo przy określonym prądzie.
Jednakże w przypadku testów produkcyjnych możliwe jest potwierdzenie prawidłowego montażu, a tym samym prawidłowego działania uzwojonego elementu, bez stosowania napięcia stałego.

Jednak dla większej pewności należy sprawdzić obecność polaryzacji DC, używając jednostki polaryzacji DC, takiej jak DC1000A, aby zagwarantować prawidłowe działanie przy każdym poklepaniu.
Voltech AT5600 pozwala na integrację DC1000A i automatyczny audyt wydajności DC.

2, Zastosowania niskoprądowe i wysokoprądowe

W niektórych przypadkach prąd polaryzacji DC jest niewielki (poniżej 400 mA).
Jak na przykład w transformatorach telekomunikacyjnych, gdzie uzwojenie jest połączone szeregowo z prądem stałym zasilającym telefon.
W innych przypadkach prąd polaryzacji DC jest znacznie większy, na przykład w cewkach indukcyjnych używanych jako filtry wyjściowe w zasilaczach:

We wszystkich tych przypadkach uzwojony element musi zachować określoną indukcyjność przy znamionowym prądzie D płynącym w uzwojeniu.

3, Rozważania projektowe

Materiały magnetyczne, takie jak żelazo i ferryt, mają na ogół wysoką wartość przepuszczalności, co oznacza, że cewka o określonej liczbie zwojów będzie miała znacznie większą indukcyjność niż ten sam rdzeń w powietrzu.

Jednakże element uzwojony z rdzeniem o wysokiej przepuszczalności ma bardzo stromą krzywą BH i dlatego może tolerować tylko bardzo mały prąd polaryzacji DC, w przeciwnym razie rdzeń ulegnie nasyceniu.

Jeżeli rdzeń ulegnie nasyceniu, indukcyjność spadnie do bardzo niskiej wartości.

Aby wytworzyć cewkę, która będzie pracować przy wyższych wartościach prądu polaryzacji DC, konieczne jest zmniejszenie przepuszczalności rdzenia.
Odbywa się to poprzez wprowadzenie szczelin powietrznych w obwodzie magnetycznym, albo poprzez zastosowanie odstępu fizycznego, albo poprzez zastosowanie rdzenia wykonanego z kompozytu materiałów magnetycznych i niemagnetycznych (zapewniając efekt szczelin powietrznych).
Rdzenie ze szczelinami powietrznymi mają znacznie niższą ogólną przepuszczalność i mogą tolerować znacznie większe prądy stałe przed nasyceniem:

4, Testowanie odchylenia DC

4.1 Rdzenie dla małych prądów polaryzacji DC

Elementy uzwojone dla małych prądów polaryzacji prądu stałego są zwykle zbudowane z rdzeni o średniej do wysokiej przepuszczalności.
Wartość przepuszczalności takich rdzeni różni się w zależności od partii, gdyż zależy od procesu produkcyjnego samego rdzenia.
Ta zmiana skutkuje szeroką tolerancją zmierzonej indukcyjności uzwojenia, co widać w szerokiej tolerancji stałej indukcyjności (AL) określonej w specyfikacjach producentów rdzeni.
Ta zmiana indukcyjności powoduje, że niektóre cewki będą w stanie tolerować określony prąd polaryzacji DC, a inne nie:

Jedynym pewnym sposobem sprawdzenia, czy cewka może pracować przy określonym prądzie stałym, jest pomiar indukcyjności przy przepływie tego małego prądu polaryzacji DC , zapewniając, że indukcyjność wynosi co najmniej określoną wartość minimalną.
Wbudowane testy LSB LPB i ZB AT5600 pozwalają na polaryzację DC do 1 A bez potrzeby stosowania zewnętrznego źródła polaryzacji.

4.2 Rdzenie dla większych prądów polaryzacji DC

Jak wspomniano wcześniej, cewki dla wyższych prądów polaryzacji DC (większych niż około 400 mA) mają rdzeń o niskiej przepuszczalności ze względu na szczeliny powietrzne.
W miarę zwiększania się szczeliny powietrznej przepuszczalność, a co za tym idzie, indukcyjność spada, a obciążalność prądowa DC wzrasta, jak pokazano dla typowego ferrytowego rdzenia E ze szczeliną powietrzną poniżej. (Liczba zwojów jest taka sama dla każdej wartości.)

Pod warunkiem, że rdzeń nie ulegnie nasyceniu, co ustala się na etapie projektowania, wartość indukcyjności dowolnego transformatora będzie taka sama, z zastosowaniem polaryzacji DC lub bez niej.

Aby to zilustrować, poniższy wykres przedstawia pomiary indukcyjności uzyskane z transformatora z powyższej tabeli bez polaryzacji DC, w porównaniu z tym samym transformatorem z zastosowanym określonym polaryzacją DC.

W przypadku rdzeni z większymi szczelinami powietrznymi przepuszczalność, a co za tym idzie, indukcyjność zależą głównie od wielkości szczeliny i w znacznie mniejszym stopniu wpływają na nie różnice w materiale rdzenia.

Powoduje to, że zmiana indukcyjności jest znacznie mniejsza w przypadku rdzenia ze szczeliną, ponieważ szczelina ma znacznie bardziej stałą przepuszczalność niż sam materiał magnetyczny. Wartość indukcyjności będzie zatem przewidywalna w ramach wąskiej tolerancji.

Wynika z tego, że pomiar indukcyjności (bez polaryzacji DC) takiej cewki zapewnia niezbędną kontrolę, czy rdzeń ma odpowiednią szczelinę powietrzną, a zatem ma zdolność do pracy przy określonym prądzie stałym.

5, Wnioski dotyczące stronniczości DC

Wszystkie dławiki prądu stałego wykorzystują rdzenie o niskiej przepuszczalności, albo sproszkowane żelazo, albo rdzenie ferrytowe ze znaczną szczeliną powietrzną.

Niska przepuszczalność jest niezbędna, aby zapobiec nasyceniu rdzenia dużym prądem stałym.

Indukcyjność jest miarą nachylenia krzywej BH.

Rdzeń o dużej przepuszczalności może mieć wartość nachylenia lub indukcyjności z szeroką tolerancją.

Niska przepuszczalność rdzeni ze szczeliną powietrzną lub wykonanych ze sproszkowanego żelaza powoduje, że rdzenie te wykazują indukcyjność, którą można określić w bardzo wąskich granicach.

Podczas testów projektowych istotne jest potwierdzenie, że dławik prądu stałego wykazuje odpowiednią indukcyjność przy znamionowym prądzie stałym.

Jednakże podczas testów produkcyjnych niektóre dławiki prądu stałego można przetestować, sprawdzając indukcyjność bez polaryzacji prądu stałego, ale określenie wąskich granic pozwoli sprawdzić, czy rdzeń ma prawidłowe zwoje, a tym samym prawidłowe nachylenie, aby zapewnić wymaganą indukcyjność przy określonym prądzie prądu stałego .

6, patrz także