Dławiki DC - podstawy i pomiary
W dokumencie tym opisano metody testowania wszystkich typów dławików prądu stałego
1. Czym jest polaryzacja DC i kiedy należy ją testować?
W kontekście transformatora lub dławika, polaryzacja prądu stałego opisuje stały element prądowy dodawany do sygnału prądu przemiennego.
Wiele elementów uzwojonych musi działać pod wpływem prądu stałego, dlatego na etapie projektowania należy upewnić się, że element będzie działał prawidłowo przy określonym natężeniu prądu.
Natomiast w przypadku testów produkcyjnych możliwe jest potwierdzenie prawidłowego montażu, a co za tym idzie, prawidłowego działania uzwojonego podzespołu, bez stosowania polaryzacji prądem stałym.
Jednak dla uzyskania największej pewności należy sprawdzić obecność polaryzacji DC, używając urządzenia do polaryzacji DC, takiego jak DC1000A, aby zagwarantować prawidłową pracę każdego układu.
Voltech AT5600 umożliwia 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 stałej jest znacznie większy, jak na przykład w cewkach indukcyjnych stosowanych jako filtry wyjściowe w zasilaczach:
We wszystkich tych przypadkach element uzwojony musi zachować określoną indukcyjność przy znamionowym prądzie D płynącym w uzwojeniu.
3. Rozważania projektowe
Materiały magnetyczne, takie jak żelazo i ferryt, charakteryzują się na ogół wysoką przenikalnością magnetyczną, tzn. cewka o danej liczbie zwojów będzie miała znacznie większą indukcyjność niż taki sam rdzeń w powietrzu.
Jednakże element nawinięty z rdzeniem o dużej przenikalności ma bardzo stromą krzywą BH i dlatego może tolerować tylko bardzo mały prąd polaryzacji stałej, w przeciwnym razie rdzeń ulegnie nasyceniu.
Jeżeli rdzeń ulegnie nasyceniu, indukcyjność spadnie do bardzo niskiej wartości.
Aby wykonać cewkę, która będzie mogła pracować przy większych wartościach prądu polaryzacji stałego, konieczne jest zmniejszenie przenikalności magnetycznej rdzenia.
Osiąga się to poprzez wprowadzenie szczelin powietrznych do obwodu magnetycznego, albo za pomocą fizycznego odstępu, albo za pomocą rdzenia wykonanego z kompozytu materiałów magnetycznych i niemagnetycznych (zapewniającego efekt szczelin powietrznych).
Rdzenie ze szczelinami powietrznymi mają znacznie niższą ogólną przenikalność i mogą tolerować znacznie większe prądy stałe przed nasyceniem:
4. Testowanie polaryzacji DC
4.1 Rdzenie do małych prądów polaryzacji DC
Elementy uzwojone przeznaczone do małych prądów polaryzacji stałych są na ogół konstruowane z rdzeniami o średniej lub wysokiej przenikalności.
Wartość przenikalności takich rdzeni różni się w zależności od partii, ponieważ zależy od procesu produkcyjnego samego rdzenia.
Taka zmiana skutkuje dużą tolerancją mierzonej indukcyjności uzwojenia, co widać po dużej tolerancji stałej indukcyjności (AL) podanej w specyfikacjach producentów rdzeni.
Taka zmiana indukcyjności powoduje, że niektóre cewki mogą tolerować określony prąd polaryzacji stałej, a inne nie:
Jedynym pewnym sposobem sprawdzenia, czy cewka może pracować przy określonym prądzie stałym, jest zmierzenie indukcyjności przy tym małym prądzie polaryzacji stałym płynącym przez cewkę , zapewnia się, że indukcyjność wynosi co najmniej określoną wartość minimalną.
Wbudowane testy LSB, LPB i ZB układu AT5600 pozwalają na polaryzację prądem stałym do 1 A bez potrzeby stosowania zewnętrznego źródła polaryzacji.
4.2 Rdzenie do większych prądów polaryzacji DC
Jak wspomniano wcześniej, cewki przeznaczone do wyższych prądów polaryzacji stałej (większych niż około 400 mA) mają rdzeń o niskiej przenikalności ze względu na szczeliny powietrzne.
W miarę zwiększania szczeliny powietrznej przenikalność, a zatem i indukcyjność, spada, a zdolność przesyłu prądu stałego wzrasta, jak pokazano poniżej dla typowego rdzenia ferrytowego E ze szczeliną powietrzną. (Liczba zwojów jest taka sama dla każdej wartości.)
Szczelina powietrzna | Indukcyjność | Możliwość przepływu prądu stałego |
| 0,0 mm | 19,1 miligodzin | 0,36 A |
| 0,2 mm | 9,2 mililitrów | 1,37 A |
| 0,5 mm | 5,9 miligodziny | 2,06 A |
| 1,0 mm | 4,9 mililitrów | 2,53 A |
| 2,0 mm | 4,1 miligodziny | 3.18A |
| 5,0 mm | 3,2 mililitrów | 4,00 A |
Pod warunkiem, że rdzeń nie ulegnie nasyceniu, co ustala się na etapie projektowania, wartość indukcyjności dowolnego transformatora będzie taka sama bez względu na to, czy zostanie przyłożone napięcie stałe, czy nie.
Aby to zobrazować, poniższy wykres przedstawia pomiary indukcyjności uzyskane z transformatora z tabeli powyżej bez polaryzacji prądem stałym w porównaniu z tym samym transformatorem z zastosowaną określoną polaryzacją prądem stałym.
W przypadku rdzeni z większymi szczelinami powietrznymi przenikalność, a zatem i indukcyjność, zależą przede wszystkim od rozmiaru szczeliny i w znacznie mniejszym stopniu zależą od zmian w materiale rdzenia.
W rezultacie zmienność indukcyjności jest znacznie mniejsza w przypadku rdzenia z przerwą, ponieważ przerwa ma znacznie bardziej stałą przenikalność niż sam materiał magnetyczny. Wartość indukcyjności będzie zatem przewidywalna w ramach ścisłej tolerancji.
Zatem pomiar indukcyjności (bez polaryzacji prądem stałym) takiej cewki umożliwia sprawdzenie, czy rdzeń ma prawidłową szczelinę powietrzną i czy w związku z tym może pracować przy określonym prądzie stałym.
5. Wnioski dotyczące stronniczości DC
Wszystkie dławiki prądu stałego wykorzystują rdzenie o niskiej przenikalności magnetycznej, wykonane albo z proszku żelaza, albo z rdzeni ferrytowych, ze znaczną szczeliną powietrzną.
Niska przenikalność jest niezbędna, aby zapobiec nasyceniu rdzenia dużym prądem stałym.
Indukcyjność jest miarą nachylenia krzywej BH.
Rdzeń o dużej przenikalności może mieć nachylenie lub wartość indukcyjności z szeroką tolerancją.
Niska przenikalność elektryczna rdzeni ze szczeliną powietrzną lub wykonanych ze sproszkowanego żelaza sprawia, że rdzenie te charakteryzują się indukcyjnością, którą można określać w bardzo ścisłych granicach.
Rdzenie do niskich prądów polaryzacji DC (<400 mA) | Rdzenie do wysokich prądów polaryzacji DC (>400 mA) |
Zmierz indukcyjność przy określonym prądzie stałym w uzwojeniu. Akceptuj szerokie granice zakresu wartości indukcyjności, ale wynik musi być większy od pewnej wartości minimalnej. | Pomiar indukcyjności bez prądu polaryzacji stałego. Ustal limity tak ciasne jak to możliwe, np. 5%, aby zweryfikować lukę. |
Podczas testów projektowych istotne jest potwierdzenie, że dławik prądu stałego ma właściwą indukcyjność przy znamionowym prądzie stałym.
Jednak podczas testów produkcyjnych niektóre dławiki prądu stałego można testować, sprawdzając indukcyjność bez polaryzacji prądem stałym, ale określenie ścisłych limitów pozwoli zweryfikować, czy rdzeń ma właściwą liczbę zwojów, a zatem i właściwe nachylenie, aby zapewnić wymaganą indukcyjność przy określonym prądzie stałym.