Determinare proprietati miezuri magnetice ?

[Vizitator cyclonb]

Seara buna!As vrea sa-i rog pe cei care eventual cunosc meserie, sa-mi explice cum as putea determina proprietatile unui miez magnetic, de exemplu un tor. Am mai multe toruri si nu stiu nimic despre ele, nu sunt toate la fel, unele sunt mai mari, altele mai mici sau de forme diferite, colorate sau nu, etc. M-am uitat in cateva cataloage si am vazut ca pentru a sti daca pot folosi un tor pentru un anumit scop, e important sa cunosc niste parametri, cum ar fi inductanta specifica, permeabilitatea, eventual raspunsul in frecventa si factorul de calitate. Nu-s chiar noob in materie de electronica, dar nu ma pricep la RF. Ii rog pe eventualii binevoitori care ar putea raspunde sa nu dea cu mine de pamant de la inaltimea unor expuneri in limbaj academic.Multumesc!

[nea_bobina]

Salut CyclonB,

 

Sper ca nu ai de gand sa experimentezi pe pielea unora vreo cine stie ce gaselnita care sa inlocuiasca temutul gaz letal folosit de nazisti ... hi.

 

In ceea ce ma priveste, nu-s "de meserie" (in sensul in care electronica nu este profesia curenta) dar am mai fost ajutat de cunoscuti care provin din medii tehnice, pentru a intelege anumite fenomene si pentru a-mi rezolva anumite chestiuni.

 

Intrebarea ta mi-a trezit amintiri extrem de placute, de pe vremea cand, iritat la culme de faptul ca nu reuseam sa rezolv o problema de adaptare intre secundarul unui transformator de frecventa intermediara si intrarea unui mixer pe inel cu diode, am dat din colt in colt si am inceput sa sap in problema elementelor reactive. Nu pot spune ca am o experienta deosebita, dar pana in prezent, ceea ce am aflat, mi-a fost de un mare si util folos. Acum sunt la serviciu si nu prea am timp mult la dispozitie, dar voi incerca sa fiu cat mai scurt posibil si sa mai dezvoltam ulterior.

 

De asemenea, iti atrag atentia ca la acest capitol, sunt multe de discutat si nu se pot cuprinde in cateva randuri. Apar tot soiul de fenomene si de situatii particulare, care trebuiesc disecate fiecare in parte. Pe forum exista o serie de oameni care ar putea sa ofere raspunsuri mult mai bune decat ale mele, dar cel mai probabil e ca sunt ocupati si fie au trecut in fuga peste intrebarea ta, fie inca n-au descoperit-o. Trebuie sa te inarmezi cu multa rabdare si sa astepti pana mai apar si alte raspunsuri. Nu vei elucida toate problemele dintr-o singura lovitura, ptr. ca n-ai cum.

 

Putina vorbarie, hi.

 

In primul rand, ptr. a determina anumite caracteristici ale miezurilor magnetice, iti trebuie echipamente sau mijloace pentru masurarea inductantei. O poti determina si experimental, folosind metoda rezonantei, dar asta implica erori destul de mari ale determinarii, iar cand se pune problema ca pe baza unei masuratori sa realizezi si alte determinari, atunci eroarea se propaga si se poate amplifica. Cu alte cuvinte, *pentru scopul pe care ti l-ai propus*, iti trebuie un instrument cat mai precis in vederea masurarii inductantei.

 

In al doilea rand, matematica si fizica de liceu sunt in general suficiente intr-o faza primara. Mai concret, capitolele de curent electric alternativ si continuu, magnetism, oscilatii si unde electromagnetice, operatiile algebrice standard (radicali si logaritmi, functia exponentiala) si cate ceva din lucrul cu numere complexe (asta, doar pentru fineturi).

 

In al treilea rand, vreau sa marturisesc in mod public ca la inceput, am fost obsedat si eu de ideea determinarilor cat mai precise. Dupa o vreme, am realizat ca prezinta o importanta mai mica decat intelegerea fenomenelor care se petrec intr-un circuit reactiv.

 

Un bun exemplu ar fi faptul ca nu te va incalzi cu nimic sa stii (sau sa determini) ca inductanta specifica AL a unui miez este fix 30. Pe baza acestui parametru vei afla, intr-adevar, *exact* cate spire va trebui sa bobinezi pe acel miez, pentru a realiza o anumita inductanta. Din pacate, dispersia proprietatilor unui miez este destul de mare, iar realizarea fizica a inductorului respectiv ofera si ea destule variabile pentru a te conduce la un rezultat aproape intotdeauna diferit fata de ceea ce ai calculat (dar suficient de apropiat, daca nu ai gresit, hi!).

 

Nu vreau sa te descurajez, pentru ca nu are sens. Vreau doar sa-ti explic faptul ca oricat te-ai stradui de exact sa fii, tot nu vei obtine rezultatele finale exact ca in calcule. Intotdeauna acestea vor fi insotite de erori, care sunt intotdeauna determinate de factori pe care cu greu ii poti controla in laboratoare profesionale, daramite in conditii de amatori.

Asadar, trebuie sa mai intelegi ca daca te incadrezi intr-o zona de eroare globala de pana la 10%, nu e nici o nenorocire. In principiu, oricare circuit rezonant este si ajustabil, fie din miezuri, fie din bobinaj, fie cu ajutorul unor capacitati aferente.

 

Determinarile pe care le vei realiza nu vor face decat sa-ti ofere o idee asupra zonei in care poti utiliza miezul respectiv si a unui numar aproximativ de spire pe care va trebui sa-l bobinezi. Finalizarea dispozitivului in sine n-o vei putea realiza decat practic, experimental, iar pentru asta ai nevoie de unele echipamente de masura.

 

Eu folosesc un impedantmetru mai vechi (TESLA BM358), osciloscop, frecventmetru si generator RF. Consider ca ultimele trei sunt un minim necesar pe masa oricarui amator care vrea sa obtina ceva rezultate in domeniul RF, altfel... restul e gargara. Impedantmetrul e un instrument pretios si mai nou, e inlocuit de analizoare complexe. La nivel de amator, poti inlocui partial impedantmetrul cu un dispozitiv pentru masurarea inductantei, dar asta nu va fi intotdeauna suficient. De asemenea, tind sa cred ca o punte de zgomot pentru masurarea impedantelor ar fi utila, desi inca nu am experimentat vreuna, devreme ce n-am avut nevoie.

 

Inarmat cu acestea, cred ca ai putea sa te descurci. Fara ele, imi vine greu sa cred ca vei putea incerca determinarile pe care ti le propui.

 

Si acum, pe scurt, cat mai practic.

 

Pentru uzul nostru de amatori, proprietatile cele mai importante ale unui miez magnetic ar fi inductanta specifica AL si permeabilitatea relativa μr. Cele mai multe cataloage ale producatorilor sau distribuitorilor de miezuri magnetice, ofera aceste date.

 

Pentru determinarea celor doi parametri mai sus amintiti, ai nevoie sa folosesti un inductor de test, realizat pe miezul analizat, si sa ii masori cat mai precis inductanta (asta daca vrei sa "faci farmacie", asa cum spune un bun prieten de-al meu).

 

Bobinezi 10 spire dintr-un conductor potrivit cu miezul respectiv si apoi masori inductanta. Aplici apoi formula AL = L / N^2 .

 

NOTA1: de obicei, AL se exprima in [nH/sp^2] (nanoHenry per spira la patrat). Cand masori inductanta, L se exprima de obicei in uH. Pentru a obtine un rezultat corect, va trebui sa faci conversia 1μH = 10^3nH.

 

NOTA2: Probabil ca ai auzit de AMIDON Corp., unul dintre cei mai importanti distribuitori de miezuri magnetice. Cataloagele lor ofera parametrul AL exprimat in μH/100 spire. Ex: toroid T130-2 are AL=110 μH/100sp. Pentru a transforma in nH/sp^2, imparti pur si simplu la 10 valoarea AL-ului din catalogul lor. Astfel, acelasi AL = 11nH/sp^2 . Pot confirma aceasta valoare, intrucat tocmai am lucrat acum 1 saptamana cu toruri de acest tip.

 

Determinarea permeabilitatii relative μr am realizat-o doar pentru miezuri toroidale. Pentru acestea, poti aplica urmatoarea formula (extrasa din vechea documentatie a miezurilor toroidale fabricate de fosta - si cred ca si regretata - intreprindere AFERRO. S.A. :

 

μr = (L * 10^4) / [4.6 * N^2 * h * log (Фe/Фi)]

 

unde:

L se exprima in μH;

N^2 = patratul numarului de spire;

h = inaltimea torului in mm;

Фe si Фi = diametrul exterior si interior, in mm.

 

NOTA: determinarea parametrului μr e o trazneala de care ma ocup mai recent. N-am avut timp sa efectuez serii mai largi de masuratori care sa-mi confirme valorile din cataloage. Vreau sa spun ca formula e corecta, dar n-am avut timpul necesar pentru a o verifica suficient. Pentru acest lucru, e nevoie de o serie mai larga de teste si masuratori.

 

Daca ai acces la un impedantmetru sau analizor, aceste instrumente iti pot arata cum variaza faza intr-un domeniu de frecventa explorat. Daca faza este ferm pozitiva (+85-90) grade, caracterul impedantei este inductiv. Invers, faza negativa indica un caracter capacitiv. Astfel, iti poti da seama daca miezul respectiv poate fi folosit in zona care te intereseaza.

 

Un exemplu tipic.

Torurile din zona IT (PC-uri si surse in comutatie) nu prezinta de regula caracteristici acceptabile pentru zona RF (3-30MHz). Cele mai multe dintre aceste toruri functioneaza corect in zona VLF, respectiv < 300 KHz. Datorita pierderilor inerente in materialul magnetic, utilizarea lor in zona RF se va solda de regula cu incalzire excesiva.

Daca vei analiza un astfel de tor, vei constata ca faza se mentine inspre +90 grade la frecvente de explorare de pana 300 KHz, iar de la 500KHz in sus se va indrepta vertiginos spre zero, apoi spre -90 grade. Am constatat practic ca inductantele realizate pe aceste toruri prezinta faza negativa (-90 grade) incepand chiar de pe la 2 sau 3 Mhz.

 

Daca ai posibilitatea sa obtii informatiile de faza, frecventa si modul al impedantei, poti construi un tabel (Excel, OpenOffice, etc.) la care sa adaugi formule si sa-ti calculeze automat parametrii de mai sus, inclusiv capacitatea parazita a infasurarii, pierderi, return-loss, SWR, coeficient de reflexie, etc.

 

Echipamentele moderne de tip analizor stiu sa faca asta automat. Eu am vrut sa-ti spun ca se poate si cu mijloace care nu existau in urma cu 30-40 ani. Hi !

 

Resurse suplimentare utile:

 

- Mini Ring Core Calculator - un soft care detine o baza de date cu parametrii torurilor de la AMIDON si alte corporatii, te ajuta sa calculezi nr. de spire in functie de AL, calculeaza reactante, inductante, etc. Il recomand cu caldura, dar nu inlocuieste munca proprie. Hi !

 

- Inductance Converter, daca ti-e lene sa faci socoteli manuale.

 

- Unit Converter, pentru conversia diferitelor marimi . Foarte bun.

 

- Professor Coyle cylinder HTML calculator , ptr. calculul bobinelor fara miez pe forme cilindrice.

 

- Solenoid Inductance calculator (Alan Yates, VK2ZAY), un foarte bun calculator al inductantei bobinelor fara miez, de forma cilindrica, in functie de diametru, lungime, nr. de spire, grosimea conductorului si permeabilitatea relativa.

 

- Single-layer Air Core Calculator (Pronine Electronics Design). Un alt calculator de bobine in aer, care il poate completa pe primul sau cu ajutorul caruia poti efectua verificari incrucisate. Suporta mai multe tipuri de unitati de masura (inch/mm, etc.). Tot pe site-ul lor, vei mai gasi si alte calculatoare online deosebit de utile.

 

- Reactance Calculator (Electronics 2000). Te poate ajuta atunci cand iti este lene sa folosesti calculatorul propriu, hi.

 

- LC Resonance Frequency Calculator (What Circuits). Idem. Socoteste in locul tau, daca ti-e lene.

 

Totusi, pentru exersarea neuronilor, recomand oricui sa memoreze cateva formule si sa bata cu propriul sau deget in calculatorul de birou (chiar daca e sub forma unui program de PC). Asta dezvolta perspicacitatea in analiza fenomenelor si timpul de reactie, precum si aptitudini de calcul elementar matematic.

 

In speranta ca cele relatate mai sus iti vor fi de folos, iti urez multa bafta si ii rog pe cei care ar mai putea aduce putina lumina in domeniu, sa posteze in folosul intregii comunitati.

[Vizitator cyclonb]

Inarmat cu acestea, cred ca ai putea sa te descurci. Fara ele, imi vine greu sa cred ca vei putea incerca determinarile pe care ti le propui.

Buna ziua, dle "Nea Bobina"!Va multumesc pentru raspuns si detalii... Ce sa zic, citind cele expuse, mi-a cam disparut avantul, dar parca nu-mi vine sa ma las pagubas. Sincer, nu dispun de generator RF si nici de impedantmetru, sau altceva cu care sa pot masura inductante mici. Pe instrumentul de masura AVO, am un masurator de inductanta, dar porneste de pe la 200uH si dupa cum am vazut, cele mai multe bobine din zona RF au valori ale inductantelor intre 0.1uH si 100uH, adica exact ce nu prea pot masura. Probabil ca va trebui sa caut sau sa-mi construiesc un asemenea dispozitiv de masura, dar o sa-mi ia ceva timp. Din fericire, ma pot folosi de vreo 2 osciloscoape care merg pana pe la 20MHz. Voi studia cele mentionate si sper ca-mi voi putea innoi micul "laborator" si cu un echipament de masura adecvat. Multumiri si multa sanatate! Cyclon.B

[nea_bobina]

Continuare din numarul trecut

 

De retinut:

- inductanta specifica AL depinde de geometria miezului si de permeabilitatea acestuia. De exemplu, la un tor, chiar daca e realizat din acelasi material (cu aceleasi proprietati, aceasi permeabilitate), AL va fi direct proportional cu dimensiunile torului. La un tor cu diametru mai mare, AL va fi mai mare. Cu cat permeabilitatea e mai mare, cu atat si AL va fi mai mare.

 

Acest lucru se poate verifica atat din datele de catalog cat si din formulele prin care se poate calcula permeabilitatea. Help-ul programului MiniRingCore Calculator e foarte util in acest sens. Atasez mai jos o imagine care prezinta formulele de calcul pentru permeabilitate extrase de mine din help-ul respectiv, apoi aplicate intr-o foaie de calcul Excel. In aceasi foaie de calcul se poate observa si formula extrasa din catalogul de ferite AFERRO, care ofera acelasi rezultat.

 

 

NOTA: unii care s-ar putea sa "observe" ca permeabilitatea vidului μ0 este exprimata in H/m, e posibil sa se intrebe de ce permeabilitatea initiala μi rezultata din calcule, nu are vreo unitate de masura. Raspunsul e simplu: e adimensionala. Verificati unitatile de masura din formula μi si va veti convinge. Mentionez acest lucru, deoarece deja mi s-a mai pus o astfel de intrebare. ATENTIE, in formula respectiva apare si AL exprimat in nH/sp^2 . Spirele ... nu se pun la socoteala ca si unitati de masura, hi hi. Atunci cand nu sunteti siguri de forma unitatii de masura finale, convertiti totul in [sI] si interpretati abia la final.

 

Pentru a demonstra verificarea afirmatiilor de mai sus prin specificatiile de catalog, poti urmari imaginea de mai jos, in care am incadrat cu rosu doua miezuri toroidale fabricate din material F4a. Primul e mai mic, are 9x6x2mm si AL-ul este intre 10.6 - 16nH/sp^2 . Daca vei privi mai jos, vei remarca celalalt miez, mai mare, de 20x10x10, la care AL-ul este dat intre 82.34 si 123.75 nH/sp^2 .

 

 

- folosind un tor cu permeabilitate mare (implicit si AL mai mare), se reduce numarul de spire pentru obtinerea unei inductante anume; prima consecinta pozitiva este reducerea capacitatii parazite dintre spire, si de aici evitarea rezonantelor nedorite in zona de operare.

 

Accesand link-ul de mai jos, cei care au nevoie, pot descarca un extras din catalogul AFERRO din 1989, in format PDF (594Kb):

 

CATALOG MIEZURI MAGNETICE - AFERRO S.A. (1989)

 

Mai sunt multe de spus, dar deocamdata, e de ajuns. Am avut o zi plina!

[Vizitator cyclonb]

Continuare din numarul trecut

Dl. Nea Bobina, multumesc pentru raspunsuri. Scuze pentru raspunsul tarziu, dar am fost plecat putin cu niste treburi. Abia acum am vizitat forumul si am vazut raspunsul dvs. Cred c-o sa mai am ceva intrebari, dar nu le voi pune chiar acum. Daca o sa puteti sa-mi raspundeti, ar fi super - daca nu, nu-i cu suparare! Multam frumos si multa sanatate!