Как измерить ток насыщения дросселя?

В моей статье об импульсном источнике питания на базе IR2156 с корректором коэффициента мощности на MC33262 уже описывался способ измерения тока насыщения. Однако, понимая, что найти эту информацию внутри непрофильного материала непросто, я решил посвятить теме отдельную статью. Здесь вопрос насыщения дросселей будет раскрыт гораздо подробнее.

Когда заходит речь о насыщении дросселя, подразумевается, что насыщается не сама обмотка, а магнитопровод, на котором она намотана. Соответственно, этому явлению подвержены лишь те катушки индуктивности, которые имеют в своем составе сердечник. Катушки без магнитопровода (воздушные) не насыщаются в принципе — их ток насыщения равен бесконечности.

Что же такое насыщение?

Насыщение магнитопровода — это состояние, при котором он уже накопил максимально возможное количество энергии в своем магнитном поле и больше принимать ее не способен. Это происходит тогда, когда фактическое значение магнитной индукции в материале приближается к значению индукции насыщения (Bsat) для данного конкретного сердечника.

Индукция насыщения — это предельная величина индукции, при достижении которой магнитопровод теряет свои свойства. Она напрямую зависит от материала, из которого изготовлен магнитопровод.

Ток насыщения

Для дросселей как для готовых изделий был введен специальный параметр — «ток насыщения».

Ток насыщения дросселя — это такое значение протекающего через него тока (в конкретном конструктивном исполнении), при котором индукция в магнитопроводе достигает значения индукции насыщения.

Когда индукция в сердечнике доходит до этой критической точки, происходит резкое и значительное снижение магнитной проницаемости материала — вплоть до единицы (как у воздуха). Вследствие этого индуктивность дросселя падает до уровня, как если бы из катушки просто извлекли сердечник. В насыщенном состоянии индуктивность определяется исключительно геометрическими размерами намотки и количеством витков.

Если дроссель содержит мало витков, а сечение провода относительно велико, то в состоянии насыщения его можно утрированно считать обычной перемычкой. Его реактивное сопротивление устремляется к нулю, а активное сопротивление обмотки ничтожно мало.

Переход дросселя из нормального рабочего режима в состояние насыщения происходит не мгновенно. Между этими фазами всегда есть нелинейный участок («колено» характеристики). Его протяженность зависит от материала сердечника и может быть как едва заметной (как у ферритов), так и растянутой (как у распыленного железа).

Фактическое значение тока насыщения готового дросселя определяется:

Габаритами и материалом магнитопровода;
Количеством витков обмотки;
Величиной немагнитного зазора в магнитопроводе (если он есть).

Для конкретного сердечника из конкретного материала намагничивающая сила насыщения — величина постоянная, и выражается она в Ампер-витках (А·виток).

Отсюда вытекают три важнейших практических правила:

При прочих равных: чем больше физические габариты магнитопровода — тем выше ток насыщения дросселя.
При прочих равных: чем больше витков содержит обмотка дросселя — тем меньше ток насыщения, но тем больше индуктивность.
При прочих равных: чем больше величина немагнитного зазора в магнитопроводе — тем выше ток насыщения, но меньше индуктивность.

Как измерить ток насыщения дросселя?

А теперь перейдем непосредственно к тому, как измерить ток насыщения на практике. Стенд собирается по следующей схеме:

Принцип работы прост. В исходном состоянии ключ разомкнут, а емкий электролитический конденсатор заряжается от источника 25–40 В через ограничительный резистор 100–200 Ом (мощностью 2–10 Вт). Мощность самого источника питания роли не играет.

Для замера достаточно кратковременно (буквально на долю секунды) замкнуть ключ, разряжая конденсатор через цепь из исследуемого дросселя и низкоомного шунта. Осциллограф, подключенный параллельно шунту, зафиксирует форму нарастания тока во времени:

Вначале ток через дроссель растет линейно. Но как только сердечник насыщается, индуктивность падает, а график напряжения на шунте резко устремляется вверх. Наша задача — найти на осциллограмме точку перегиба (границу перехода линейного участка в крутой подъем) и измерить напряжение в ней.

По закону Ома вычисляем ток насыщения:

Ток насыщения = напряжение на шунте в точке перегиба / сопротивление шунта

В нашем случае: напряжение в точке излома составляет 0.72 В, сопротивление шунта — 0.1 Ом. Ток насыщения: 0.72 В / 0.1 Ом = 7.2 А.

Итог

Как вы видите, измерить ток насыщения дросселя даже в домашних условиях очень просто — это не требует каких-то особых ухищрений или сложного оборудования. Метод «конденсатора и кнопки» доступен каждому любителю электроники, но при этом дает стопроцентно точный результат.

Измерив ток насыщения один раз на таком простом стенде, вы застрахуете свое устройство от неожиданных «бабахов» и выбитых силовых ключей. Потраченные полчаса на сборку тестовой схемы гарантированно сэкономят вам кучу времени, нервов и денег на покупку новых транзисторов.

Удачных вам конструкций и холодных ферритов!

дроссель

насыщение

ток насыщения

измерения

пост

как измерить

Electronic Chip

Спасибо большое 😁

Очень полезная информация, а то как раз собирался бу ферит использовать и думал уже гуглить как все замерить и расчитать, а тут уже часть информации написана👍😉

Кстати, в ИЛТ мониторах попадались дросселя-гантели намагниченные и выводы обозначенны полярными, интересно узнать ваше мнение о таких дросселях😊

Aug 22 09:33 (changed)

Electronic ChipReplying to Илья 'Nem0' Стельмах

Илья 'Nem0' Стельмах, я такое увидел в ЭЛТ мониторе и стало очень интересно как работает 😊 всё таки в электронике всегда интересно позновать что то новое😁

Вот что пишет ИИ:Поляризованный дроссель имеет сердечник с постоянным магнитом, который создаёт в нём постоянное магнитное поле. Поле тока в обмотке складывается с полем магнита или вычитается из него в зависимости от направления тока. Поэтому такой дроссель имеет разную индуктивность при разных направлениях и величинах тока — именно поэтому на выводах у него может быть обозначена полярность.

Aug 22 19:44

Electronic ChipReplying to Electronic Chip

Electronic Chip,

При прохождении переменного сигнала постоянное магнитное поле задаёт рабочую точку сердечника, а переменная составляющая тока изменяет магнитный поток вокруг этой точки. Из-за нелинейности магнитного материала дроссель по-разному реагирует на разные участки сигнала: его эффективная индуктивность изменяется вместе с током. Таким образом, он может специально изменять форму тока, а не просто подавлять высокие частоты, как обычный линейный дроссель.

В ЭЛТ-мониторах такие дроссели применялись, например, в цепях горизонтальной развёртки как катушки линейности. Они изменяли индуктивность в зависимости от тока отклоняющих катушек и тем самым корректировали форму тока развёртки. Благодаря этому электронный луч перемещался по экрану более равномерно, что уменьшало геометрические искажения и улучшало линейность изображения.

Aug 22 19:45