Determinare parametri di induttori recuperati da PCB

[lelerelele]

Per quello dicevo che forse e' meglio usare il sistema degli impulsi, almeno si parte dal minimo e quando ci si rende conto che la curva inizia a salire piu velocemente ci si ferma

ma penso di essermi spiegato male.
se parto da un teno di impulsi, (PWM), con un duty del 1%, od inferiore, non mi costa nulla, cosa c'è che non va?

risalendo fino ad essere vicino alla saturazione dici che brucia qualcosa?

comunque a me non è mai capitato, non ho mai lasciato il tutto alimentato in saturazione per ore.

saluti.

[Etemenanki]

No, scusa, mi riferivo allo schema di prima, quello che scarica il condensatore sull'induttanza, ed anch'io dicevo che era meglio usare il sistema che dici tu del treno di impulsi con la larghezza dell'impulso variabile (ho fatto un po di confusione pure io probabilmente)

Solo, piu che PWM (se tu intendi un PWM generato da una MCU) pensavo proprio ad impulsi a frequenza fissa, tipo 50 o 100 Hz, ma con la parte positiva variabile con piu precisione del solito PWM che si puo ottenere dalle MCU (che se non sbaglio sotto l'1% non puo andare), mentre con il sistema del monostabile pilotato, se realizzato bene puoi partire anche da pochi microsecondi (nel caso ci fosse da testare roba con bassissima induttanza ed alte correnti) ...

[lelerelele]

Ah ok, mi pareva.

Solo, piu che PWM (se tu intendi un PWM generato da una MCU) pensavo proprio ad impulsi a frequenza fissa, tipo 50 o 100 Hz, ma con la parte positiva variabile con piu precisione del solito PWM che si puo ottenere dalle MCU (che se non sbaglio sotto l'1% non puo andare)

o ho fatto qualcosina con gli STM32, da quanto ricordo, mi pare che anche le versioni inferiori,(clock intorno ad i 48MHz), non abbiano problemi a darti un'impulso inferiore al microsecondo con frequenze basse, con timer a 32 bit ottieni elevatissime suddivisioni.

saluti.

[MarcoD]

Ho simulato quale potrebbe essere l'andamento di tensione e corrente nel transitorio del circuito di PietroBaima.
Allego l'immagine del transitorio senza saturazione dell'induttanza ( 1 mH costante)
e con una saturazione ipotizzando che con una corrente maggiore di 0,15 A l'induttanza incrementale passi da 1 mH a 0,25 mH.

[AlberManR]

Salve a tutti.

Ci sarebbe un metodo semplice per avere un'idea del valore di saturazione.

Non so se è applicabile a qualsiasi tipo di induttanza ma penso di no, sicuramente funziona con induttanze avvolte su nucleo ad alta permeabilità, perché in quelle con bassa permeabilità o con traferro, i normali strumenti di laboratorio potrebbero non essere sufficienti.

E' un metodo adottato 30 - 40 anni fa dalle FS per verificare la qualità del nucleo di molte induttanze che venivano montate nei circuiti per il segnalamento ferroviario.

Mi sembra che ora, sui nuovi componenti avvolti, non sia più richiesto.

Per dare un'idea di come si svolge la prova, oltre alla descrizione metto anche delle foto.
Basta un generatore di funzioni ed un oscilloscopio preferibilmente con i cursori per fare le misure.

OT: su un altro post ho mostrato i miei strumenti vintage, ma non significa che non possa avere anche qualcosa di più attuale... fine OT.

Non so quante foto si possono mettere in un unico post, casomai quelle che no ci vanno le allegherò ad un successivo post.

(foto 10) Ho preso nel cassetto delle cianfrusaglie elettroniche un vecchio filtro di rete di cui non conosco nessuna caratteristica. L'unica cosa che so è che dovrebbe avere un nucleo ad alta permeabilità, perlomeno questo avviene nella maggior parte dei filtri di rete.

(foto 20) Gli ho applicato, su uno dei 2 avvolgimenti, un segnale ad onda quadra in questo caso di 7Vpp 50Hz. Questi parametri non sono critici e possono esere modificati per ottenere una forma d'onda simile a quella della successiva foto. L'unica accortezza è che la lunghezza del fronte positivo deve essere superiore al tempo che impiega l'induttanza a saturarsi, altrimenti non si riuscirebbe a fare le misurazioni successive.

(foto 30) Dopo aver regolato il generatore per ottenere una forma d'onda simile a quella della foto, con i cursori posso andare a fare delle misure.

In questo caso lo strumento mi dice già che il fronte positivo ha un'area di 1,911 mVs. In realtà non è l'area che ci interessa, perché quando la forma d'onda inizia la sua discesa finale più ripida, significa che è già in satutazione.

Mettendo i cursori di tempo tra inizio del fronte ed il ginocchio che porta alla discesa finale più ripida, si ha un'idea del tempo che impiega l'induttanza per arrivare all'inizio della saturazione.

Mettendo anche i cursori di ampiezza, devo regolare il cursore superiore in modo che la parte dell'onda che lo supera sulla sinistra sia simile come area a quella mancante sulla destra in modo da creare una specie di rettangolo con la stessa area della porzione di onda tra i 2 cursori di tempo. Se avete un oscilloscopio in grado di misurare l'area tra i due cursori di tempo è meglio perché evitate questa ulteriore incertezza nella misura.

Nella foto si vede un delta di tempo tra i 2 cursori di 500 uS ed ampiezza di 3,5V da cui ampiezza per tempo = 1,75 mVs, infatti meno di quanto indicava l'oscilloscopio per l'intero fronte positivo.

A questo punto abbiamo l'area di saturazione del nucleo di quella bobina, quindi potremmo fare dei calcoli per sapere quando satura applicando un segnale sinusoidale. Quell'area non è altro che la stessa area del fronte positivo di una sinusoide, in pratica il valore RMS oltre il quale inizia la saturazione.

Facciamo un esempio di voler applicare una sinusoide a 1000Hz e voler sapere a quale ampiezza inizia a saturare.

il periodo di 1000 Hz è 1/1000 = 1 ms, mentre il solo fronte positivo è 0,5 ms. Se divido il valore calcolato in precedenza 1,75 mVs per il tempo del fronte positivo 0,5 ms, ottengo 3,5 che è l'area massima del fronte positivo, cioè il valore RMS della sinusoide a 1000Hz.

(foto 40) Se applico 3,5 Vrms a 1000Hz all'indutanza si vede una forma d'onda quasi perfetta. Non deltutto perfetta perché siamo comunque ai limiti della saturazione ed il generatore ha una resitenza interna di 50 ohm che non permette alla forma d'onda di far uscire una sinusoide perfetta.

(foto 50) Se applico 4 Vrms, la deformazione dovuta alla saturazione si nota maggiormente, cosa che diventa evidentissimo (foto 60) a 4,5 Vrms.

Naturalmente se si avesse anche una sonda di corrente la situazione sarebbe più facilmente visibile.

Comunque lo scopo di questa prova era di stimare a quale tensione inizia la saturazione ed in questo esempio è 3,5 Vrms a 1000 Hz.

Saluti a tutti da Alberto

[AlberManR]

Foto mancanti

Salti a tutti da Alberto

[SandroCalligaro]

Interessanti i post di AlberManR, devo leggermeli con calma...

Concordo però con chi propone i test in onda quadra, con duty-cycle variabile. Questo perché corrisponde praticamente ad applicare un valore di flusso concatenato ben definito (pari circa a tensione applicata per durata dell'impulso).
Se la dimensione dell'induttore è grande, l'ideale è applicare l'impulso ad un MOSFET + diodo di ricircolo, tramite un buon driver, magari con tensione di alimentazione variabile.

Se si ha il timore di eccedere dal punto di vista termico, si può sempre applicare un impulso ogni tanto (con microcontrollore è facile contare dei secondi, ad esempio), oppure semplicemente, come hanno già detto altri, far durare poco la prova (tanto, con un oscilloscopio digitale, si blocca l'acquisizione e la si può studiare con calma).


Con questo tipo di prova, non solo si può valutare il livello di corrente che porta "in saturazione" (livello che non è ben definito), ma volendo si può ricavare anche la curva di magnetizzazione e/o l'induttanza "locale" (nei motori la chiamiamo di solito "differenziale"), che è ciò che conta per il ripple, in un convertitore switching.
Infatti, se si acquisisce la forma d'onda di corrente e tensione come dati, si può ricostruire la corrispondenza tra corrente e flusso, sapendo che il flusso è l'integrale della tensione (se si trascura la resistenza):


Per induttori relativamente grandi, posso assicurare che la cosa funziona piuttosto bene.
Se si trattasse di un induttore con resistenza non trascurabile (cosa improbabile), si può misurare la resistenza con una prova in DC (con corrente sufficientemente alta) e poi sottrarre la caduta resistiva alla tensione, prima di integrare:



Off topic:
Qualcosa di simile l'abbiamo applicato nell'auto-identificazione della curva di magnetizzazione di motori, da parte del controllore dell'azionamento stesso (senza usare hardware aggiuntivo). Come curva abbiamo usato una retta per il primo tratto, e poi un qualcosa che tende ad un asintoto obliquo (la cosa buona di questa curva era che ci si poteva applicare la regressione lineare, senza nemmeno salvare tutti i campioni)...
(per )
(per )

[stefanopc]

Per quanto interessante la richiesta in origine riguardava la determinazione della corrente di saturazione di un induttore.
Secondo me sarebbe meglio avere un sistema di misura diretta.
Ad esempio un oscillatore LC in cui iniettare una corrente crescente ( sulla induttanza - regolabile da 0 a xx A con un generatore esterno) fino notare la variazione della frequenza.
Ciao

[SandroCalligaro]

"La corrente di saturazione dell'induttore" è un concetto vago.
Si potrebbe definire fissando una soglia sul calo di induttanza (differenziale o apparente), cosa che però non vedo come si possa fare semplicemente osservando le forme d'onda in un oscillatore.

Al contrario, la prova con impulso quadro permette anche graficamente di vedere sull'oscilloscopio come e quanto varia la pendenza.

Ovviamente, se lo scopo fosse quello di costruire un oscillatore, forse la prova con il condensatore sarebbe più immediata, ma non è questo il caso.

In particolare, per esperienza (proprio con induttori e trasformatori) posso dire che il fatto di considerare corrente e/o tensione come necessariamente sinusoidali crea spesso confusione, quando si trattano fenomeni non-lineari.

[Etemenanki]

... un oscillatore LC in cui iniettare una corrente crescente ...

Intendi sovrapponendogli una componente DC variabile ?

Ma allora non si potrebbe, ad esempio, alimentare l'induttanza con una forma d'onda sinusoidale, o triangolare, con una componente DC variabile, e vedere quando inizia a distorcersi la curva di corrente ? (pero' cosi credo si stresserebbe l'induttanza molto piu che con il sistema degli impulsi)

Forse con un sistema automatizzato che eseguisse brevi rampe (mezzo secondo ? ) ad intervalli per non "cuocere" l'induttanza, ma servirebbe un modo per acquisire la curva di corrente in modo preciso e rapido per confrontarla con il segnale immesso e vedere dove inizia a distorcere ? ... potrebbe anche essere necessario un sistema per rilevare l'induttanza all'inizio della prova per decidere quale frequenza e' meglio fornire durante il test ?

Del resto anche con gli impulsi e l'oscilloscopio rimane una misura "stimata", fatta proprio "ad occhio" (nel vero senso della parola ), perche' si tratta di decidere, guardando la curva, quando secondo noi inizia ad alzarsi troppo in fretta (il che comunque e' sempre meglio del non sapere nulla sul componente, alla fine)

EDIT: pero' vedo un altro possibile problema, se anche questo sistema funzionasse, servirebbe un'alimentazione in grado di fornire in modo stabile tutta la corrente necessaria, anche se per i brevi periodi della rampa, mentre con il sistema ad impulsi brevi il banco di condensatori si occupa di questo ... oppure un banco di condensatori molto piu grande, per usarlo come "serbatoio" di energia per tutta la durata della rampa