Przetwornice - potworki i straszydla -3.pdf - Przetwornice impulsowe - waclaw.sz

Fundamenty Elektroniki

P rzetwornice impulsowe

Potworki i straszydła

W ubiegłym miesiącu zapoznałeś się

z bardzo ważnym pojęciem indukcji mag−

netycznej. Mam nadzieję, że już rozu−

miesz o co w tym chodzi.

Ale to jeszcze nie koniec schodów.

Najgorsze jeszcze przed tobą. Dziś spró−

bujemy mocno złapać byka za rogi i chy−

ba wreszcie zrozumiesz pojęcie natęże−

niia polla magnetycznego. Pojęcie, które

w dziedzinie magnetyzmu dla większości

elektroników jest najtrudniejsze do zrozu−

mienia.

Zaczynajmy!

Przypomnę ci, że szukamy dobrego

sposobu scharakteryzowania materiału

magnetycznego, a nie konkretnego ob−

wodu magnetycznego z danym rdzeniem

i cewką. Jeśli potrafimy właściwie scha−

rakteryzować materiał, to potem znając

potrzebne parametry cewki dobierzemy

wymiary rdzenia i zapewne potrafimy ob−

liczyć wszystko, co będzie potrzebne do

wykonania cewki o żądanych paramet−

rach. A taka cewka będzie nam potrzebna

do przetwornicy impulsowej (i nie tylko).

Zaczęliśmy od rysunku 13b (w EdW

2/98), gdzie właściwości rdzenia repre−

zentowane są przez nachylenie charakte−

rystyki. Niestety nachylenie to zależy też

od kilku czynników (liczby zwojów z, dł−

ugości l i przekroju S). Pozbyliśmy się już

zależności od pola S, wprowadzając poję−

cie indukcji B, a teraz jeszcze musimy

pozbyć się zależności od długości l i licz−

by zwojów z.

Proszę bardzo!

Uwzględniając wcześniejsze wzory

otrzymujemy:

Wielu początkujących elektroników

uważa, że taki twór jak natężenie pola

magnetycznego, jest wzięty „z sufitu”,

a na dodatek nie wiadomo po co.

Wcale tak nie jest! Pojęcie natężenia

pola ma głęboki sens i w sumie wcale nie

trudno to zrozumieć intuicyjnie. Myląca

jest tylko nazwa: natężenie .

Nieprzypadkowo wprowadziłem ana−

logie obwodów elektrycznego i magne−

tycznego.

Popatrz jeszcze raz na rysunki 12a

i 12b (w EdW 1/ 98). Na rysunku 12a

całkowite napięcie elektryczne U roz−

kłada się na długości przewodnika

równej l . Czy możemy określić war−

tość napięcia przypadającego na jed−

nostkę długości przewodnika? Oczy−

wiście! Nic nie stoi na przeszkodzie!

Przykładowo jeśli nasz pręt miałby

2 metry długości, a całkowite napięcie

U wynosiłoby, powiedzmy 4 wolty, to

na metr długości pręta przypadać bę−

dzie 2 wolty. Beznadziejnie proste

i oczywiste!

Otrzymaliśmy jakąś wielkość wyrażo−

ną w jednostkach napięcia na jednostkę

długości, czyli w woltach na metr. Jeśli−

byśmy teraz oznaczyli tę wielkość na

przykład literą G, to

= ×

Wypada zastanowić się nad wyraże−

niem

Wróć do rysunku 12b (EdW 1/98)

i dobrze się zastanów – mamy napięcie

magnetyczne: I×z . To samo napięcie

magnetyczne możemy uzyskać przy du−

żym prądzie I i małej liczbie zwojów z, al−

bo też przy małym prądzie i dużej liczbie

zwojów. Tak powstałe napięcie magne−

tyczne rozkłada się na długości rdzenia

równej l . Nas nie obchodzi teraz jak

uzyskamy to napięcie, chcielibyśmy to

jakoś uogólnić...

A może przyjąć wielkość wyrażającą

napiięciie magnetyczne przypadajjące na

jjednostkę dłługościi rdzeniia? Chodziłoby

o wielkość wyrażoną wzorem:

A ponieważ U = z×U 1 , więc

Wielkość tę nazywa się natężeniiem

polla magnetycznego i oznacza się dużą li−

terą H.

Jak łatwo zauważyć, jednostką natę−

żenia pola magnetycznego jest amper

na metr.

Ale po co nam taka wielkość? I jaki ma

sens?

G zU

Jeśli dla tego pręta na metr długości

przypada 2 wolty, to przykładowo na 0,2

metra przypada

m mV

E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 3/98

× ×

2 0 2 0 4

Listy od Piotra

Czyli znając wartość G i długość odci−

nak przewodu, moglibyśmy obliczyć na−

pięcie na tym odcinku

specjalnej nazwy (literkę G wziąłem z tak

zwanego sufitu). Ale niewątpliwie taka

wielkość ma sens fizyczny.

Chyba nie masz kłopotów ze zrozu−

mieniem sensu wielkości G?

Dokładnie tak samo wygląda sytua−

cja w obwodzie magnetycznym z rysun−

ku 12b.

Jak więc rozumieć sens natężenia po−

la magnetycznego (H)?

Oczywiście jako wartość napięcia

magnetycznego przypadającą na jednost−

kę długości rdzenia!

UG x

I co? Czy już widzisz podobieństwo?

Wymyślona przez nas wielkość G, od−

powiada w obwodzie magnetycznym

poznanemu właśnie natężeniu pola H!

I co ciekawe, pozbyliśmy się zależności

od l i od z !

A więc zarówno pojęcie natężenia

pola H w obwodzie magnetycznym, jak

i wielkości G w obwodzie elektrycz−

nym mają głęboki sens, tylko ty do tej

pory zupełnie się nad tym nie zastana−

wiałeś i nie wykorzystywałeś. W ob−

wodach elektrycznych nie używa się

takiego parametru jak G, więc teraz nie

chce ci wejść do głowy pojęcie natęże−

nia pola H.

Rys.. 14.. Krzywa magnesowaniia

piierwotnego

czy materiału w ogólności, a nie konkret−

nej cewki z rdzeniem.

Mam nadzieję, że to wreszcie do końca

zrozumiałeś. Natężenie pola magnetycz−

nego H, to nie jakaś arcyważna wielkość,

ale dzięki wprowadzeniu tego (tylko na

pierwszy rzut oka) dziwoląga, potrafimy

wreszcie scharakteryzować na wykresie

materiał magnetyczny (a nie tylko konkret−

ny rdzeń z daną cewką). Chyba już teraz

nie będzie ci przeszkadzać mieszanka fir−

mowa wszystkich pojęć, nazw i określeń

stosowanych do opisu obwodów magne−

tycznych. Szczerze mówiąc, nie dziwię

się, że ta mieszanka doprowadza wielu do

bólu głowy. Wszyscy rozumiemy i wyczu−

wamy intuicyjnie pojęcia, wielkości i zależ−

ności stosowane do opisu obwodów elek−

trycznych. Napięcie kojarzy się nam nie−

rozłącznie z ciśnieniem, albo napięciem

czegoś. Natężenie nierozłącznie kojarzy

się z przepływem elektronów (lub wody).

Wszystko to stanowi spójną i logiczną ca−

łość, łatwą do intuicyjnego pojęcia.

Ale gdy zaczynamy wgłębiać się w od−

męty magnetyzmu, pojawia się zawrót

głowy. Mówią nam, że natężenie pola

magnetycznego to w rzeczywistości na−

pięcie (!) magnetyczne przypadające na

jednostkę długości rdzenia... A wymia−

SMM

Czym dłuższy rdzeń (dłuższa droga

magnetyczna l ), tym mniejsze natężenia

pola magnetycznego (przy tym samym

prądzie I i liczbie zwojów z )

Zauważ, że w wielkości H zawarte są

wszystkie czynniki wymuszające: ilość

zwojów, natężenie prądu i długość drogi

magnetycznej. Takie uogólnienie to wiel−

ki krok w dobrym kierunku. Znając war−

tość prądu I , liczbę zwojów z oraz dłu−

gość drogi magnetycznej rdzenia, bez tru−

du obliczysz natężenie pola H . I na od−

wrót: znając dopuszczalną wartość H ,

wartość prądu I , przy którym cewka ma

pracować oraz zakładając jakąś długość

rdzenia l , możesz obliczyć potrzebną licz−

bę zwojów z . Jasne?

Idziemy dalej

Wcześniej doszliśmy do zależności

Jeszcze raz natężenie

pola magnetycznego

Cóż, widzę że nadal masz kłopoty

z przyswojeniem sobie sensu tego nowe−

go pojęcia.

Spróbujmy jeszcze raz.

W poprzednich odcinkach poznałeś

łatwe do intuicyjnego przyswojenia poję−

cie napięcia magnetycznego SMM. Goto−

wy byłeś nawet przełamać się wewnętrznie

i zaakceptować, że chodzi tu o iloczyn

I × z , którego jednostką jest, o zgrozo –

amper. Wiesz, że pod wpływem tego na−

pięcia magnetycznego, w rdzeniu cewki

zaczyna płynąć prąd magnetyczny (właś−

ciwie strumień magnetyczny

B Iz

). Ten prąd

magnetyczny to właściwie żaden prąd,

tylko jakieś tam „linie pola magnetyczne−

go”. Tłumaczyłem ci, że wielkością częś−

ciej spotykaną w praktyce, bo uwzględ−

niającą pole przekroju, jest gęstość (ilość

linii pola magnetycznego przypadająca na

jednostkę powierzchni przekroju po−

przecznego), czyli indukcja magnetyczna

B. Przyjąłeś do wiadomości, ze dla mate−

riału magnetycznego istnieje pewna mak−

symalna gęstość tych linii – jest to tak

zwana indukcja nasycenia.

Wykazałeś tym samym bardzo dużo

dobrej woli. Ale teraz stajesz okoniem

gdy próbuję ci wcisnąć do głowy dzi−

waczne pojęcie natężenia pola H (które

w rzeczywistości okazało się napięciem)

– takiego dziwoląga nie bardzo możesz

strawić.

Wcale ci się nie dziwię!

Zazwyczaj w obwodach elektrycznych

obliczenia przeprowadzamy innymi spo−

sobami, używając innych wzorów. Taka

wielkość, jak wcześniej wprowadzone

napięcie elektryczne przypadające na jed−

nostkę długości (które oznaczyliśmy G)

nie jest nam potrzebna, i nie wykorzystu−

jemy jej w praktyce. Nie ma też dla niej

Teraz możemy zapisać:

Ten wzór na pewno już gdzieś wi−

działeś. Jaki jest jego sens?

Najkrócej mówiąc, cha−

rakteryzujje on nie tyle kon−

kretny przypadek, związa−

ny z jakąś cewką i rdze−

niem o danych wymiarach,

ale materiiałł magnetyczny

w ogóllnościi.

Jeszcze raz zwracam ci

uwagę, że w wielkości

H zawarte są czynniki wy−

muszające (głównie chodzi

o prąd I ), a w wielkości

B czynniki wymuszane

(głównie strumień

µ r

µ rev

µ tot max

µ II

µ tot

µ r

µ o

Jak się słusznie spodzie−

wasz, charakterystyka mag−

nesowania materiału, czyli

zależność B od H, pokaza−

na na rysunku 14 będzie

przebiegać podobnie, jak

na wcześniejszym rysunku

13b (w EdW 2/98), przy

czym nowy wykres doty−

E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 3/98

= ×

× × µ

= ×

Listy od Piotra

rem jest amper na metr... Jak napięcie to

napięcie, a jak natężenie, to natężenie.

Czy aby ktoś tu nie zwariował?

Z tym zwariowaniem to może trochę

przesada. Ale rzeczywiście wiele kłopo−

tów ze zrozumieniem zjawisk w obwo−

dach magnetycznych wynika z terminolo−

gii, czyli nazewnictwa. Stosowane pols−

kie nazwy są bardzo mylące.

W większości języków używa się

określenia indukcja magnetyczna (B). Ale

na przykład w niektórych angielskojęzycz−

nych katalogach zamiast induction , pisze

się flux density , czyli gęstość strumienia.

O, to by nam pasowało! Gęstość stru−

mienia to pojęcie łatwe do intuicyjnego

przyswojenia i jak ulał pasujące do nasze−

go wyobrażenia strumienia jako „linii po−

la”. Niestety, w języku polskim póki co

nie ma podobnego zwyczaju – w użyciu

jest jedynie straszące nowicjuszy słowo

indukcja.

Z natężeniem pola magnetycznego

H sprawa jest trudniejsza. Słowo natęże−

nie kojarzy się nam z prądem. Ale jak już

wiesz, chodzi tu w sumie nie o prąd mag−

netyczny, tylko o napięcie magnetyczne

(przypadające na jednostkę długości). Czy

nie lepiej byłoby zmienić polską nazwę

tej wielkości fizycznej?

Może i tak byłoby lepiej, ale stare

określenie jest mocno zakorzenione i ra−

czej nie ma szans na zmianę. Szczerze

mówiąc, nie przychodzi mi do głowy żad−

na sensowna nazwa (chyba, że ty masz

dobry pomysł na taką nazwę – jeśli tak,

napisz do mnie koniecznie). Niestety, za−

miast przeprowadzać rewolucję w termi−

nologii, musimy po prostu zrozumieć i za−

akceptować stosowane od dawna termi−

ny, w tym owo nieszczęsne natężenia

pola magnetycznego.

Jeśli nadal masz kłopoty ze zrozu−

mieniem, o co chodzi w tym magnetyz−

mie i co dzieje się w rdzeniu, zacznij od

początku i powróć do poprzednich arty−

kułów! Musisz najpierw zaakceptować

pojęcie napięcia i prądu magnetyczne−

go, a dopiero potem przejść do indukcji

i natężenia pola magnetycznego. A gdy−

by ci się mimo wszystko nie udało

wszystkiego zrozumieć, nie załamuj się.

Pocieszę cię.

Ta cała teoria, którą ci tłumaczę, ma

tylko wyjaśnić zasady i przyczyny.

W większości przypadków nie będzie ci

ona niezbędna do praktycznych obliczeń.

Właśnie! Nie trać z oczu celu: ty masz za−

projektować cewkę do konkretnego za−

stosowania. Ale póki co, łyknij kolejną

porcję teorii, żebyś potem wiedział co ro−

bisz, a nie działał po omacku.

Jeśli z sukcesem przebrnąłeś przez

poprzednie odcinki, to zapewne przy−

puszczasz, że mając w katalogu charak−

terystykę magnesowania materiału, po−

trafisz dobrać odpowiedni rdzeń i obli−

czyć ilość zwojów cewki o żądanych pa−

rametrach.

Niby tak, ale to niestety jeszcze nie ko−

niec schodów.

Przecież charakteryzując materiał, nie

uwzględniliśmy jeszcze czegoś, co

w modelu z magnesikami było reprezen−

towane przez tarcie. Po odchyleniu sprę−

żynki, wskutek tarcia nasz magnesik nie

wracał do położenia wyjściowego. Ina−

czej mówiąc, po zaniku czynnika wymu−

szającego (prądu w cewce) materiał po−

winien pozostać częściowo namagneso−

wany. Czyli po zaniku napięcia magne−

tycznego, prąd magnetyczny (strumień)

w rdzeniu... nie powinien spaść do zera!?

Chyba znów dostaniesz bólu głowy!

Zastanów się: niczego podobnego nie

zaobserwowaliśmy w obwodach elekt−

rycznych. Jeśli do rezystora przyłożone

jest napięcie, to płynie przez niego prąd.

Jeśli napięcie zaniknie, prąd maleje do

zera. Dotyczy to także elementów nieli−

niowych, na przykład żarówki (lub znane−

go najstarszym Czytelnikom baretera),

dla której zależność między napięciem

a prądem, wygląda trochę podobnie, jak

na rysunku 13b.

W obwodzie magnetycznym z rdze−

niem ferromagnetycznym jest inaczej –

jest to kolejna nowość, którą musisz ja−

koś upchnąć sobie pod sufitem. Po zanii−

ku czynniika wymuszajjącego (prądu elek−

trycznego w cewce) strumień w rdzeniu

(a tym samym indukcja B) niie zaniika całł−

kowiiciie, ale ma jakąś niezerową wartość.

To rzeczywiście nowość.

A jak to zaznaczyć na wykresie? Wy−

kres zależności B od H przy magnesowa−

niu materiału od stanu, powiedzmy spo−

czynkowego i po zaniku czynnika wymu−

szającego będzie wyglądał tak jak na ry−

sunku 15. Strzałkami zaznaczyłem, jak

będzie przebiegać magnesowanie. Mam

nadzieję, że to rozumiesz (kłania się tar−

cie magnesików, które nie wracają do po−

łożenia spoczynkowego)? Po wzroście

i zaniku natężenia pola H z powrotem do

zera, indukcja B (a tym samym strumień)

nie zmniejszają się do zera.

Krótko mówiąc, po jednokrotnym na−

magnesowaniu, materiał rdzenia stał

się... magnesem trwałym! Wcześniej

może już o tym wiedziałeś, teraz masz to

na charakterystyce materiału magne−

tycznego.

Tak jest! Możesz to sprawdzić

w szkolnym laboratorium, albo nawet

w domu!

Idziemy dalej.

Wcześniej celowo przypominałem ci,

że nasze rozważania dotyczą prądu stałe−

go, płynącego w jednym kierunku. Nie

chciałem mącić ci klarownego obrazu linii

pola magnetycznego jakimiś tam kierun−

kami. Ale teraz, gdy poznałeś pojęcia na−

tężenia pola H i indukcji B, musimy o tym

wspomnieć.

Zależnie od kierunku prądu w cewce,

zmienia się także, jeśli można tak powie−

dzieć – kierunek, czy też znak natężenia

pola oraz indukcji magnetycznej. Uczyli

cię (lub będą uczyć), iż są to wielkości

wektorowe, a nie skalarne. Śmiało może−

my mówić o kierunku, czy też znaku.

Zobaczmy więc, jak zmienia się induk−

cja B przy natężeniu H „o przeciwnym

kierunku”.

Na rysunku 16 możesz zobaczyć prze−

bieg charakterystyk magnesowania w sy−

tuacji, gdy prąd I płynie najpierw w jedną

stronę ( a natężenie H wzrasta od zera do

wartości Hmax+, potem maleje do zera),

a następnie prąd zmienia kierunek i natę−

żenie H zmienia się od zera do Hmax−

a potem znów spada do zera. Jak wi−

dzisz, w zależności od kierunku zmian,

charakterystyka jakby się rozdwaja – mó−

wimy, że występuje tu pętla histerezy.

Rys.. 16.. Charakterystyka

magnesowaniia pewnego materiiałłu

magnetycznego

Taką charakterystykę na pewno już

gdzieś widziałeś.

Krzywą z rysunku 14 nazywamy krzy−

wą magnesowania pierwotnego. Po jed−

nokrotnym namagnesowaniu punkt pra−

cy wędruje po pętli histerezy, a nie po

krzywej magnesowania pierwotnego.

Nie znaczy to, że namagnesowanego ma−

teriału nie można rozmagnesować „do

zera” i znów zacząć od początku. Roz−

magnesowanie jest stosunkowo łatwe –

nie wystarczy wprawdzie po prostu prze−

rwać przepływ prądu w uzwojeniu cewki,

ale wystarczy podać na cewkę przebieg

sinusoidalny, o stopniowo malejącej am−

Rys.. 15..

E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 3/98

Listy od Piotra

Rys.. 17.. Charakterystykii kiillku materiiałłow magnetycznych

W przypadku drugiego materiału (krzy−

wa B), po wzroście i zaniku natężenia po−

la, materiał pozostanie silnie namagneso−

wany (indukcja szczątkowa wbrew na−

zwie ma znaczną wartość B R2 )... a więc

mamy tu do czynienia z magnesem sta−

łym (trwałym). Żeby rozmagnesować taki

materiał, trzeba podać duże natężenie po−

wściągające o wartości pokazywanej

przez punkt H C2 . Materiał jest magnetycz−

nie twardy.

Może ci się wydaje, że taki magne−

tycznie twardy materiał będzie lepszy na

rdzenie cewek. Nie! Mogłeś się już sam

domyślić, że szeroka pętla histerezy re−

prezentuje duże „tarcie elementarnych

magnesików”. A jeśli tarcie, to i straty

w postaci ciepła – mówiliśmy już o tym

wcześniej. Materiały magnetycznie

twarde nadają się dobrze na magnesy

trwałe, ale nie na rdzenie cewek – tam

podczas każdego cyklu magnesowa−

nia/rozmagnesowania wydzielałaby się

niepotrzebne duża moc strat – tak zwa−

nych strat z histerezy. Na rdzenie cewek

używamy materiałów o jak najwęższej

pętli histerezy. Również o tym mówiliś−

my wcześniej – teraz masz to czarno na

białym na wykresie.

plitudzie – wtedy kolejne „pętle” będą

coraz mniejsze i w końcu materiał zosta−

nie całkowicie rozmagnesowany.

Jeszcze raz przypominam ci, że na po−

danych rysunkach nadal w pewnym sen−

sie mamy pokazaną zależność strumienia

Spróbuj mi jeszcze samodzielnie od−

powiedzieć na pytanie: czym w prakty−

ce będą się różnić materiały o charakte−

rystykach pokazanych na rysunku 17?

Charakterystyka materiału A stanowi

wąską pętlę (mówimy, że histereza jest

mała), natomiast charakterystyka mate−

riału B to pętla bardzo szeroka. Jeśli

materiał A namagnesujemy, zwiększa−

jąc natężenie H, a potem zmniejszając

je go zera, to materiał pozostanie na−

magnesowany w niewielkim stopniu –

pokazuje to punkt B R1 . Tak zwana pozo−

od przepływającego prądu elektrycz−

nego I (porównaj rysunek 10 w EdW 1/98

oraz 13b w EdW 2/98). Ale na osi pozio−

mej mamy jednak natężenie pola H, a nie

prąd, bo w ten sposób uwzględniamy

liczbę zwojów cewki i długość drogi mag−

netycznej. Tak samo na osi pionowej ma−

my indukcję B, która informuje o strumie−

niu, a dodatkowo uwzględnia przekrój

rdzenia.

Co z tego wszystkiego powinieneś ko−

niecznie zapamiętać, bo może niektóre

sprawy okażą się dla ciebie zbyt trudne?

Na pewno musisz zapamiętać, że nad−

mierne zwiększanie natężenia pola

H (przez zwiększanie prądu), nie powodu−

je proporcjonalnego zwiększania indukcji

B (i interesującego nas strumienia). Ma−

my tu do czynienia z graniczną wartością

– indukcją nasycenia. Zaznaczyłem ci to

na rysunku 14.

Dla blach żelazokrzemowych, używa−

nych na rdzenie transformatorów (popu−

larne kształtki EI) indukcja nasycenia wy−

nosi do 2 tesli, a dla blach żelazoniklo−

wych (rdzenie zwijane) około 2,5 tesli.

Dla ferrytów indukcja nasycenia jest

znacznie mniejsza i wynosi nie więcej

niż 0,5 tesli. Wcale nie musisz pamiętać,

co to jest tesla – wystarczy, że zapamię−

tasz, iż blacha żelazokrzemowa czy żela−

zoniklowa ma znacznie lepsze właści−

wości od ferrytów, ale niestety, jak ci już

mówiłem – tylko przy małych częstotli−

wościach. Rysunek 17 pokazuje przykła−

dowe charakterystyki magnesowania

różnych materiałów.

Kłopoty z µ

Wcześniej wspólnie doszliśmy do

wniosku, że nachylenie charakterystyki

pokazuje wartość przenikalności

µ – czym bardziej stroma krzywa, tym

większa przenikalność.

µ to t max µ tto tt

stałość magnetyczna, oznaczana B R

(zwana też indukcją szczątkową lub

magnetyzmem szczątkowym lub rema−

nencją) jest niewielka. Żeby całkowicie

rozmagnesować ten materiał, trzeba

poddać rdzeń działaniu natężenia pola

o przeciwnym kierunku i wartości ta−

kiej, jaką pokazuje punkt H C1 . Jest to

tak zwane natężenie powściągające,

zwane również koercją. Pętla histerezy

jest tu wąska, natężenie powściągające

małe – materiały o podobnych charak−

terystykach nazywamy materiałami

magnetycznie miękkimi.

Zastanówmy się wspólnie, co możesz

powiedzieć o wartości µ? Już na podsta−

wie rysunku 14 mogłeś powiedzieć, iż

wartość przenikalności µ zmniejsza się

przy zwiększaniu natężenia H. To oczy−

wiste, właśnie to jest powodem zmniej−

szania się indukcyjności cewki przy nad−

miernym zwiększeniu prądu.

Na rysunku 18 możesz zobaczyć cha−

rakterystykę magnesowania materiału

magnetycznego, pochodzącą z katalogu

(firmy Siemens).

Rysunek 18 pokazuje, że sprawa

z wartością µ wygląda jeszcze gorzej. Za−

E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 3/98

Listy od Piotra

Przed chwilą prześledziliśmy sytuację

przy prądzie przemiennym.

Zauważ, że jeśli nachylenie charakte−

rystyki jest zależne od natężenia pola, to

moglibyśmy powiedzieć, iż zależy od

chwilowego punktu pracy. Co to znaczy

punktu pracy?

Wyobraź sobie, że przez cewkę prze−

puszczasz prąd stały z nałożoną niewielką

składową zmienną. Tak przecież czasem

zdarza się w praktyce. A może rdzeń zo−

stał wcześniej namagnesowany?

I co wtedy z naszym kochanym µ?

Patrz na rysunek 18. Przy bardzo ma−

łych wartościach natężenia pola, średnia

przenikalność wynosi mniej więcej

µI. Dla pracy przy większych natężeniach,

ale bez wchodzenia w nasycenie, maksy−

malna przenikalność jest znacznie więk−

sza i wynosi µ tot max . Jeśliby jednak twoja

cewka pracowała przy małych zmianach

natężenia H, ale po wcześniejszym sil−

nym namagnesowaniu rdzenia, przenikal−

ność wyniesie µ rev .

To w końcu, do licha, jaką przenikal−

ność ma twój rdzeń? O kochany, to

wszystko zależy, od warunków pracy!

W katalogach spotkasz między innymi

właśnie µ I ,µ tot max iµ rev . Którą wartość

wziąć do wzoru

× ×

czynasz się domyślać, że pokrzywiona

charakterystyka, zmienna wartość

µ oznacza w praktyce ni mniej ni więcej,

tylko pojawienie się w sygnałach znie−

kształceń. Tak jest! Zależność indukcji od

natężenia pola nie jest liniowa. W po−

przednich odcinkach analizowaliśmy, co

się dzieje w rdzeniu przy prądzie stałym.

A widzisz, tylko ci się wydawało, że zna−

jąc ten wzór i mając wymiary rdzenia pora−

dzisz sobie z obliczeniem indukcyjności.

A może słyszałeś kiedyś o wzmacnia−

czach magnetycznych, wzmacniaczach bez

lamp elektronowych i tranzystorów. Teraz,

gdy poznałeś kaprysy przenikalności µ, sam

sobie możesz z grubsza wyobrazić, na jakiej

zasadzie działa taki wzmacniacz. Podobnie

wygląda sprawa z magnetycznymi stabiliza−

torami napięcia, jakie przed laty można było

spotkać w aparaturze przemysłowej.

Teraz chyba pomału rozumiesz, że to

właśnie ze względu na kaprysy przenikal−

ności µ, w praktyce nie korzystamy z tych

prostych, książkowych wzorów. Właśnie,

wszystko zależy od warunków pracy ma−

teriału magnetycznego.

Na szczęście rzeczywistość nie wygląda

aż tak czarno, jak może ci się teraz wydaje.

Zniekształcenia można radykalnie

zmniejszyć dzięki obecności szczeliny po−

wietrznej (do tego jeszcze wrócimy),

i wtedy indukcyjność cewek pracujących

przy małych sygnałach obliczamy w bar−

dzo prosty sposób. Producenci rdzeni po−

dają dla swoich wyrobów stałą zwaną A L

(dotyczy to zwłaszcza rdzeni kubkowych

oraz rdzeni rodziny RM, stosowanych

zwłaszcza na cewki do filtrów, itp.). Ma−

jąc wartość A L (lub AL), a znaleźć ją moż−

na nadrukowaną na każdym takim rdze−

niu, indukcyjność oblicza się ze wzoru.

LzA L

A L podaje się w nanohenrach (nH)

i wynik też wychodzi w nanohenrach.

W praktyce obliczamy nie indukcyj−

ność, tylko liczbę zwojów potrzebną do

uzyskania danej indukcyjności:

A L

Znając liczbę zwojów obliczamy lub od−

najdujemy w tabeli grubość drutu, która

pozwoli zmieścić uzwojenie na karkasie.

Potem jeszcze możemy obliczyć rezystan−

cję i z grubsza oszacować dobroć cewki.

I to wszystko. Proste prawda?

Niby tak, ale to jeszcze nie koniec mę−

czarni na drodze do cewek nadających

się do przetwornic. Tam trzeba uwzględ−

nić szereg dalszych czynników. Zajmiemy

się tym za miesiąc.

Piiotr Góreckii

Rys.. 18.. Krzywa magnesowaniia przy różnych wysterowaniiach

E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 3/98

Przetwornice - potworki i straszydla -3.pdf

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: