Read Microsoft Word - Inductoare.doc text version

INDUCTOARE

1. Scopul lucrrii: Cunoaterea parametrilor caracteristici, a structurii constructive a

diverselor tipuri de inductoare cu terminale pentru inserie i pentru montarea pe suprafa; realizarea unor msurtori specifice.

2. Noiuni teoretice:

2.1 Generaliti Inductorul este componenta care în regim armonic (curent, tensiune sinusoidale) realizeaz la borne un defazaj, , al tensiunii de aproape 90° fa de curent. În cazul ideal, defazajul este de = 90°, dar practic este < 90° (fig. 1)

I U

U

U < 900

I

= 900

I

real

ideal

Fig. 1 Diagramele fazoriale ale tensiunii i curentului pentru un inductor Alturi de condensatoare, care sunt capabile s acumuleze energie electric, inductoarele reprezint componentele pasive capabile s acumuleze energie magnetic. În consecin, in anumite condiii (trebuie s fie parcurse de curent), inductoarele sunt în stare s produc un câmp magnetic asemntor celui produs de un magnet. Trecerea unui curent de intensitate "i" printr-un conductor dispus într-o form oarecare determin apariia unui flux magnetic prin suprafaa care se sprijin pe firul conductor. Între cele dou mrimi exist o direct proporionalitate, factorul fiind numit inductana circuitului: (1) i Cum mrimea fluxului, la o valoare bine precizat a curentului, depinde de forma suprafeei strbtute de liniile de câmp generate de curent i de natura magnetic a mediului parcurs de aceleai linii de câmp, rezult c inductana depinde de factori geometrici pe de o parte i de factori ce caracterizeaz proprietile magnetice ale mediului pe de alt parte. În acest sens, cu cât mediul este mai permeabil la liniile de câmp magnetic, cu atât fluxul magnetic va fi mai mare i deci, corespunztor aceleai geometrii a traseului conductor parcurs de acelai curent, inductana rezultat va fi mai mare. Totodat, corespunztor aceluiai mediu, cu cât aceleai linii de câmp magnetic parcurg de mai multe ori suprafaa ce se sprijin pe traseul conductor, cu atât fluxul magnetic este mai mare i ca atare i inductana traseului conductor ce a generat respectiva suprafa. Cu alte cuvinte se poate L=

1

afirma c inductana unui traseu de lungime "l" dispus sub forma unui cerc este superioar inductanei obinut cu aceeai lungime de traseu dispus sub o form diferit de cerc. Aa cum a fost definit inductana nu s-a luat în considerare nici un alt efect fizic care ar putea conduce la diminuarea fluxului magnetic determinat de curentul electric "i" i de aceea aceast inductan mai poart numele de inductan intrinsec i poate fi considerat inductana determinat în curent continuu sau cu foarte bun aproximaie inductana determinat la joas frecven. Odat cu creterea frecvenei curentului ce parcurge traseul conductor, în condiiile prezenei i a altor efecte fizice (de tip capacitiv i disipativ), este posibil ca fluxul magnetic s fie influenat de respectivele efecte i ca atare inductana s nu mai rmân constant de la o frecven la alta. Aceast dependen este mai mare sau mai mic dup cum fluxul magnetic este influenat mai mult sau mai puin de efectele secundare menionate anterior, numite i efecte parazite. De fapt, prezena acestor efecte parazite determin reprezentarea unui inductor prin intermediul unei scheme care evideniaz comportarea sa într-un anumit interval de frecven. Schema electric echivalent conine nu numai o inductan (cea intrinsec) ci i elemente ce pun în eviden efectul capacitiv (capaciti) sau efectul disipativ (rezistene), ca în figura 2.

Fig.2 Schema echivalent a unui inductor Ca atare, comportarea inductorului în gama de frecven este determinat de ponderea unuia dintre efectele fizice asupra celorlalte. Cum din prezentare a rezultat c, în principal, la un inductor sunt prezente efectul inductiv, efectul capacitiv i efectul disipativ, rezult c aceast component electronic poate fi o inductan, o capacitate, o rezisten sau combinaii ale acestor elemente. Evident c în aplicaii se caut ca efectul inductiv s fie preponderent, aceast cerin fiind satisfcut de la curent continuu (frecven nul) i pân la frecvena de rezonan proprie. Existena acestei rezonane este explicabil dac se ine seama de faptul c pe baza efectelor fizice ce au loc într-un inductor se poate considera c acesta este alctuit dintr-o inductan i o capacitate parazit. Acest circuit admite o frecven proprie de rezonan, aceasta fiind cu o bun aproximaie precizat de relaia: 1 (2) f 0= 2 L C p unde Cp este capacitatea parazit. Este important s se evidenieze faptul c datorit efectului disipativ în inductor se dezvolt putere activ. Pierderile de putere activ din inductor sunt caracterizate prin tangenta unghiului de pierderi (factor de pierderi, factor de disipaie), tg , mrime ce reprezint raportul dintre puterea activ i puterea reactiv din inductor. Pa 1 tg = = (3) Pr Q Inversul mrimii tg reprezint factorul de calitate al inductorului. El se noteaz cu Q i este, în general, preferat în caracterizarea pierderilor unui inductor fa de tg. Din diagrama fazorilor U i I de la bornele inductorului se poate considera o schem echivalent format din dou elemente: inductiv (L) i disipativ (R). Aceast schem poate fi serie (Ls, Rs) sau paralel (Lp, Rp). Deoarece în majoritatea cazurilor întâlnite în electronic se poate considera c mrimile Ls i Lp sunt aproximativ egale, inductana se noteaz cu "L", iar Rs cu "r",

2

respectiv Rp cu "R". Înlocuind expresiile puterii active i reactive, dac se consider o schem echivalent serie, respectiv paralel, rezult relaia prin care se determin factorul de calitate: R L Q= r ;Q= r (4) r L r = Rs R = Rp unde r reprezint rezistena de pierderi serie, iar R rezistena de pierderi paralel (conform notaiilor de mai sus). Variaia tipic a factorului de calitate cu frecvena este prezentat în figura 3(a) Forma graficului se poate explica prin faptul c odat cu creterea frecvenei crete factorul de calitate pe baza relaiei 4, dar cresc i pierderile, evideniate prin creterea rezistenei serie r. Creterea rezistenei este explicat prin efectul pelicular care are ca efect circulaia curentului electric numai spre exteriorul unui conductor metalic, la frecvene înalte. De multe ori la înalt frecven se utilizeaz conductoare argintate iar pe de alt parte se pot utiliza tuburi (evi) în loc de conductoare masive. La inductoarele cu miez apare o cretere suplimentar a pierderilor datorate creterii cu frecvena a pierderilor în miezul magnetic. inând seama de cele prezentate se poate concluziona c la un inductor, pentru a putea fi utilizat în mod corespunztor, trebuie avute în vedere pe lâng inductan i capacitatea parazit sau factorul de calitate. Pentru msurtori asupra inductoarelor prin care se pot evidenia inductana, factorul de calitate i capacitatea parazit, a fost utilizat în trecut un aparat relativ simplu numit Q-metru. Acesta, în esen, este un circuit electronic alctuit dintr-o surs de tensiune de frecven variabil ce alimenteaz inductorul conectat in serie cu un condensator variabil. În prezent Q-metrul a fost înlocuit cu analizoare de impedan, aparate de msur mult mai complexe. Deoarece valoarea inductanei depinde de efectele de tip capacitiv, respectiv rezistiv (efecte parazite) prezente la orice tip de inductor, la o anumit frecven inductorul este caracterizat de o inductan aparent La. Efectele parazite fiind mai mari la frecvene înalte, în domeniul frecvenelor joase i în curent continuu valoarea inductanei (notat cu Lech) se apropie de valoarea inductanei intrinseci (L). În general vom considera Lech L. Inductana aparent a inductorului în care se evideniaz prezena capacitii parazite Cp, are expresia (5):

La = Lech 1 - Lech C p

2

(5)

unde:

este pulsaia la care se calculeaz La; Lech - inductana echivalent (inductana de J.F. i c.c., în condiiile în care se ine seama de pierderile ohmice i magnetice); Cp - capacitatea parazit. Variaia tipic a inductanei aparente cu frecvena este prezentat în figura 3 (b)

Lap

Q

Le r

r

(a) (b) Fig. 3 Dependena de frecven a factorului de calitate (a) i a inductanei aparente (b) Dac se depete frecvena proprie de rezonan inductana aparent devine negativ, adic

3

inductorul prezint caracter predominant capacitiv. Domeniul de frecvene în care inductorul trebuie utilizat trebuie s se afle la frecvene suficient de mici fa de frecvena proprie de rezonan i dac este posibil în zona în care Q prezint o valoare maxim. Capacitatea parazit a unui inductor poate fi estimat prin diverse relaii de calcul, îns calculul exact este destul de dificil, fiind necesar rezolvarea ecuaiilor câmpului electromagnetic pe domenii cu geometrii complicate. De obicei se estimeaz efectele Cp prin msurtori i determinarea frecvenei proprii de rezonan. Pentru reducerea capacitii parazite au fost realizate bobinaje speciale dintre care amintim bobinajul fagure, piramidal sau în galei. [1]. În cadrul componentelor studiate în laborator se evideniaz în special efectul inductiv i inductana util, în sensul c se studiaz componente electronice la care acest efect este chiar cel predominant i este, evident, dorit. În practic, realizarea echipamentelor electronice duce de multe ori la situaii în care diferite elemente constructive ale schemei pot prezenta un mai mult sau mai puin pronunat efect inductiv. De aceea, concluziile la care se va ajunge în înelegerea problemelor legate de noiunea de inductan, vor fi utile i la aprecierea situaiilor unde acest efect este nedorit (parazit). Un exemplu de modificare a schemei electrice ca urmare a structurii reale (ce ia natere datorit efectelor parazite de tip disipativ, inductiv i capacitiv) este cel prezentat în figura 4. Situaia prezentat apare datorit faptului c în proiectare elementele ce interconecteaz componentele în vederea alctuirii unei scheme electrice se consider ca fiind nule din punct de vedere disipativ, inductiv i capacitiv. În realitate, datorit efectelor fizice care intervin în funcionare, elementele de interconectare prezint într-o anumit msur fenomenele fizice in discuie. Inductanele ce iau natere modific structura schemei electrice proiectate. Schemele electrice echivalente cuprind, în afar de inductane, rezistenele de pierderi prin conducie (ohmice) ale traseelor de cupru i capacitile parazite ale acestora fa de mas. Capacitatea parazit reprezint o capacitate distribuit ce apare datorit vecintii dintre dou conductoare aflate la poteniale electrice diferite, traseele de cablaj imprimat în cazul de fa. Acest fenomen înrutete i mai mult situaia. Se obin diverse structuri de filtrare ce pot duce la atenuri i distorsionri ale semnalelor utile transmise pe linie. Cum inductana obinut involuntar prin realizarea traseului de cablaj poate conduce la o funcionare incorect a echipamentului, este foarte important ca proiectantul s încerce, înc din faza elaborrii structurilor de interconectare, s minimizeze efectele inductive ce apar.

Fig. 4 Schema electric echivalent a unei poriuni dintr-o structur de interconectare în conformitate cu elementele parazite care apar. unde : L* este inductana parazit a poriunii * de traseu; R* - rezistena parazit a poriunii * de traseu;

4

C* - capacitatea parazit (fa de mas) a poriunii * de traseu, reprezentat prin capacitile echivalente la capetele traseului. Situaii similare (din punctul de vedere al efectului inductiv parazit) pot fi observate i în ceea ce privete unele componente: este cazul rezistoarelor cu pelicul de carbon sau metalic spiralizate, rezistoarelor bobinate, condensatoarelor stiroflex sau electrolitice cu aluminiu (vezi lucrrile de laborator respective). Acestea prezint un puternic caracter inductiv, fenomen de care trebuie s se in seama în etapa de proiectare. 2.2 Parametrii inductoarelor Inductorul, ca orice component pasiv este caracterizat de parametri generali, specifici tuturor componentelor pasive: inductana nominal LN, tolerana t, coeficientul de variaie cu temperatura T, intervalul temperaturilor de utilizare [m, M], puterea nominal PN, toleranele tj . Inductana nominal, LN - depinde de dimensiunile geometrice ale inductorului (bobinajului), dar i de prezena i tipul miezului magnetic pe care este construit bobina, miez ales în funcie de domeniul de frecven al inductorului. Pentru diferite domenii de frecven, marile firme productoare de componente ofer serii de valori nominale cu tolerane cuprinse între ±5% i ±20%, cu cureni nominali de la zeci de mA la câiva amperi. Aceste bobine sunt construite pe tor de ferit (circuit magnetic închis) sau pe baghet de ferit (circuit magnetic deschis). au dimensiuni reduse i sunt marcate în cod (eventual codul culorilor) sau în clar. Capsulele folosite sunt cu terminale pentru plantare (through-hole) sau în tehnologia SMD (Surface Mounted Devices - dispozitive cu montare pe suprafa). Pentru alte valori nominale i/sau alte domenii de frecven, fabricanii de produse electronice îi realizeaz inductoarele necesare la comand (,,custom design"). Pentru un inductor cu bobinaj cilindric cu aria seciunii S i diametrul d, realizat pe un miez cu permeabilitatea relativ r, cu spire pe un singur strat, cu lungimea l>> d (solenoid) se poate utiliza pentru calculul inductanei formula binecunoscut:

L = 0 r

N 2S l

(6)

Aceast relaie, dei nu este foarte precis în cazul altor variante de inductoare, cum ar fi cele cu ld sau cu mai multe straturi, permite evidenierea factorilor de care depinde inductana. Ali parametri ai inductoarelor sunt prezentai în continuare: · Curentul nominal IN reprezint valoarea maxim efectiv a curentului sinusoidal ce poate strbate inductorul în regim de funcionare îndelungat. Pentru unele tipuri de bobine este dat în catalog valoarea maxim a componentei continue a curentului, ce poate fi aplicat bobinei în regim de funcionare îndelungat. · Frecvena proprie de rezonan, fR, este dat de relaia:

fR =

1 2 L N C p

(7)

unde Cp reprezint capacitatea parazit a inductorului; aceasta depinde de structura constructiv a bobinei, permitivitatea relativ a miezului i a elementelor izolante (straturi de lac, vopsea, carcas de plastic, etc.); în schema echivalent a inductorului apare în paralel cu inductana. În unele cataloagele de inductoare, pentru a indica acest parametru, se folosete acronimul SRF (Self-Resonant Frequency). · Factorul de calitate al inductorului, Q, este egal cu raportul dintre puterea reactiv dezvoltat în inductor la frecvena de lucru i puterea activ disipat în acesta i este inversul tangentei unghiului de pierderi tg :

5

1 LI 2 L Q= = = tg rs I 2 rs

unde

(8)

=2f, f=frecvena de lucru a bobinei; L=inductana bobinei la frecvena f; rs=rezistena serie de pierderi a bobinei la frecvena f, determinat de pierderile prin conducie în conductorul din care este realizat bobinajul bobinei i de pierderile în materialul magnetic al miezului (pierderi prin magnetizare, prin histerezis, pierderi prin cureni turbionari sau cureni Foucault, etc.), de pierderile în materiale izolante (izolaia conductorului, a carcasei, a elementului de protecie, a lacului impregnant, etc.), de pierderi în ecranul electromagnetic. =complementul unghiului de defazaj între tensiunea i curentul care strbat bobina, numit unghi de pierderi. În catalog este specificat valoarea acestui factor (valoarea minim garantat - Qmin sau valoarea Q la o anumit frecven sau este dat caracteristica de variaie a factorului de calitate în funcie de frecven). Din punct de vedere al utilizrii în electronic, la realizarea circuitelor oscilante sau a filtrelor, un inductor cu un factor de calitate mare ofer circuitului o caracteristic amplitudine-frecven mai ascuit decât un inductor cu un factor de calitate redus. Se spune c respectivul circuit este mai selectiv cu un inductor cu Q mare, adic poate favoriza (selecta) în mod substanial anumite frecvene fa de acelai circuit realizat cu un Q mic. · Rezistena în curent continuu, Rcc este rezistena bobinei msurat la frecven zero i este determinat în principal de rezistena firului conductorului din care este realizat bobina; ·Tensiunea nominal, UN la bornele inductorului, este determinat de rigiditatea dielectric a materialelor utilizate, de izolaia conductorului de bobinaj i de modul de bobinare care determin distanele relative dintre spire.

2.3. Structura constructiv a inductoarelor Structura constructiv depinde de tipul inductorului fiind în general compus din: · bobinaj, · miez magnetic, · suport izolant (carcas), · zone de contactare i terminale, · element de protecie, · ecran electromagnetic. Anumite elemente pot lipsi din structura constructiv sau un element poate îndeplini dou funcii, de exemplu se pot realiza bobinaje direct pe suportul izolant care poate fi un miez de ferit, acesta fiind din punct de vedere electric un izolator sau se poate utiliza un material ceramic pentru inductane de valori mici. Dou exemple de inductoare realizate pe miezuri circular, respectiv pe miez toroidal sunt prezentate în figura 5.

Suport izolator

Fig. 5 Inductor circular i toroidal

Miez magnetic

În prezent marea majoritate a inductoarelor utilizate sunt realizate cu miez magnetic din ferit. Ferita este un material magnetic de tip metalo-ceramic cu permeabilitate relativ mare i

6

pierderi la înalt frecven mai mici decât ale materialelor feromagnetice. Ca i acestea din urm, feritele au un caracter neliniar i prezint fenomenele de saturaie i histerezis. Au îns inducia de saturaie mult mai mic i de asemenea un domeniu mai redus de temperatur. Miezurile de ferit pot fi realizate sub diverse forme: tip bar, tip E+I, E+I planare, tip oal, toroidal, etc. În general la aceste miezuri se precizeaz factorul de inductan AL (nH/spir) iar inductana rezult L=AL·n2, cu n numrul de spire. Se utilizeaz foarte rar bobine cu aer numai pentru frecvene foarte mari sau acolo unde prezena miezului poate introduce distorsiuni datorit caracterului neliniar al materialelor magnetice, cum este cazul la anumite aplicaii de audiofrecven (filtre pentru incinte acustice). Inductoare montate pe suprafa sunt utilizate în general în aplicaii unde se cere o mare densitate de echipare. În multe aplicaii de înalt frecven, inductoarele montate pe suprafa ofer performane superioare celor THT. Inductoarele SMD cel mai des utilizate în prezent sunt de tip clasic, cu fir bobinat. Exist o variant de frecven înalt la care se utilizeaz un conductor bobinat pe un miez nemagnetic figura 6 (a).

(a) (b) Fig. 6 Structura inductoarelor SMD de tip bobinat (a) cu miez nemagnetic, (b) cu miez magnetic Alt tip de inductor bobinat pentru frecvene medii i joase utilizeaz un miez de ferit, ansamblul fiind apoi mulat în rin, componenta fiind similar condensatoarelor cu tantal, vezi figura 6(b). Majoritatea inductoarelor utilizate în lucrarea de laborator sunt aa-zise ocuri de înalt frecven. Un inductor de tip oc se numete aa deoarece are rolul de a opri curenii de înalt frecven i a permite trecerea curentului continuu sau a curenilor alternativi cu frecven mai joas. Inductorul (bobina) oc se conecteaz în serie cu circuitul electronic i efectul de oc (blocare) este datorat impedanei mai mari prezentate de aceasta la frecvene mari.

3. Desfurarea lucrrii:

3.1. Identificarea parametrilor inductoarelor Se trece la completarea tabelului 4 din Anexa 1. Pentru inductoarele L1-L15 prezentate în figura 7 se determin parametrii marcai i ali parametri ce caracterizeaz inductoarele respective cu ajutorul foilor de catalog. Toate datele, atât cele msurate, cât i cele determinate se trec într-un tabel de forma celui prezentat în Anexa 1. Placa de laborator este prezentat în figura 7. Mod de lucru: a) Se identific inductoarele dup codul din tabelul 1 i apoi pe baza foilor de catalog se identific parametrii care se trec în tabelul 4. Pentru L1-L5 se studiaz i marcajul în codul culorilor, cod similar cu cel de la lucrarea rezistoare. b) Se msoar inductana i factorul de calitate. La acest punct toate msurtorile se fac cu puntea RLC la frecvena de 1kHz.

7

Inductoarele L1-L13 au toate un punct comun de mas conectat la bornele GND, cellalt terminal fiind conectat la bornele Ln, cu n numrul de ordine respectiv. Pentru inductoarele L14 i L15 inductana se msoar între bornele GH i I, pentru a nu include în circuit i rezistena unt Rs. L -L În referat se calculeaz tm tolerana rezultat în urma msurrii, cu relaia: t calc = m N . LN cu Lm, valoarea inductanei msurate, LN inductana nominal. L . Se calculeaz rezistena echivalent de pierderi serie pe baza relaiei Rserie = Q OBS. Anumii productori precizeaz frecvena la care este msurat inductana nominal. Uneori aceast frecven poate fi aceeai la care este precizat factorul de calitate Q.

Fig. 7 Desenul plcii pentru studiul inductoarelor Tabelul 1 Lista i codul componentelor

Nr. ref. L1 L2 L3 L4 L5 L6 L7 L8 L9 L10 L11 L12 L13 L14 L15 Articol Inductor fix miniatur axial 3x10mm Inductor fix miniatur axial 3x10mm Inductor fix miniatur axial 3x10mm Inductor fix miniatur axial 5x14mm Inductor fix miniatur axial 5x14mm Inductor fix cu miez ferit, radial 7,5x11mm Inductor fix cu miez ferit, radial 7,5x11mm Inductor SMD mrime 1210, mulat în rin Inductor SMD mrime 1210, mulat în rin Inductor SMD mrime 1210, miez ceramic Inductor SMD mrime 1210, miez ferit Inductor SMD mulat în rin Inductor SMD mulat în rin Inductor fix cu miez ferit, radial 7,5x11mm Inductor fix cu miez ferit, radial 7,5x11mm

8

Cod EC24-100k EC24-221K EC24-102K EC46-222J EC46-103J CH6080101K CH6080102K IMC1210U001 IMC1210U004,7 B82412 (SIMID1210-01) B82412 (SIMID1210-01) SMCM453232-470K SMCM453232-102K CH6080333K CH6080104K

Productor CTC Coils CTC Coils CTC Coils CTC Coils CTC Coils CTC Coils CTC Coils Vishay Vishay EPCOS EPCOS CTC Coils CTC Coils CTC Coils CTC Coils

3.2 Dependena factorului de calitate de frecven Se determin inductana i factorul de calitate la diverse frecvene permise de puntea RLC utilizat. Se vor utiliza inductoarele L3, L5, L7, L9, L13, L14, L15 Tabelul 2 Variaia inductanei i a factorului de calitate cu frecvena f(kHz) 0.1 0.12 1 10 100 200 L3 L (mH) Q L (mH) Q L(mH) Q L(mH) Q L(mH) Q L(mH) Q L5 L7 L9 L13 L14 L15

Se vor comenta rezultatele. 3.3. Comportarea inductoarelor în curent alternativ Pentru aceasta se dorete afiarea pe ecranul osciloscopului a tensiunii aplicate la bornele inductorului de la generatorul de semna i simultan a curentului prin inductor. De fapt se va msura cderea de tensiune pe rezistena unt Rs, care este proporional cu curentul prin inductor, vezi figura 8. Aadar pe ecran vor fi vizualizate dou semnale sinusoidale corespunztoare tensiunii i curentului prin circuit. Tensiunea generatorului se alege la maxim 20 Vvv. (vârf-vârf) Se va crete progresiv frecvena. Curentul prin circuit va scdea cu frecvena deoarece I=U/L. Este necesar modificarea amplificrii pe vertical a osciloscopului pentru a avea valori comparabile cu nivelul tensiunii i a putea aprecia defazajul dinte cele dou semnale. Pentru o citire mai precis se pot activa cursoarele osciloscopului.

Canal 1 Osciloscop

I Canal 2 Osciloscop

Generator GH de semnal GL

L Rs

GND

Fig.8 Montaj pentru vizualizarea tensiunii i curentului prin inductor.

9

În domeniul frecvenelor joase, curentul este defazat în urma tensiunii. Odat cu apropierea de frecvena proprie de rezonan defazajul dintre tensiune i curent se va reduce i se va observa, dup depirea frecvenei proprii de rezonan cum curentul va trece înaintea tensiunii, adic inductorul va prezenta un caracter capacitiv. La rezonan curentul are o valoare foarte mic, dar odat depit frecvena proprie de rezonan curentul începe s creasc din nou. Ecranul osciloscopului este prezentat în figura 9.

Fig.9 Ecranul osciloscopului cu tensiunea i curentul inductorului afiate Se va nota valoarea frecvenei proprii de rezonan pentru cele dou inductoare. Cunoscând inductana la joas frecven se poate determina capacitatea parazit cu relaia (2). O alt metod de a determina capacitatea parazit, dac nu dispuneam de puntea RLC pentru a msura Lech este de a realiza msurtori ale dependenei inductanei aparente de frecven. Se msoar astfel cderea de tensiune UI ce corespunde curentului prin inductor la diferite frecvene. Curentul este determinat din valoarea rezistenei unt Rs1=Rs2=10k. Inductana aparent se calculeaz cu relaia La= UG/I, cu UG tensiunea generatorului (tot în uniti vârf-vârf). Frecvenele se aleg corespunztor unei scale logaritmice. În vecintatea frecvenei de rezonan se vor alege mai multe puncte de msur. f(kHz) 1 2 5 10 20 50 100 ....... fpr

10

Tabelul 3 Comportarea în funcie de frecven UI I=UI/Rs La=UG/I [Vvv] [mAvv] [mH] f1=....... f2=........ Cp=........

Se va trasa graficul La(f) care trebuie s fie de forma celui din figura 3b. Se aleg dou frecvene în regiunea cresctoare a graficului, în vecintatea frecvenei de rezonan. Capacitatea parazit se determin cu relaia:

Cp =

La 2 - La1 2 La1 La 2 2 - 12

(

)

(9)

Se va completa tabelul 3 pentru cele dou inductoare L14 i L15.

4. Întrebri, concluzii, prelucrri de date (suplimentar fa de punctul 3)

4.1 Pe baza foilor de catalog i a plcii de laborator prezentai comparativ tipurile de inductoare. Se vor prezenta principalele elemente distinctive, structura constructiv, principalele caracteristici, parametrii mai importani, domenii de aplicaie. 4.2. Având în vedere rezultatele obinute la punctul 3.1 (tabelul 4) realizai comparaia inductoarelor din punctul de vedere al parametrilor inclui în tabel. Comentai eventualele diferene între factorii de calitate msurai i cei dai în catalog. 4.3. Comentai diferenele dintre valoarea rezistenei de curent continuu i a celei echivalente serie la frecvena de lucru (1kHz). 4.4. În foile de catalog nu este precizat explicit puterea nominal. Cum se poate estima capacitatea de disipare a puterii (în curent continuu) pe baza datelor din tabelul 4? Calculai puterea disipat pentru inductoarele L1-L15. Comentai rezultatele. 4.5. Cum explicai diferenele existente între factorii de calitate msurai la punctul 3.2? Comentai pentru fiecare tip de inductor. De ce sunt diferii factorii de calitate ai inductoarelor cu aceeai inductan nominal L3, L7 i L13? 4.6. Din ce cauz frecvena proprie de rezonan a inductoarelor L14 i L15 este diferit? Ce factori determin capacitatea parazit a inductoarelor? 4.7. Dac la punctul 3.3 se aleg din graficul inductanei aparente pentru determinarea capacitii parazite dou frecvene aflate în domeniul frecvenelor mici ce se obine? 4.8. În apropierea frecvenei de rezonan inductana aparent are o valoare ridicat, aparent un lucru favorabil. De ce totui se evit în funcionare apropierea de frecven proprie de rezonan?

5. Întrebri:

1. Cum depinde inductana de elementele constructive ale inductorului: lungimea de bobinare, seciunea bobinajului, numrul de spire, carcas, miez magnetic, element de protecie, ecran, etc. 2. În ce condiii efectul secundar capacitiv prezent la un inductor influeneaz mai puin funcionarea acestuia? Ce soluii exist pentru micorarea acestui efect nedorit. 3. În ce msur carcasa pe care se realizeaz bobinarea (suportul de bobinare) influeneaz parametrii inductorului? Precizai care dintre ei. 4. Pentru ce frecvene inductorul funcioneaz ca un condensator (datorit efectului capacitiv preponderent)? De ce? 5. De ce parametri constructivi sau de material depinde rezistena de curent continuu Rcc. Dar curentul nominal? 6. Un inductor liniar foarte scurt, practic un terminal al unei componente are inductan? 7. Care este motivul pentru care în domeniul frecvenelor înalte se utilizeaz de regul componente cu terminale pentru montarea pe suprafa (SMD) i nu cu terminale pentru inserie? 8. De ce inductanele care iau natere în mod nedorit (inductane parazite) nu trebuie trecute cu vederea în analiza circuitelor electronice ?

11

9. Un miez din alam ce efect are asupra inductanei? 10. Capacitatea parazit a unei bobine depinde de: 1) izolaia conductorului de bobinaj. 2) forma bobinei. 3) distana dintre spirele bobinei. 4) suportul de bobinare. 11. Schema electric echivalent a unui inductor: 1) este un montaj de laborator. 2) este un circuit de msur prezentat în cataloage. 3) reprezint o încercare a fabricanilor de inductoare de a minimiza efectele parazite ce apar în înalt frecven. 4) reprezint o schem electric echivalent ce modeleaz un inductor real. 12. Inductorul: 1) tinde asimptotic spre inductorul ideal odat cu creterea frecvenei. 2) se îndeprteaz de inductorul ideal odat cu creterea frecvenei. 3) se manifest în funcionare doar ca element disipativ de energie. 4) are flux de scpri, pierderi ohmice i pierderi magnetice. 13. Inductana aparent paralel: 1) poate fi identificat în c.c. cu inductana echivalent. 2) ia valori extrem de mari în modul în apropierea frecvenei proprii de rezonan a inductorului. 3) este negativ pentru frecvene mai mari decât frecvena proprie de rezonan. 4) are o valoare fix ce poate fi obinut msurând inductorul cu orice punte de JF.

Coninutul referatului: Referatul de laborator va conine toate tabelele completate cu msurtorile efectuate în cadrul laboratorului precum i rezultatele calculelor solicitate în lucrare. Se vor trasa pe hârtie milimetric graficele corespunztoare variaiei inductanei aparente în gama de frecven. În plus, referatul va trebui s cuprind observaii personale, concluzii i rspunsuri la întrebri.

Bibliografie

1.Ctuneanu V. .a., Tehnologie electronic, Ed. Didactic i Pedagogic, Bucureti, 1984. 2.Svasta P. .a., Componente pasive, Rezistoare, Cavaliotti, 2007. 3.Svasta P. .a., Tehnologie electronic, Componente pasive (îndrumar de laborator) editura UPB 1990. 3.Svasta P. .a., Componente electronice pasive - probleme, editura UPB, 2005. 4.*** Inductoare, diverse cataloage. 5. Svasta P. .a , Componente electronice pasive - Întrebri i rspunsuri, editura UPB, 1996. 6. www.cetti.ro

12

Tab. 4 Parametrii inductoarelor ANEXA 1 ­ Tabelul 4 Parametri identificai i msurai

Nr. crt. Nume ref. LN [mH] * t [%] Q fQ [MHz]* Tm [oC] TM [oC] Frecvena proprie de rezonan [MHz] * IN [mA] Rcc [] L ms. [mH] * Q ms t calc. [%] Rserie calc. []

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15.

L1 L2 L3 L4 L5 L6 L7 L8 L9 L10 L11 L12 L13 L14 L15

* Se vor utiliza uniti de msur adecvate fiecrei componente

Information

Microsoft Word - Inductoare.doc

13 pages

Report File (DMCA)

Our content is added by our users. We aim to remove reported files within 1 working day. Please use this link to notify us:

Report this file as copyright or inappropriate

727555