Toroidalne rdzenie proszkowe

[Olkus]

Witam,

Nie wiem na ile jest na forum zainteresowanie tematem różnych przetwornic (kojarzę że był jakiś wątek odnośnie przetwornic zaworowych), ale przy okazji tematu miernika lamp pojawiło się trochę postów odnośnie dławika, który pracuje tam w przetwornicy buck. Było o użyciu rdzeni z ATX i takim właśnie postanowiłem przyjrzeć się nieco bliżej. Wybrałem trzy sztuki w różnych kolorach, niebieski, zielony z niebieskim paskiem i żółty z białym paskiem (te są chyba najpopularniejsze w zasilaczach, mam ich najwięcej);

sketch-1777243454764.jpg

Na zdjęciu widoczne wybrane egzemplarze. Wszystkie mają prawie identyczne wymiary, średnica zewnętrzna ~ 27mm. Ułożone są w kolejności w jakiej przewidywałem najlepsze parametry pod kątem parametru AL, niebieski powinienem wypaść w teorii najlepiej - czy miałem rację o tym za chwilę. Wszystkie rdzenie są proszkowe - dość odporne na nasycenie, nie przeszkadza im prąd stały, posiadają szczelinę rozproszoną. Jak nazwa mówi są wykonane z proszku, ferromagnetycznego, najczęściej żelaza w towarzystwie czegoś jeszcze, nie jest to ferryt. Wyglądają też inaczej niż ferryty, które mają kolor czarny/grafitowy lub szary, pod kolorową powłoką wyglądają tak:

sketch-1777243896279.jpg

Kolor jest jaśniejszy i bardziej metaliczny niż rdzenie ferrytowe.
Wracając do AL - to parametr, dzięki któremu możemy się dowiedzieć ile zwoi potrzeba do osiągnięcia danej indukcyjności, a także zdolność magazynowania energii przez rdzeń. To tak w dużym skrócie, nie będę się nad tym tu rozwodzić. Możemy ten parametr bardzo łatwo wyznaczyć nawijając określoną liczbę zwoi i mierząc indukcyjność jaką otrzymaliśmy. Przy czym wymagany jest do tego mostek RLC albo inny przyrząd mierzący dość dokładnie indukcyjność o małych wartościach. Ja postanowiłem dla uproszczenia nawijać na każdy toroid po 10 zwoi. Następnie należy wyniki podstawić do wzoru: AL=L/N². L - zmierzona indukcyjność, N to liczba zwoi. Działa to także dla typowych rdzeni ferrytowych, np. występujących w transformatorach.
Wg opisanej metody otrzymałem następujące wyniki:
Rdzeń niebieski: 18uH, AL=180nH
Zielony z niebieskim paskiem: 12uH, AL=120nH
Żółty z białym paskiem: 11uH, AL=110nH
Zgodnie z przewidywaniem rdzeń toroidalny niebieski okazał się mieć najwyższe AL, a żółto-biały najgorsze. Za to nieco zaskoczyła mnie tak niewielka różnica między żółtym z białym paskiem a zielono-niebieskim, spodziewałem się, że będzie on wykazywać większe AL, bardziej pomiędzy żółtym a niebieskim a nie bliskie tego pierwszego.
Dla sprawdzenia, zmierzyłem jeszcze parę innych rdzeni w tych kolorach (oprócz niebieskiego, bo taki miałem tylko ten jeden egzemplarz) a wyniki zamieściłem w tabeli poniżej:

495DC115-105A-4BD7-8C4A-7D8DBD4E7B06.png

Jak widać różnice między kolorami występują, nie są gigantyczne, rdzeń o najniższym AL był mniejszy od pozostałych, średnica zewnętrzna ~22mm, co jednak przy wyznaczaniu AL praktycznie nie ma znaczenia. Różnice między różnymi częstotliwościami pomiaru były minimalne.
Dla porównania, wziąłem też jakiś toroid z ferrytu (ale nie jest to wysoko przenikalny ferryt jak ten z którego są koraliki przeciwzakłóceniowe):

sketch-1777245282869.jpg

I wyniki są zupełnie inne niż dla rdzeni proszkowych - indukcyjność dla 10 zwoi wyszła 680uH co daje AL=6800nH. Przy czym taki rdzeń nadaje się np. na transformator (ale nie w każdej topologii - tam gdzie wymagana szczelina odpada), przy przepływie prądu stałego łatwo by się nasycił.
Do miernika lamp wymagany jest dławik o dość dużej indukcyjności - 1mH. Dla poszczególnych rdzeni ilości zwoi drutu wyglądają tak:
Niebieski: ~75
Zielony z niebieskim paskiem: ~90
Żółty z białym paskiem: ~94
W związku z tym do zrobienia dławika wybrałem rdzeń niebieski. Najmniej drutu więc pójdzie najszybciej i najmniej męczenia się (nie lubię nawijać toroidów), dodatkowo powinien wykazać najmniejszy spadek indukcyjności pod wpływem przepływającego prądu, podczas gdy rdzeń żółty największy, lepiej od żółtego powinien wypaść zielony, więc byłby drugim wyborem.
Wykonany dławik, dałem 80 zwoi bo zostało nieco drutu:

sketch-1777245855252.jpg

sketch-1777246048868.jpg

Wyszło moim zdaniem nienajgorzej. Indukcyjność jest też zgodna z pomiarem i obliczeniami. Nie mam niestety jak zmierzyć zmian indukcyjności pod wpływem przepływającego prądu, wyniki mogłyby być interesujące.
Jakby ktoś chciał wykonać kiedyś podobny dławik to może to co zamieściłem się przyda.

Pozdrawiam,
A.

[Romekd]

Czołem.
Temat rdzeni proszkowych i ich parametrów, w zależności od typu, koloru (lub kolorów) i składu, jest jak najbardziej ważnym i przynajmniej moim zdaniem ciekawym, więc chętnie będę czytał o Twoich doświadczeniach z tymi elementami (sam również wykonywałem wiele doświadczeń, analiz danych katalogowych i praktycznych pomiarów). Mała uwaga, a właściwie dwie - żółto-białe rdzenie toroidalne, pochodzące między innymi z zasilaczy komputerowych, jeśli obłazi z nich powłoka lakierowa lub mają zmieniony kolor (często ich powierzchnia robi się też matowa, bez połysku), co świadczy o ich bardzo mocnym nagrzewaniu się podczas pracy, raczej nie nadają się do wykonywania z nimi doświadczeń, gdyż jako najbardziej wrażliwe na temperaturę ze wszystkich typów rdzeni proszkowych, mogły ulec trwałemu uszkodzeniu i szkoda czasu na ich pomiary. A druga sprawa, to posługiwanie się słowem "zwoi". Mianownik liczby pojedynczej to zwój (ten zwój, a nie "ta zwoja"). Dopełniacz liczby mnogiej: od słowa „zwój” w dopełniaczu (kogo? czego?), poprawną formą jest zwojów (np. 100 zwojów drutu). Forma „zwoi” jest więc błędna i często wynika z mylenia słowa zwój (nawinięty drut) z czasownikiem zwoić. Co prawda gdy piszesz "ilość zwoi", to każdy czytający wie o co chodzi, ale to jednak nieco "kłuje" w oczy, mimo że błąd ten jest bardzo w wypowiedziach Kolegów powszechny.

Pozwalam sobie przenieść wątek do działu "Elementy", znajdującego się w dziale "Retrotechnika", gdyż sądzę, że będzie lepszym miejscem na tę dyskusję (rdzenie proszkowe zostały opracowane bardzo dawno temu /pamiętam je jeszcze ze swojej młodości/ i choć są nadal udoskonalane i pojawiają się nowe rodzaje, to jednak można je określić mianem elementów "retro" ).

Pozdrawiam
Romek

[zjawisko]

Bardzo interesujący temat; temat którego wielu się boi. W dobie wszechobecnych mierników-testerów mierzących indukcyjność chyba niesłusznie.

Pomiar 10 zwojów (siedząca we mnie niespełniona polonistka dziękuje Ci Romku za zwrócenie uwagi) jest o tyle wygodny, iż wystarczy przesunąć przecinek w prawo (dołożyć zero) i zamienić uH na nH.

Dobrym źródłem rdzeni są również wszechobecne jeszcze niedawno świetlówki kompaktowe i elektroniczne stateczniki do klasycznych rur. Znajdziemy w nich praktycznie zawsze dławik na rdzeniu EE ze szczeliną o indukcyjności od 1 mH do kilku mH oraz... i tu jest haczyk...
...rdzeń toroidalny o dość dużej przenikalności, bardzo łatwo nasycający się, z którego wykonany jest transformator.

Kiedyś natrafiłem na opis działania takiego falownika w którym jako główna zasada działania było podane właśnie nasycanie się tego rdzenia - a jest to:
-kilka zwojów na jedno uzwojenie bazowe
-kilka zwojów na drugie uzwojenie bazowe
-paręnaście zwojów na uzwojenie robocze
Przez to paręnaście zwojów prąd płynący przez lampę niezawodnie przy każdym półokresie nasyca rdzeń, co może wskazywać na wysoką jego przenikalność.
I w istocie, kiedyś wykonując dławik ok. 1 mH nawinąłem kilkanaście zwojów i uzyskałem wymaganą indukcyjność. Prąd pracy miał wynosić pojedyncze mA, stąd o nasycenie mniej się kłopotałem.

Jeśli dobrze rozumiem zasadę pracy dławika kompensowanego w filtrze sieciowym, to strumienie magnetyczne zawsze się znoszą, stąd nasycenie - pomimo wielkiej przenikalności - nie zachodzi.

[Olkus]

Cieszę się, że kogoś też ten temat interesuje
Romekd o rdzeniach z odłażącą powłoką (wygrzanych) miałem jeszcze dopisać, ale widzę że zostałem uprzedzony. Najczęściej w takim rdzeniu (tak wynika z moich obserwacji) spada współczynnik AL. Rdzeń o najniższym tym parametrze zamieszczony w tabelce na początku tematu był właśnie na moje oko przegrzany, ponieważ powłoka łatwo z niego odpadała i to w wielu miejscach. Zaobserwowałem, że często termistor odpowiedzialny za regulację obrotów wentylatora (o ile taki "bajer" w ogóle zamontowany jest w zasilaczu) umieszczony jest wewnątrz dławika, co sugeruje że ten dławik osiąga najwyższe temperatury w całym zasilaczu.
Zamierzam przeprowadzić więcej pomiarów z tymi rdzeniami potencjalnie przegrzanymi, by potwierdzić że wykazują niższe AL, na razie zmierzyłem tylko dwie sztuki bo więcej takich nie mam. Ale mam jeszcze kilka dławików z zasilaczy do odwinięcia to pewnie się jeszcze jakiś trafi. Te dławiki wielouzwojeniowe ciężko jest wykorzystać w niezmienionej postaci, dlatego zwykle usuwam uzwojenia i zostawiam sobie tylko rdzenie. Dławiki z jednym uzwojeniem lub dwoma zachowuję, bo tu potencjał użycia jest zdecydowanie większy.
Dzięki za zwrócenie uwagi na pisownię - faktycznie błąd jest na tyle powszechny, że często uchodzi za poprawną formę. Będę się starał unikać tegoż, kiedy pisałem było już trochę późno więc też mi mogło to umknąć
zjawisko temat jest jak najbardziej ciekawy (a w każdym razie dla mnie), gdyż od pewnego czasu interesuję się różnymi przetwornicami i zasilaczami impulsowymi, nawet już pare zmontowałem bazując na częściach z odzysku
Planuję jeszcze przynajmniej dwa zupełnie inne od budowanych dotychczas, jeden nieco bardziej interesujący i złożony. Jednak nie mam czasu na dokończenie tej konstrukcji, choć w sumie już jestem niedaleko - zostało tylko zaprojektować PCB. Ale to temat na inny wątek w swoim czasie.
Faktycznie temat czasem wydaje się straszny, a tak naprawdę nie ma się czego bać, jak widać jeden z ważniejszych parametrów takiego rdzenia można sobie bardzo prosto określić. Przy czym jeśli chcemy mieć faktycznie zgodny z rzeczywistością wynik to prosty tester może sobie nie radzić. Na pewno odpadają te uniwersalne mierzące tranzystory, diody itd., bo indukcyjność dość fałszują (pokazałem w innym wątku) a kilka uH to nawet nie są w stanie w ogóle zmierzyć.
10 zwojów nawijałem nie bez przyczyny Łatwo liczyć, nie ma z tym aż tyle roboty a i zapewnia to odpowiednio dużą indukcyjność by mój miernik mierzył poprawnie, jest to wg mnie wartość optymalna.
Za dobre źródło różnych rdzeni uważam zasilacze komputerowe, zwykle w każdym jest przynajmniej jeden taki rdzeń jak pokazane, często także jeden nieco mniejszy, i oczywiście rdzenie z transformatorów, które też można wykorzystać ale mają jednak nieco inne właściwości. Ostatnio z zasilacza odzyskałem też całkiem spory dławik z sekcji APFC, wykonany na rdzeniu zielonym z niebieskim paskiem:

sketch-1777281036074.jpg

Średnica samego rdzenia to około 35mm, indukcyjność zmierzona 1,3mH, czyli całkiem sporo. Dławik zachowałem w całości, wykonany jest poprawnie i szkoda go psuć.
Elektronicznych stateczników nie rozbierałem, nie wiem co tam dokładnie siedzi w środku i nie analizowałem w związku z tym budowy. Za to różne rdzenie można spotkać też w jeszcze nie aż tak dawno temu popularnych "elektronicznych" transformatorach do halogenów. Małe toroidy (ale nie proszkowe) występują też w lampkach CCFL (te nazywane "żarówkami energooszczędnymi), które były popularne przed masowym upowszechnieniem się "żarówek" LED.
Działanie dławika skompensowanego dobrze rozumiesz - o to tam właśnie chodzi, dlatego też te rdzenie nie nadają się za bardzo do innych zastosowań, ze względu na bardzo dużą przenikalność, zachowuje takie dławiki w całości, można wykorzystać do budowy filtra sieciowego, indukcyjność to zwykle od kilkuset uH do kilkudziesięciu mH.

Pozdrawiam,
A.

[zjawisko]

Elektronicznych stateczników nie rozbierałem, nie wiem co tam dokładnie siedzi w środku i nie analizowałem w związku z tym budowy. Za to różne rdzenie można spotkać też w jeszcze nie aż tak dawno temu popularnych "elektronicznych" transformatorach do halogenów. Małe toroidy (ale nie proszkowe) występują też w lampkach CCFL (te nazywane "żarówkami energooszczędnymi), które były popularne przed masowym upowszechnieniem się "żarówek" LED.

Ależ żarówka energooszczędna (świetlówka kompaktowa - CFL) a świetlówka (rura) z zewnętrznym statecznikiem elektronicznym to układowo dokładnie to samo.

CCFL to wprost przeciwnie, pokrewny twór, ale jak wskazuje sam skrót - lampa o zimnej katodzie, a nie ze skrętkami-włóknami.

[Olkus]

OK - masz rację, mój błąd.

Pozdrawiam,
A.