Induttore 10 kHz 0,5 mH 30 A

[biggim555]

Dovrei realizzare un induttore 10 kHz 0,5 mH 30 A , ho dei nuclei epcos e65 mi potete aiutare ?


Riporto qui di seguito alcune considerazioni gia fatte su un altro thread

Codice: Seleziona tutto

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Ho l'impressione che il nucleo di ferrite sia troppo piccolo per quella corrente e induttanza. Dovresti mettere una ottantina di spire circa (probabilmente qualcuna in piu`) e un filo con una sezione utile di 10mm^2 circa, e non ti stanno.
Poi ci sono altri problemi con effetto pelle, spessore del traferro...
Forse usando polveri al posto della ferrite si potrebbe far stare una quarantina di spire, ma non sono sicuro che si riesca a fare.
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Io ottengo risultati diversi:

utilizzando sia il materiale N27, sia il matriale N87, il numero di spire varia da un minimo di 8 spire (caso senza traferro), ad un massimo di 31 spire (caso con 1.5 mm di traferro).

Facendo l'avvolgimento con quattro fili in parallelo da 1.5 mm di diametro ciascuno, la densità di corrente è sufficientemente bassa e la sezione dell'avvolgimento varia da un minimo di 72 ad un massimo di 279 mm^2.

Con oltre 400 mm^2 di sezione disponibile sul cartoccio, l'avvolgimento è più che realizzabile con tutte le tipologie di nucleo.

Il problema, però, è un altro: è la saturazione del nucleo a imporre il limite alla corrente che, in funzione al traferro, può andare da 5 a circa 9 A massimi.

Nota: i miei calcoli si basano sui datasheet della Epcos, ma credo sia meglio che qualcuno verifichi quanto sopra...

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Innanzitutto grazie a entrambi,
anch'io dai dati riportati sul sito della epcos ( che anche un utile software da scaricare per le simulazioni ) ho visto che il problema è la saturazione del nucleo anche usando traferri 'importanti' ....
Se ho ben interpretato i dati a 10KHz e 30 A vi sarebbe una c.d.t. di circa 2000 V ; è corretto ???
Sto valutando l'ipotesi di un induttore in aria, tempo fa ne ho realizzato uno da 1 mH con del filo di 2 mm di diametro e dimensioni tuttosommato compatte ...almeno non avrei il problema della saturazione ... :D

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A me viene poco meno di 1000V, che sono sempre tantini.

Al posto di usare un solo nucleo, che non ce la fa, potresti provare con due nuclei affiancati. A questo punto servono solo 40 spire, che potrebbero anche starci. Il traferro equivalente dovrebbe essere dalle parti di 5mm, e quindi una coppia di E affiancate deve essere distante dall'altra coppia di E di 2.5 mm circa. Forse potresti anche farcela, bisogna ancora fare i conti per l'effetto pelle, ma prima vediamo se vuoi andare in questa direzione.
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Si quella di usare due nuclei potrebbe essere la via giusta ma credo che comunque saturerei i nuclei con l'aumentare della corrente, sto valutando la soluzione in aria, molto piu' costosa a livello rame ma forse piu' affidabile, secondo i miei calcoli occorrerebbero circa 130 spire su una sezione di 750 mm2.
Purtroppo non ho esperienza diretta, avete qualche fonte ?
Si tratta di un alimentatore cc swich mode .
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Con due nuclei e 40 spire non saturi. Che forma d'onda usi? Che cosa e` esattamente quell'alimentatore?

Mi pare strano fare delle induttanze in aria per degli switching. Sulle induttanze in aria ne so poco, a parte che irradiano che e` un piacere :). Almeno falle di forma toroidale, cosi` non trasmettono in giro troppa porcheria.
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Si effettivamente con un avvolgimento in aria il problema dell'irradiazione è concreto... la schermerei con un foglio di rame anche se sarebbe meglio l'introvabile mumetal...
Ho giocato un po' col software della epcos : secondo quel programma per 40 spire e induzione 0,4 T occorrerebbero 2 coppie di E70, ma 0,4T non saranno troppi ? in quelle poche che ho gia realizzato non sono mai andato oltre 0,3...
Nei filtri cross-over si usa mettere una sola E o blocchetto di E , in quel modo si eviterebbe la saturazione anche se occorrerebbero molte piu spire per ottenere la stesso valore di L ?
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Schermare una bobina in aria fa aumentare le perdite (lo schermo scalda) e diminuisce l'induttanza.

Se puoi scegliere i nuclei (adesso parlavi di E70, prima di E65) allora l'approccio e` diverso. Bisogna sapere in che circuito va a lavorare, forme d'onda, tipo di funzionamento... e poi si sceglie come realizzare l'induttore.

0.4T e` un po' altino, specie se il nucleo scalda, meglio stare a 0.35T. Bisogna aggiungere qualche spira. Poi per decidere se realizzarle con litz, bandella o fili in parallelo bisogna fare i conti di dissipazione.

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Direi di tenere in considerazione i nuclei E65 ( 2 ) e se fossero insufficenti come temo passare a due E70 , per l'avvogimento non credo di poter fare meglio di 2 fili in parallelo di diametro 2 mm .
Che ne pensate ?

[IsidoroKZ]

Qualche considerazione sull'induttanza.

Con un solo nucleo E65 o anche E70 (per un solo nucleo intendo due mezzi nuclei ad E) non c'e` verso di ottenere quella induttanza e corrente massima. Con due nuclei affiancati si raddoppia l'area magnetica e quindi il flusso, ed e` possibile ridurre il numero di spire a meta. 10 kHz non sono tantissimi, per cui si puo` andare a lavorare probabilmente fino a .35T circa e con una quarantina di spire si dovrebbe potercela fare.

I conti precisi, come avevo detto, li si puo` fare se decidi di andare in questa direzione. Il filo da 2mm^2 comincia a subire effetto pelle a 10 kHz e con solo due conduttori in parallelo averesti una densita` di corrente di 7.5A/mm^2 che e` proprio troppo per il riscaldamento.

Comunque anche con 2 E70 affiancati credo si sia abbastanza tirati, bisogna vedere se conviene usare una bandella conduttrice o fili affiancati o intrecciati.

Per fare i conti serve sapere qual e` l'applicazione, forme d'onda, durata di servizio...

[IsidoroKZ]

Pero` non hai ancora detto qual e` l'applicazione. E non ho voglia di perdere un paio di ore a progettare un induttore che poi non e` adatto all'applicazione.

[biggim555]

Rileggendo il tutto mi rendo conto di aver omesso un aspetto credo fondamentale e me ne scuso, l'induttore è percorso da corrente altenata 50 Hz e da una componente ad onda pseuso-quadra a 10 kHz creata da un regolatore di una saldatrice professionale un po' vecchiotta e quindi, presumo, poco sensibile alle problematiche di compatibilità elettromagnetica !
Il carico è costituito , e l'induttanza dovrebbe evitare che l'onda quadra raggiunga la rete.

L'assorbimento di 30A è riferito come massimo, di picco, a 230V, quello medio dovrebbe essere intorno alla metà.

Per quanto riguarda la densità di corrente, a me viene 4,8A/mm2, tu operi un declassamento in base alla frequenza ? esistono delle tabelle ?

Grazie in anticipo per i consigli e la pazienza !

[IsidoroKZ]

La densita` di corrente dipende dalle dimensioni del nucleo, e per un E65 (o E70) 4.8 A/mm^2 sono parecchi, di solito sto a valori parecchio piu` bassi, 2.2 A/mm^2. Se poi si mettono due nuclei accostati, la densita` di corrente potrebbe diminuire ancora ulteriormente.

Per l'effetto di alta frequenza uso le curve di Dowell, in base al diametro del filo, alla profondita` di penetrazione e al numero di strati ricalcolo le perdite. Le curve di Dowell si trovano ad esempio qui.

Per valutare le perdite bisogna sapere quanta e` la corrente a 50 Hz e quanta a 10 kHz, dato che a 50 Hz viene sfruttata tutta la sezione del conduttore, a 10 kHz ci sono i problemi di prossimita` e multistrato.

[biggim555]

I 30 A sono nominali della macchina quindi presumo a 50 Hz, come misuro la corrente a 10 kHz ? ho a disposizione un oscilloscopio , potrei mettere un shunt sulla fase e poi ?

[IsidoroKZ]

Se i 30A sono dati di targa, e` un valore efficace, il picco diventa 42A e a questo punto anche con due nuclei accoppiati probabilmente non ce la si fa.

Per misurare la corrente la cosa migliore e` usare una pinza di corrente o un trasformatore di corrente, sempre a larga banda. Con uno shunt i puo` fare, ma lo shunt non e` isolato e quindi ci vuole una sonda differenziale, oppure un trasformatore di isolamento.

Perche' vuoi mettere un induttore in serie all'alimentazione?

[biggim555]

In pratica pensavo di eliminare con l'induttanza la componente a 10KHz ( che crea disturbi a tutti gli altri apparecchi ) e far passare solo i 50 Hz .
A 50 Hz l'induttore deovrebbe avere una caduta di solo 5 V e a 10KHz quasi 1000V a 30A in realtà pero' non assorbirò mai tutta quella corrente ma circa la metà ( a 50 Hz ).
Purtroppo non ho ne la sonda differenziale ne la pinza o il TA a larga banda, ho invece già applicato un trasformatore di isolamento all' oscilloscopio per poter effettuare misure in tensione direttamente sulla rete.

[IsidoroKZ]

Hai provato con condensatori di filtro, sia X (fra fase e neutro, se e` monofase, sia con condensatori Y fra fase e terra e neutro e terra? I condensatori X possono essere grandi di valore, gli Y invece sono limitati dalla corrente che scorre sul conduttore di terra.

Se descrivessi tutto il problema sarebbe molto piu` facile.

Attenzione a rendere l'oscilloscopio flottante, diventa pericoloso!

[biggim555]

Ho provato con i condensatori e anche con un induttore sempre da 0,5 mH realizzato su un nucleo a lamierini , il disturbo passa lo stesso anche se attenuato .
Ho pensato a realizzarla in ferrite considerando che i lamierini utilizzati nell'induttore che avevo a disposizione non potessero lavorare ad altra frequenza e quindi attenuasse solo la bassissima frequenza ( fino a 400Hz ) mentre la ferrite dovrebbe fare circa il contrario...
Ora mi sorge un dubbio, la corrente a 50hz che scorre nell'induttore in ferrite satura il nucleo più , meno o come la corrente a 10KHz ? perché se i 50 Hz non creano problemi alla ferrite si potrebbe ipotizzare che la corrente a 10KHz nella peggiore delle ipotesi non superi la meta' di quella a 50 Hz considerando che verrà ( credo ) parzializzata una semionda per volta. ( quindi in teoria 7-8 A ).
chiaramente per quanto riguarda il filo dovrà portare minimo 15-20A sempre.