Necesitaba estudiar la tasa de cambio de corriente (dI/dt) en un circuito de CC, así que construí un inductor utilizando un núcleo de hierro dulce laminado de un pequeño transformador electrónico. Elegí hierro dulce porque podía hacer un inductor razonable con unas pocas vueltas y evitar saturar el núcleo con la corriente continua (que puede llegar hasta los 10 A).
Necesitaba un conductor grueso, así que torcí un cable AWG 19 2 veces sobre sí mismo en direcciones opuestas (una vez hacia la derecha y luego hacia la izquierda) y lo enrollé en el núcleo.
El problema vino cuando medí la inductancia. Primero utilicé una configuración con un amplificador de audio de 25W + smartphone (como generador de onda senoidal), un multímetro de banco para medir la corriente RMS y un osciloscopio para medir la caída de tensión en el inductor. Medí su impedancia a 15 frecuencias de 100 a 10000 Hz, resté la resistencia de CC e hice un ajuste lineal.
El ajuste fue excelente, con R² > 0,99, pero el problema fue el valor que encontré. Desde la pendiente (y su desviación estándar) fue 24,5 +-0,5 uH. Esto es una tontería, si tuviera aire como núcleo no sería mucho más bajo.
Pero todo ha sido revisado dos veces. Verifiqué el multímetro contra el osciloscopio, ambos coincidieron perfectamente en los voltajes de CC y CA, y el amperímetro de CA del multímetro también coincidió con la caída de voltaje en una resistencia, medida en el osciloscopio.
Hoy pensé que el ruido de mi amplificador de audio (que usa un SMPS) podría estar interfiriendo con la medida, una vez que el multímetro estaba midiendo la corriente RMS con todos sus armónicos, mientras que en el osciloscopio solo buscaba la amplitud máxima de la frecuencia que seleccioné en el teléfono inteligente.
Así que decidí hacer todo con el osciloscopio y filtrar el ruido a ojo. En esta configuración utilicé una resistencia en serie con el inductor y medí la caída de voltaje en la resistencia y en toda la serie con el osciloscopio.
Hice mediciones cuando la impedancia en serie era 2, 3, 4 y 6 veces mayor que la resistencia sola (que es una resistencia de 0,5 ohmios) e hice un ajuste lineal nuevamente.
Ahora encontré 22.0 +- 0.8 uH. Básicamente lo mismo, lo que significa que nada estaba mal antes.
Entonces, planteo la pregunta: ¿Qué diablos podría estar pasando aquí?
Sé que el hierro dulce laminado no es bueno para las altas frecuencias, pero según lo que medí, su inductancia solo se redujo perceptiblemente después de 10 kHz.
También sé que los 4 soportes de alambre están correctamente soldados en cada extremo y no tienen cortocircuitos en el medio, porque la resistencia a temperatura ambiente coincide perfectamente con mi estimación de cobre recocido (6,38e-3 ohm frente a 6,8e-3 ohm), si ocurriera algo, tendría que estar apagado.
Por último, incluso hice una réplica de la configuración en MultiSIM para verificar si un programa de inductancia de 20 uH producía ese resultado, y descubrí que sí, ninguno de mis cálculos estaba equivocado.
Entonces, ¿qué queda por considerar aquí? Sé que una vez que tuve que desarmar y pegar el núcleo seguramente quedó peor de lo que estaba originalmente, ya que ahora las laminaciones están un poco más distantes, pero no puede ser tan malo. Tampoco creo que estén en cortocircuito, lo que podría reducir la inductancia general, pero aún parecen estar bien aislados, no dañé el aislamiento original y el pegamento que usé también es aislante.
En mi experiencia limitada, el espacio de aire en un núcleo hecho en casa o reensamblado es mucho más grande que el original y el rendimiento es mucho más bajo de lo que piensas. Para lograr un hierro continuo efectivo, las laminaciones se fabrican con precisión y se mantienen apretadas con los pernos de las esquinas, o se pegan en una prensa grande para eliminar el aire.
Es mejor cortar el devanado viejo y volver a enrollarlo enhebrando.
Si el hierro tiene una permeabilidad relativa de varios miles, entonces un espacio de aire de 1/1000 de la longitud de la trayectoria del núcleo reducirá drásticamente la permeabilidad y la inductancia efectivas. Esto sería solo 0,1 mm en su caso, o solo unas pocas hojas de papel con aire o pegamento en cada una de las muchas juntas. Si necesita pegamento para mantener unidas las laminaciones y no comprimió el núcleo mientras se fraguaba, ese es el problema más probable.
Calcule la inductancia que esperaría con un núcleo de hierro dulce, pero con un espacio de aire de 0,1 mm.
Bien hecho en sus diversas técnicas de medición, suenan como si fueran razonablemente precisas.
La fuerza despierta
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