¿Dónde debo buscar discrepancias en la inductancia del transformador?

Estoy experimentando con este pequeño transformador de línea toroidal (~15VA) como un ejercicio de "laboratorio" mientras aprendo sobre transformadores. En este momento solo tiene su devanado primario original de 115V; "Desenrollé" y eliminé los secundarios con los que venía y agregaré otros nuevos de varias descripciones con fines experimentales.

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El primario tiene unas 1500 vueltas, con una resistencia de devanado de 28 Ω .

El problema que tengo es que obtengo valores muy diferentes para la inductancia primaria, dependiendo de cómo la mida. Tengo algunas hipótesis de por qué, pero me pregunto cuál podría ser la más probable.

  • Cuando mido el primario con mi medidor LCR Agilent U1733C, obtengo una lectura de 22,7 H a 100 Hz. No hay una opción de 60 Hz por el motivo que sea, así que elegí la frecuencia más baja disponible. En la configuración de 120 Hz, se lee 20,4 H, por lo que calculo que el valor de 60 Hz es un poco más alto que 22,7 H en lugar de más bajo.

    En la configuración de 100 Hz, lee 7,7 nF para capacitancia.

  • Mi segunda prueba es para identificar las características del núcleo, específicamente la curva de saturación, pero también indica la inductancia. Básicamente aplico un voltaje (4 VDC en este caso) y luego observo la curva de corriente con el osciloscopio sobre un 1 Ω resistor. La pendiente de la parte lineal en los primeros microsegundos después de aplicar el voltaje indica la inductancia. Por este método de medición obtengo alrededor de 8,8 H.

  • La tercera prueba que realicé fue para medir la corriente de magnetización. Usando mi DVM, obtengo 3.1 mA AC RMS a través del primario cuando lo enchufo a 120 VAC. (hoy la línea está funcionando a unos 124 VAC).

    Eso da una impedancia de alrededor de 40 k Ω lo que correspondería a una inductancia de 106 H .

Entonces me pregunto por qué habría una variación tan amplia en la medición de la inductancia.

Sé que el medidor LCR está midiendo a una frecuencia demasiado alta, pero parece que en el peor de los casos, el valor real no sería más de, digamos, 30 H .

En la prueba de voltaje de CC, sospecho que hay algunos efectos de histéresis de magnetización del núcleo porque obtengo una curva muy diferente (mucho más larga) cuando invierto la polaridad, pero solo la primera vez con la nueva polaridad.

Sin embargo, la prueba de corriente de magnetización parece que debería ser bastante precisa.

De todos modos, estoy bastante perplejo aquí sobre cómo explicar esto y tal vez modificar uno o más de mis procedimientos de prueba.

¿Alguien tiene alguna idea sobre cómo podría explicarse esto?

Respuestas (3)

La prueba adecuada es aplicar 120 V CA y si esto implica una inductancia de 106 H, eso es lo que supongo. Entonces, ¿por qué el medidor indica una inductancia más baja? Una cosa que podría indicar un "problema" es la medición de 7,7 nF. Si toma la lectura de inductancia de 106 H y calcula la frecuencia de resonancia con 7,7 nF, obtiene 176 Hz y esto es demasiado para dar sentido a cualquier medida de inductancia en su puente LCR.

Otro factor es que la inducción de corrientes de Foucault en las laminaciones aumenta con algún factor de frecuencia (creo que es como el efecto de la piel, por lo que aumenta con F de memoria). Las corrientes de Foucault son como giros parcialmente en cortocircuito y, por lo tanto, tienen el efecto de reducir la inductancia de magnetización percibida del núcleo.

Gracias Andy, esto me dio la confianza en el valor efectivo basado en la impedancia para mirar más de cerca a los otros dos. Estoy pensando que ahora el valor de capacitancia de 7.7nF leído con el medidor LCR no es confiable. Obtuve una lectura totalmente diferente hoy, -142nF (sí, negativa), así que estoy pensando que medir la capacitancia del devanado no es tan simple como conectar el medidor LCR. En la prueba de magnetización del núcleo, me di cuenta de que estaba activando la compuerta MOSFET con el mismo voltaje de prueba de 4 V, así que creo que tengo un voltaje bastante alto. R D S ahí eso arruinaría las cosas. Lo arreglaré y volveré a intentarlo :)
Creo que vale la pena mencionar aquí el resultado de la prueba de corriente de rampa cuando lo determine. El -142nF significa 17,8 henrios a 100 Hz en mi libro. ¡Un puente LCR puede dar un giro y reportar capacitancia negativa es algo de lo que he oído hablar antes!
Lo hará Andy. Estoy renovando la configuración de prueba del inductor para controlar el MOSFET con pulsos de voltaje de puerta completos (~ 10 V); Publicaré los resultados cuando lo tenga terminado :)

El problema principal es que una inductancia constante es un modelo demasiado simple para un transformador toroidal con núcleo de hierro de transformador.

La no linealidad de la permeabilidad hará que la inductancia sea sensible al nivel de excitación. Hay otros efectos que alterarán las propiedades terminales del componente, la histéresis, las corrientes de Foucault y las pérdidas en el núcleo.

Estos efectos contribuirán de manera diferente dependiendo de si un medidor LCR está mirando la inductancia de CA de oscilación baja, la red está explorando una inductancia de CA de oscilación casi completa o una rampa lineal está subiendo por un lado de la curva de histéresis e ignorando el otro lado, hasta que lo inviertes y encuentras que es diferente.

Entonces la pregunta es '¿por qué quieres saber la inductancia?' Presumiblemente es para predecir el comportamiento del núcleo bajo algunas condiciones particulares. Si es así, debe medir la inductancia efectiva precisamente en esas condiciones o utilizar un modelo mucho más completo del núcleo para caracterizarlo por completo.

Bueno, escanee las primarias de su transformador toroidal tienen una alta inductancia debido a que no hay espacio y muchas vueltas y acero de alta permeabilidad. Esto significa que su corriente inductiva es baja a menos que la frecuencia de prueba sea algo tonta como 5Hz. Las pérdidas de hierro también son bajas porque esas donas son hecho de buen acero. Pero su Q es en realidad bastante bajo. Le apuesto a que es menos de 10. Con un Q bajo, no todos los medidores de inductancia son iguales. Obtendrá respuestas más cercanas principalmente porque el balasto de la lámpara tiene un espacio.

La reactancia de 40k y la resistencia de CC de 28 ohmios me parecen una Q superior a 1000.
Las pérdidas de hierro se pueden tratar como una resistencia efectiva. Esta resistencia está en paralelo con el inductor. Aquí es donde proviene la Q baja.
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