Nº 7 Núcleos de Ferrita

FACULTAD REGIONAL MENDOZA
TRABAJO PRÁCTICO DE LABORATORIO N º 7
ENSAYO DE NÚCLEOS DE FERRITA
DEPARTAMENTO:
ELECTRÓNICA
CATEDRA:
TECNOLOGÍA ELECTRÓNICA
PROFESOR TITULAR:
ING. ADOLFO F. GONZALEZ
PROFESOR ADJUNTO:
ING. RUBÉN O. VICIOLI
JEFE DE TRABAJOS PRÁCTICOS:
ING. GABRIEL SOSA
AYUDANTE DE TRABAJOS PRÁCTICOS:
ING. FEDERICO M. GRACIÁ
2016
Departamento de Electrónica
Cátedra: Tecnología Electrónica
OBJETO DE LA PRÁCTICA
Diseñar inductores con núcleos de ferrita y verificar la calidad del bobinado.
MATERIALES A UTILIZAR
Elementos bajo prueba:
Núcleos de ferrita de características a determinar.
Instrumentos de medición:
Puente R.L.C.
O.R.C.
G.A.F.
FUNDAMENTOS TEÓRICOS
Las ferritas se utilizan hasta los 20 MHz y confieren al inductor:
-
Elevado Q.
Elevada estabilidad inductiva.
Mínimo volumen.
Auto - apantallamiento.
Las ferritas poseen:
-
Fiabilidad.
Uniformidad.
Reproductibilidad de características.
Precisión y estabilidad de dimensiones.
Por lo que se puede simplificar el diseño y mejorar la precisión en los resultados. El flujo de
saturación se evita al introducir un entre hierro de aire con el camino magnético en serie. El efecto
es a planar el l azo de hi stéresis, per mitiendo mayores de nsidades de co rriente s in saturación. Un
efecto adicional es que reduce la inductancia por vuelta del bobinado.
Para una excitación AC, la inducción máxima puede calcularse:
BMáxAC =
Eef × 108
4,44 × f × N × Ae
Donde:
BMáx:
Eef:
f:
Ae:
N:
inducción máxima pico (inducción máxima adoptada por el diseñador).
tensión aplicada (verdadero valor eficaz).
frecuencia (Hz).
área equivalente del circuito magnético (cm2).
número de vueltas del bobinado.
Nota: Si la BMáx está al tope del ciclo de histéresis (saturación) cambia su nombre a BS.
Si hay una componente de corriente continua, puede calcularse:
BMáxT = BMáxAC + BMáxDC
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BMáxT =
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Eef × 108
4,44 × f × N × Ae
+
N × I DC × AL
10 × Ae
Un límite de seguridad para βMAX es de 200 Gauss. Densidades de flujo superiores
provocarán un funcionamiento no lineal que introducirá errores en el cálculo de la autoinducción y
del factor Q.
Para un núcleo toroidal puede expresarse:
L≈
L≈
0,4 × π × N 2 × 10 −8
lg
lm
+
µ × Am Ag
0,4 × π × N × 10
l
∑ m
µe × A
2
−8


 0,4 × π × N 2 × 10 − 8 
≈ µe × 

l


∑


A
donde µe es la permeabilidad eficaz, y para entre hierros pequeños:
µ T = µ + µ Aire ∴ µ = µ e
Por co nveniencia del cá lculo, s e de fine µe y se hall a AL (índice de aut oinducción), que s e
establece para cada núcleo teniendo en cuenta las dimensiones, el tipo de ferrita y el entre hierro de
fábrica, siendo su expresión:
AL =
4 × π × µe 
mH

×
l
1000vueltas 
∑
A
por lo que el valor de la inductancia será:
L = AL × N 2 × 10 −9
N=
L
× 10 9
A
L
donde:
L:
N:
AL:
inductancia (H).
número de vueltas.
índice de autoinducción (mH/1000 vueltas).
El entre hierro determina µe por lo que t ambién A L; ya que a mayor entre hierro, menor A L,
por l o que s e obt iene m ayor es tabilidad de l a aut oinducción co n el tiempo y la t emperatura, per o
menor Q.
Debe co mprobarse s i el de vanado " cabe". S e det ermina el nú mero de es piras nece sarias
para hallar L. Se divida el número de espiras por el área para devanado del núcleo. El cociente da el
número de espiras por unidad de superficie. El bobinado práctico comercial es del 90% al 95% del
valor obtenido.
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Las cu rvas Q r elacionan el factor Q co n l a f recuencia par a ca da A L normalizado, s i el
devanado es tá co mpletamente ll eno. P ueden obt enerse v alores i ntermedios ( entre cu rvas) con
buena aproximación por interpolación.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS PASOS DE LA PRÁCTICA
Se obt endrá el i nductor r equerido usando di stintos tipos de dev anado y se hal lará el Q de
cada uno de ellos.
DESARROLLO DE LA PRÁCTICA
Se compara el núcleo a ensayar con los detallados en los catálogos disponibles. Puede
hallarse sus características al comparar sus dimensiones físicas.
a. Si se conoce la hoja de datos de la ferrita:
a1.
a2.
a3.
a4.
Se obtiene AL de la hoja de datos.
Se calcula N conocida la L requerida.
Se mide L con el puente R.L.C.
Se ajusta el valor de L con el ajuste del núcleo.
b. Si no se tiene la hoja de datos de la ferrita:
b1. Se determina AL mediante ensayo. Se bobina un inductor con 5 vueltas. Se mide L
resultante y se hal la A L para dicha cantidad de vueltas. Ídem para 10 y 15 vueltas.
Se promedian los valores de AL y se utiliza dicho valor para el diseño.
b2. Se calcula N conocida la L requerida.
b3. Se mide L obtenida con el puente R.L.C.
b4. Se ajusta el valor de L con el ajuste del núcleo.
c.
Se realizará el bobinado del inductor utilizando devanado en banco, devanado angosto
y profundo al ternado y devanado angos to y profundo co ntinuo. S e hall ará e l Q
resultante al ens ayar el inductor en un c ircuito r esonante par alelo ut ilizando un
capacitor de valor conocido, según en siguiente esquema:
Figura 1
Se gráfica l as curvas obtenidas y se halla l a variación del Q y el i ncremento de ca pacidad
parásita en cada tipo de devanado.
Figura 2
CONCLUSIONES
Comparar los valores obtenidos y experiencias con la teoría. Emitir juicio de valor.
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BIBLIOGRAFÍA
1. Gozalez, Adolfo F., Cesarí, Ricardo M. y Vicioli, Rubén O. Inductores con Núcleo de Ferrita.
Apuntes de Cátedra Tecnología Electrónica. Mendoza, Mendoza, Argentina : s.n., 2011.
2. Company, Arnold Engineering. Soft Magnetics Application Guide. Marzo de 2000. págs. 30.330.24.
3. Schaller, George E. Review of Non-Standard Applicationsi n Soft Ferrites. Fairfiel, New Jersey,
USA : s.n. págs. 507-509.
4. —. Ferrite Processing & Effects on Material Performance. Fairfield, New Jersey, USA : s.n. págs.
87-90.
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