Cách đo điện cảm và các đặc tính khác của cuộn dây hoặc cuộn cảm
Bài viết này sẽ đưa ra lời khuyên thực tế và lý thuyết về cách đo độ tự cảm của cuộn dây hoặc cuộn cảm. Mặc dù bài viết sẽ đề cập đến các chức năng và thông số kỹ thuật dựa trên Thiết Bị Đo LCR và máy phân tích trở kháng của Hioki được liệt kê bên dưới, nhưng nhiều lời khuyên cũng có thể được áp dụng cho các sản phẩm tương tự.
Bảng 1: Ứng dụng sản xuất hàng loạt
| Người mẫu | Tần số đo lường | Tính năng |
|---|---|---|
| IM3533 | Một chiều, 40 Hz đến 200 kHz | Chức năng hiệu chỉnh nhiệt độ của Rdc |
| IM3536 | Một chiều, 4 Hz đến 8 MHz | Máy phân tích model tiêu chuẩn, tốc độ cao, ổn định cao, tiết kiệm chi phí |
| IM7581 | 100 kHz đến 300 MHz | Đo tốc độ cao của cuộn dây cho tần số cao |
Bảng 2: Nghiên cứu và Phát triển
| Người mẫu | Tần số đo lường | Tính năng |
|---|---|---|
| IM3570 | Một chiều, 4 Hz đến 5 MHz | Quét tần số với chế độ máy phân tích |
Trước khi chúng ta bắt đầu... vấn đề cốt lõi
Trước khi chúng ta tìm hiểu cách đo cuộn dây hoặc cuộn cảm, có một điểm khác biệt quan trọng giữa các loại cuộn dây phải được giải quyết—người ta có thể nói “vấn đề cốt lõi”. Cuộc thảo luận này rất quan trọng vì các loại cuộn dây liên quan đến lõi có ảnh hưởng nhất định đến phép đo. Các cuộn dây có thể không có lõi (có “lõi không khí” hoặc lõi làm bằng vật liệu không từ tính) hoặc chúng có thể có lõi làm bằng vật liệu từ tính như ferit hoặc sắt. Khi đo độ tự cảm, việc biết loại lõi là rất quan trọng vì lượng dòng điện chạy qua cuộn dây sẽ ảnh hưởng khác nhau đến độ tự cảm của hai loại.
Ví dụ về cài đặt đo lường
Dưới đây là một ví dụ về cài đặt của máy đo LCR khi được đặt thủ công để đo độ tự cảm của cuộn dây thông thường. (Cài đặt tối ưu sẽ thay đổi theo từng cuộn dây.)
Bảng 3: Cài đặt phép đo
| Các thông số đo | Ls, Q, Rdc |
|---|---|
| Tính thường xuyên | Tần số tự cộng hưởng trở xuống |
| Thiên vị DC | TẮT (không thể đo khi cài đặt BẬT) |
| mức tín hiệu | Chế độ CC (dòng điện không đổi), dòng điện định mức trở xuống |
| phạm vi đo lường | TỰ ĐỘNG |
| Tốc độ, vận tốc | CHẬM2 |
| Chế độ LowZ | TẮT |
Đặt tần số đo
Hiện tượng cộng hưởng LC với điện cảm riêng của cuộn dây và điện dung ký sinh được gọi là hiện tượng tự cộng hưởng. Tần số xảy ra hiện tượng tự cộng hưởng được gọi là “tần số tự cộng hưởng”. Khi đánh giá các cuộn dây, hãy đảm bảo tìm ra tần số tự cộng hưởng và đo L và Q ở tần số đủ thấp hơn tần số tự cộng hưởng. Tần số này có thể được xác định bằng cách thực hiện phép đo và tìm một dải tần trong đó các đường phẳng điện cảm (xem Hình 1).
Trở kháng của cuộn dây, nói chung là tăng theo tần số, có thể được tính bằng phương trình sau:
Z = j2πfL
Để đo điện cảm hiệu quả trong khi thay đổi tần số, hãy đặt phạm vi đo thành AUTO. Tuy nhiên, cách tốt nhất để đo độ tự cảm với độ chính xác cao hơn, hãy đặt tần số trong dải tần số đã nói ở trên, trong đó độ tự cảm nhất quán.
Đặt mức đo lường dòng điện
dòng điện đo có thể được tính từ điện áp đầu cực hở, trở kháng đầu ra của thiết bị và trở kháng của mục tiêu đo. Để tính toán điều này, người ta có thể sử dụng xấp xỉ trở kháng của cuộn dây.
- *1: Trở kháng đầu ra khác nhau tùy thuộc vào kiểu Máy đo LCR và tùy thuộc vào việc chế độ độ chính xác cao có trở kháng thấp có được bật hay không. Vui lòng tham khảo các thông số kỹ thuật của sản phẩm trong hướng dẫn sử dụng.
Điều quan trọng nữa là đặt điện áp đo sao cho dòng điện định mức của cuộn dây không bị vượt quá.
Khi đo cuộn dây có biểu hiện phụ thuộc dòng điện (tức là cuộn dây có lõi từ tính), người ta phải đặt thiết bị xuất ra mức dòng điện sao cho lõi từ không bị bão hòa. Một lần nữa, người ta có thể xác định mức dòng điện phù hợp bằng cách thực sự đo điện cảm — nhưng lần này thay đổi mức dòng điện. Mức dòng điện trong đó các đường phẳng điện cảm, một lần nữa là mức nên được sử dụng.
Khi đo cuộn dây không thể hiện sự phụ thuộc dòng điện (tức là cuộn dây không khí hoặc cuộn dây không có từ tính), nên đặt thiết bị ở mức dòng điện với Độ chính xác tốt nhất. Đối với sê-ri IM3500, Độ chính xác tốt nhất đạt được với cài đặt 1 V của chế độ V. Với dòng IM7580, mức tín hiệu đo được cài đặt với Độ chính xác tốt nhất là +1 dBm.
Khi đo cuộn dây có lõi từ tính hoặc cuộn dây có dòng điện định mức thấp, chế độ CC (dòng điện không đổi) của sê-ri IM3500 rất thuận tiện. dòng điện đo được điều khiển thông qua phần mềm để nó không đổi.
Chọn Ls hoặc Lp
Nói chung, chế độ mạch tương đương nối tiếp (Ls) được sử dụng khi đo các phần tử có trở kháng thấp (xấp xỉ 100 Ω trở xuống) và chế độ mạch tương đương song song (Lp) được sử dụng khi đo các phần tử có trở kháng cao (khoảng 10 kΩ trở lên) ). Hình 4 đưa ra hình ảnh về công viên bóng của mạch điện tương đương sẽ sử dụng (khi hệ số tiêu tán D của cuộn dây đủ nhỏ). Khi chế độ mạch tương đương thích hợp không rõ ràng, ví dụ như khi đo mẫu có trở kháng từ khoảng 100 Ω đến 10 kΩ, hãy kiểm tra với nhà sản xuất linh kiện.
Hình 4: Trở kháng theo tần số
Cuộn dây có độ tự cảm thấp: Có thể bỏ qua Rp vì trở kháng thấp. Chọn các chế độ mạch tương đương nối tiếp.
Cuộn dây có độ tự cảm cao: Có thể bỏ qua Rs vì trở kháng cao. Chọn các chế độ mạch tương đương nối tiếp.
Một cuộn cảm sẽ hoạt động như thể tổn hao đồng Rs của cuộn dây và tổn hao lõi Rp được nối với cuộn cảm lý tưởng L. Điện kháng của cuộn dây lý tưởng (XL) có thể được tính như sau: XL = j2πfL. Mặc dù nó phụ thuộc vào độ lớn của Rs và Rp, nhưng có thể nói chung rằng các cuộn dây có độ tự cảm thấp được đặc trưng bởi XL nhỏ, cho phép trở kháng khi Rp và L được đặt song song được coi là tương đương với XL. Không thể bỏ qua Rs vì Ls nhỏ, thiết lập có thể được coi là mạch tương đương nối tiếp. Ngược lại, khi trở kháng cao, Rp không thể bỏ qua nhưng Rs thì có thể, do đó, thiết lập có thể được coi là một mạch tương đương song song.
Đo Rdc
Trong đánh giá cuộn dây, độ tự cảm L, hệ số chất lượng Q và điện trở DC Rdc được đo. Các thiết bị như IM3533 và IM3536 có thể đo L, Q và Rdc mà không cần sử dụng bất kỳ thiết bị nào khác. Sau khi đo L và Q bằng tín hiệu AC, họ đo Rdc bằng tín hiệu DC (xem Hình 5).
*(Rs và Rp không bằng Rdc. Rs và Rp là các giá trị điện trở được đo bằng tín hiệu AC. Chúng bao gồm các thành phần như tổn hao cuộn dây và điện trở cuộn dây, các giá trị này tăng lên do hiệu ứng vỏ dây dẫn và hiệu ứng lân cận.)
Khi vật liệu dây quấn có hệ số nhiệt độ lớn, Rdc sẽ thay đổi theo nhiệt độ. IM3533 có chức năng hiệu chỉnh nhiệt độ cho Rdc.
Đặt thời gian trễ
Để giảm sai số đo trong quá trình đo Rdc, đồng hồ Hioki Thiết Bị Đo LCR xoay vòng bật và tắt điện áp được tạo để hủy bù bên trong (chức năng điều chỉnh DC). Xem Hình 6 .
Khi điện áp đặt vào cuộn cảm thay đổi, điện trở đầu ra và điện trở nối tiếp tương đương của cuộn cảm và điện cảm gây ra hiện tượng nhất thời (xem Hình 7). Đặt thời gian trễ đủ dài trong quá trình đo Rdc để đảm bảo kết quả đo không bị ảnh hưởng bởi các hiện tượng này. Tên đặt cho cài đặt thời gian trễ khác nhau tùy theo kiểu máy, cũng như thời gian đo. Để biết thêm thông tin, vui lòng xem hướng dẫn sử dụng cho kiểu máy bạn định sử dụng. Nếu bạn không chắc chắn về thời gian trễ thích hợp, trước tiên hãy đặt thời gian trễ càng lâu càng tốt. Sau đó rút ngắn dần thời gian trễ trong khi xác minh rằng các giá trị đo được không thể hiện bất kỳ sự thay đổi nào.
Đặc điểm chồng chất DC
Một loại đặc tính cuộn dây là đặc tính chồng chất DC, cho biết mức độ tự cảm giảm so với dòng điện DC. Điều này trở thành một mục đánh giá quan trọng cho các cuộn dây được sử dụng trong các mạch xử lý dòng điện lớn như mạch cung cấp điện (xem Hình 8). Mặc dù Thiết Bị Đo LCR như Hioki Thiết Bị Đo LCR có chức năng ứng dụng điện áp thiên vị DC, họ không thể áp dụng dòng điện DC cần thiết để thực hiện phép đo này vì chức năng này được thiết kế để sử dụng trong đo tụ điện. Để chồng tín hiệu DC, hãy sử dụng Đơn vị dòng điện thiên vị DC 9269 (hoặc 9269-10) và nguồn điện bên ngoài hoặc tạo mạch của riêng bạn cho mục đích này.
Cuối cùng
Theo cách này, có nhiều yếu tố và kiến thức cơ bản cần thiết để đo các đặc tính điện của cuộn dây hoặc cuộn cảm. Chúng tôi hy vọng bài viết này hữu ích cho người đọc và đề nghị họ tham gia cùng Hioki trong việc thúc đẩy công nghệ vì một tương lai bền vững và có lợi hơn.
Sản phẩm liên quan
THIẾT BỊ PHÂN TÍCH TRỞ KHÁNG IM7581
THIẾT BỊ ĐO LCR IM3533
THIẾT BỊ ĐO LCR IM3536
THIẾT BỊ PHÂN TÍCH TRỞ KHÁNG IM3570