Regime di oscillazioni libere in un gruppo RLC?

[SoldatoSemplice]

Ciao a tutti,

Mi trovo a dover risolvere un problema un poco insolito, il mio scopo ultimo è quello di misurare l'induttanza equivalente di un induttore che stò per realizzare.

Tale induttore sarà impiegato per un applicazione di potenza: realizzare un convertitore switching step-down, ma la domanda non è inerente il convertitore ma il solo induttore.

Per fare un convertitore efficiente, non posso usare le comuni induttanze che vendono nei negozi, perchè queste sono solo per applicazioni ad alta impedenza, devo quindi avvolgere un induttore nuovo con spire realizzate con cavo elettrico di sezione adeguata.

Per calcolare l'induttanza equivalente logicamente userò il classico circuito RLC, in cui R e C sono noti, io devo calcolare L.

L'idea che ebbi tempo fa era di sottoporre il gruppo RLC ad un generatore di seni e poi variarne la frequenza fino a quando la tensione sui capi del condensatore raggiunge il picco, sintomo della risonanza, a quel punto avrei potuto calcolare tramite la formula della risonanza il valore di L.

Io però non dispongo di un generatore di funzioni, quindi per ovviare uso una configurazione alternativa, sottopongo il gruppo RLC ad una sorgente continua, poi interrompo la sorgente ed analizzo all'oscilloscopio la risposta libera del gruppo RLC con le sonde collegate al condensatore.

La teoria dice che il gruppo RLC se sottoposto ad un gradino, e poi interrompo la sorgente, quest'ultimo è soggetto ad oscillazioni libere, queste oscillazioni libere lontane dal punto di innesco raggiungono proprio la frequenza di risonanza, quindi io posso calcolare la risonanza di un gruppo RLC anche solo con una sorgente continua, ed uno switching, io vorrei sapere: fin qui è tutto corretto?

E' valida la teoria che misurando le oscillazioni libere queste si attestano spontaneamente nella frequenza di risonanza?

Su internet non si trovano informazioni certe in merito alla risonanza delle oscillazioni libere; queste ultime sono sottovalutate perchè hanno poca rilevanza di solito.

Posso avere in alternativa un idea di massima dell'ordine di grandezza dell'induttanza equivalente associata al mio induttore, conoscendo il numero di spire, le dimensioni del rocchetto in cui lo avvolgo, e la lunghezza, ma comunque devo sottoporlo ad un analisi in frequenza per avere un idea più critica.

Secondo i miei calcoli l'induttore di potenza che stò realizzando si attesterà nell'intorno dei 5 uHenry; che frequenza di switching mi consigliate per sottoporre il mio gruppo RLC all'analisi delle oscillazioni libere, in modo da apprezzare sull'oscilloscopio una visibile attenuazione dei picchi delle oscillazioni libere?

Conoscete un metodo alternativo per il calcolo dell'induttanza che faccia uso delle seguenti attrezzature?

Oscilloscopio Digitale due canali fondo banda 25 Mhz
Resistenze e condensatori noti in ogni serie commerciale
Tester
Microcontrollore PIC opportunamente programmato per generare onde quadre simmetriche o asimmetriche

Grazie e scusate se sono stato prolisso.

[romoloman]

Originalmente inviato da SoldatoSemplice

Ciao a tutti,

Mi trovo a dover risolvere un problema un poco insolito, il mio scopo ultimo è quello di misurare l'induttanza equivalente di un induttore che stò per realizzare.

Tale induttore sarà impiegato per un applicazione di potenza: realizzare un convertitore switching step-down, ma la domanda non è inerente il convertitore ma il solo induttore.

Per fare un convertitore efficiente, non posso usare le comuni induttanze che vendono nei negozi, perchè queste sono solo per applicazioni ad alta impedenza, devo quindi avvolgere un induttore nuovo con spire realizzate con cavo elettrico di sezione adeguata.

Per calcolare l'induttanza equivalente logicamente userò il classico circuito RLC, in cui R e C sono noti, io devo calcolare L.

L'idea che ebbi tempo fa era di sottoporre il gruppo RLC ad un generatore di seni e poi variarne la frequenza fino a quando la tensione sui capi del condensatore raggiunge il picco, sintomo della risonanza, a quel punto avrei potuto calcolare tramite la formula della risonanza il valore di L.

Io però non dispongo di un generatore di funzioni, quindi per ovviare uso una configurazione alternativa, sottopongo il gruppo RLC ad una sorgente continua, poi interrompo la sorgente ed analizzo all'oscilloscopio la risposta libera del gruppo RLC con le sonde collegate al condensatore.

La teoria dice che il gruppo RLC se sottoposto ad un gradino, e poi interrompo la sorgente, quest'ultimo è soggetto ad oscillazioni libere, queste oscillazioni libere lontane dal punto di innesco raggiungono proprio la frequenza di risonanza, quindi io posso calcolare la risonanza di un gruppo RLC anche solo con una sorgente continua, ed uno switching, io vorrei sapere: fin qui è tutto corretto?

E' valida la teoria che misurando le oscillazioni libere queste si attestano spontaneamente nella frequenza di risonanza?

Su internet non si trovano informazioni certe in merito alla risonanza delle oscillazioni libere; queste ultime sono sottovalutate perchè hanno poca rilevanza di solito.

Posso avere in alternativa un idea di massima dell'ordine di grandezza dell'induttanza equivalente associata al mio induttore, conoscendo il numero di spire, le dimensioni del rocchetto in cui lo avvolgo, e la lunghezza, ma comunque devo sottoporlo ad un analisi in frequenza per avere un idea più critica.

Secondo i miei calcoli l'induttore di potenza che stò realizzando si attesterà nell'intorno dei 5 uHenry; che frequenza di switching mi consigliate per sottoporre il mio gruppo RLC all'analisi delle oscillazioni libere, in modo da apprezzare sull'oscilloscopio una visibile attenuazione dei picchi delle oscillazioni libere?

Conoscete un metodo alternativo per il calcolo dell'induttanza che faccia uso delle seguenti attrezzature?

Oscilloscopio Digitale due canali fondo banda 25 Mhz
Resistenze e condensatori noti in ogni serie commerciale
Tester
Microcontrollore PIC opportunamente programmato per generare onde quadre simmetriche o asimmetriche

Grazie e scusate se sono stato prolisso.

Risposta sintetica...
http://electronics-diy.com/lc_meter.php

[SoldatoSemplice]

Non saprei cosa farmene, o meglio, una volta costruito, ed usato per quest'unica applicazione morirebbe, visto anche che quest'unica lettura la posso ottenere con una sola resistenza, un condensatore ed un NE555.

[ElNonino]

UCAS

Se mi fai sapere il valore di induttanza e la corrente di lavoro magari ti trovo qualcosa di già fatto
Eventualmente pensi di realizzarla in aria o su nucleo ferromagnetico ?

Per misurare l'induttanza direi che la C non serve, bastano una resistenza, la L un alimentatore ed un pulsante + Oscilloscopio.

"Oscilloscopio Digitale due canali fondo banda 25 Mhz" (forse meglio definirla banda passante o ferquenza massima in MHz).

[romoloman]

Più che altro è la teoria che ci sta dietro che ti indicavo...
soprattutto quella di usare un'oscillatore non libero quale lm311 e misurarti la frequenza con l'oscilloscopio..

[SoldatoSemplice]

Originalmente inviato da ElNonino

UCAS

Per una volta è concesso complicare un pò per ottenere una sola lettura, l'importante è che complicare le cose non diventi un'abitudine.

Originalmente inviato da ElNonino

Se mi fai sapere il valore di induttanza e la corrente di lavoro magari ti trovo qualcosa di già fatto

Non capisco cosa intendi con il darti il valore di induttanza, io non ho un obiettivo a cui arrivare, io devo ottenere una lettura di quella che andrò ad assemblare, il resto del convertitore lo progetterò intorno all'induttore, a partire anche dalla frequenza di switching, che sarà scelta in modo da indurre la risonanza in quest'ultimo.

Originalmente inviato da ElNonino

Eventualmente pensi di realizzarla in aria o su nucleo ferromagnetico ?

In aria

Originalmente inviato da ElNonino

Per misurare l'induttanza direi che la C non serve, bastano una resistenza, la L un alimentatore ed un pulsante + Oscilloscopio.

Il circuito RL in effetti potrebbe essere più indicato

Originalmente inviato da ElNonino

"Oscilloscopio Digitale due canali fondo banda 25 Mhz" (forse meglio definirla banda passante o ferquenza massima in MHz).

Un mio refuso, pensavo ad un'altra cosa in quel momento: banda passante 25 Mhz.

[SoldatoSemplice]

Originalmente inviato da romoloman

Più che altro è la teoria che ci sta dietro che ti indicavo...
soprattutto quella di usare un'oscillatore non libero quale lm311 e misurarti la frequenza con l'oscilloscopio..

Perdonami, non vedere la mia come una forma di arroganza, ma non capisco quale sia l'utilità di quello che proponi.

Con un 555 genero un gradino e poi lo abbasso, con l'oscilloscopio analizzo l'onda smorzata.

La mia domanda era: Le oscillazioni libere, lontane dal unto di innesco si assestano spontaneamente sulla risonanza?

l'LM311 è sicuramente una finezza, ma a me, con il dovuto rispetto, non interessa.

Ottenuta la lettura della mia induttanza smonto tutto e mi dedico allo switching.

Comunque grazie della disponibilità anche a te.

[SoldatoSemplice]

Originalmente inviato da romoloman

Più che altro è la teoria che ci sta dietro che ti indicavo...
soprattutto quella di usare un'oscillatore non libero quale lm311 e misurarti la frequenza con l'oscilloscopio..

Ahh aspetta, mi sono riletto il tuo commento e forse ho capito cosa intendevi, tu dici di generare un regime di oscillazioni forzate vero?

In questo caso avrei un altro tipo di problema: se la forzante che induco è lontana dalla risonanza, e ricordiamo che io non conosco quale è la frequenza di risonanza perchè non conosco l'induttore, allora, quando la frequenza portante (passatemi il termine inappropriato) è lontana dalla risonanza, rischio di non produrre una lettura utile sull'oscilloscopio, perche il grafico delle fasi nel circuito RL o RLC è, come ben sai, questo:



Ed è per questo che devo usare il regime di oscillazioni libere...

[ElNonino]

Originalmente inviato da SoldatoSemplice

Non capisco cosa intendi con il darti il valore di induttanza, io non ho un obiettivo a cui arrivare, io devo ottenere una lettura di quella che andrò ad assemblare, il resto del convertitore lo progetterò intorno all'induttore, a partire anche dalla frequenza di switching, che sarà scelta in modo da indurre la risonanza in quest'ultimo.

Ammetto di avere dei limiti di comprensione: ma allora tu vorresti realizzare un induttanza di valore XX in aria, misurarla, poi costruirgli attorno un alimentatore switching step-down con tensioni e correnti "ando coio coio" ?

In genere la procedura è quella di stabilire Vin, Vout, Iout, poi in base a questi dati ed alle dimensioni fisiche massime si calcola la frequenza ottimale e di conseguenza la L ed il C necessari, anche in funzione del ripple che si vuole ottenere.

Dopo tale sequenza di calcoli si cercano i valori di L e C commercialmente disponibili e si riparametrizzano alcuni valori.

Sicuramente mi è sfuggito qualcosa.

[romoloman]

Originalmente inviato da SoldatoSemplice

Ahh aspetta, mi sono riletto il tuo commento e forse ho capito cosa intendevi, tu dici di generare un regime di oscillazioni forzate vero?

In questo caso avrei un altro tipo di problema: se la forzante che induco è lontana dalla risonanza, e ricordiamo che io non conosco quale è la frequenza di risonanza perchè non conosco l'induttore, allora, quando la frequenza portante (passatemi il termine inappropriato) è lontana dalla risonanza, rischio di non produrre una lettura utile sull'oscilloscopio, perche il grafico delle fasi nel circuito RL o RLC è, come ben sai, questo:



Ed è per questo che devo usare il regime di oscillazioni libere...

No... con un lm311 una capacità e un'induttanza si costruisce un oscillatore che è per forza alla frequenza:


dove c è noto ed è come nell'esempio 1000pf

a quel punto misuri la F e conoscendo la C sai la L