Hur dåligt är det med järnkärnespole?

[RogerGustavsson]

Fick ett mejl från den alltid experimentflitige Flint. Jo, han har mätt på lite olika spolar, med och utan kärnor. Mätningarna visar entydigt att det är tredjetonen som åkar i höjden när kärnan mättas. Andratonen ligger på rätt liknande nivåer.

[Jocke]

Fick ett mejl från den alltid experimentflitige Flint. Jo, han har mätt på lite olika spolar, med och utan kärnor. Mätningarna visar entydigt att det är tredjetonen som åkar i höjden när kärnan mättas. Andratonen ligger på rätt liknande nivåer.

Vänder på det då: När mättas kärnan och går det att dimensionera så att det inte inträffar vid "normalt" bruk?

[RogerGustavsson]

Det utgår jag ifrån att det gör. Nu blir det förmodligen inte riktig samma sak med mera kontinuerliga signalformer som med transienta förlopp, som musik. Tar kanske tid att bygga upp mättnad? Tillkommer möjligen att samspelet med elementet kan ställa till en del. Det kanske till och med är en fördel om mättnaden kommer smygande? Lavinartat beteende är väl sällan att föredra?

[rikkitikkitavi]

Mättnad är momentan om det inte .föreligger en likspänningskomponent, då gör kärnmaterialets remanens att de kan "vandra in" i mättnad, likaså vid assymetrisk AC som ger en DC komponent.
Nu är det oönskat för högtalarens skull och indikerar ett problem i förstärkaren.

Mao måste kärnan designas för maximal amplitud under alla omständigheter om man inte vill mätta den.

Mättning sker också gradvis, hur gradvis beror på omdet är ett magnetiskt hårt eller mjukt material. Typiskt ger dock 50% av mättnad inte någon mättnadseffekt utöver olinjäriteten i permeabilitet vilket påverkar induktansen (mättnad innebär att permeabiliteten blir 1, dvs luftlindad spole).

Den olinjära effekten minskas av att luftgapen är större.

[petersteindl]

Fick ett mejl från den alltid experimentflitige Flint. Jo, han har mätt på lite olika spolar, med och utan kärnor. Mätningarna visar entydigt att det är tredjetonen som åkar i höjden när kärnan mättas. Andratonen ligger på rätt liknande nivåer.

Vänder på det då: När mättas kärnan och går det att dimensionera så att det inte inträffar vid "normalt" bruk?

Det är storlek och material som påverkar. Till största del så påverkas både den positiva och den negativa halvperioden av en sinusvåg lika mycket. Det betyder att sinusvågen ändras symmetriskt och det handlar om komprimering av sinusens topp till toppvärden. Denna förändring av vågformen är ett utslag av 3e-ton d v s det behövs 3e-ton för att kunna bygga den vågform som uppkommer vid mättnad av järnkärna i spole d v s det ligger i överföringsfunktionens natur.

Mvh
Peter

[rikkitikkitavi]

Peter, om en kärna mättas minskar dess induktans. När det händer i en transformator klarar den inte att hålla emot fältet som orsakas av spänningen och strömmen rusar- poff.

På samma sätt sker det i en induktans, när induktansen vid en.viss fältstyrka minskar pga mättnad kommer strömmen att öka kraftigt.

jag var inte riktigt med på din förklaring men den kändes inte helt rätt , mättnad innebär förlust av magnetiska egenskaper och eftersom induktansen är effekten av detta och begränsar strömmen innebär det inte komprimering utan en ökning av strömmen- som jag ser det .

[DrBoar]

Järnspolar har väl mest en plats när behöver höga induktanser och låga resistanser 5 mH och uppåt. Rör man sig under 1 mH så kan man lika väl använda luft.

[petersteindl]

Peter, om en kärna mättas minskar dess induktans. När det händer i en transformator klarar den inte att hålla emot fältet som orsakas av spänningen och strömmen rusar- poff.

På samma sätt sker det i en induktans, när induktansen vid en.viss fältstyrka minskar pga mättnad kommer strömmen att öka kraftigt.

jag var inte riktigt med på din förklaring men den kändes inte helt rätt , mättnad innebär förlust av magnetiska egenskaper och eftersom induktansen är effekten av detta och begränsar strömmen innebär det inte komprimering utan en ökning av strömmen- som jag ser det .

En kärna i sig har ingen induktans. En järnkärna i en spole ökar spolens induktans på grund av järnkärnans magnetiska egenskaper. Mättas järnet försämras dess magnetiska egenskaper och induktansen i spolen minskar. Detta sker symmetriskt med sinussignalen och det betyder att sinusen blir symmetriskt förvrängd på topparna på båda sinushalvorna. Det är 3e-tonens signum. Du säger att det blir expansion då kärnan mättas. Kanske det. Jag får fundera på det.

Mvh
Peter

[aisopos]

Peter, om en kärna mättas minskar dess induktans. När det händer i en transformator klarar den inte att hålla emot fältet som orsakas av spänningen och strömmen rusar- poff.

På samma sätt sker det i en induktans, när induktansen vid en.viss fältstyrka minskar pga mättnad kommer strömmen att öka kraftigt.

jag var inte riktigt med på din förklaring men den kändes inte helt rätt , mättnad innebär förlust av magnetiska egenskaper och eftersom induktansen är effekten av detta och begränsar strömmen innebär det inte komprimering utan en ökning av strömmen- som jag ser det .

En kärna i sig har ingen induktans. En järnkärna i en spole ökar spolens induktans på grund av järnkärnans magnetiska egenskaper. Mättas järnet försämras dess magnetiska egenskaper och induktansen i spolen minskar. Detta sker symmetriskt med sinussignalen och det betyder att sinusen blir symmetriskt förvrängd på topparna på båda sinushalvorna. Det är 3e-tonens signum. Du säger att det blir expansion då kärnan mättas. Kanske det. Jag får fundera på det.

Mvh
Peter

Ja, det är ju inte resistansen som förändras, utan induktansen.
Så om strömmen ökar eller minskar måste väl bero på vilken koppling
induktansen är en del av?

[rikkitikkitavi]

Helt rätt , jag avsåg såklart en spole med kärnmaterial.

Strömmen genomspolen måste ju öka vare sig spolen sitter parallellt eller seriellt i filtret med elementet. Jag är helt med på hur förvrängningen ser ut nu.

[jansch]

Tänkte vara sådär lagom "dum" i detta inlägg.....

Om nu en luftlindad spole är någorlunda likvärdig en med ferrit/luftspalt - Skulle man inte då kunna kompromissa och linda av 6-8 meter på den luftlindade och ersätta dessa varv med en liten del ferritkärna.

Varför då? Jo, de 6-8 metrarna kan man ju då använda som högtalarkabel.. Varför då? Jo, t.o.m. 50 meter lackad koppartråd eller kopparband i en högtalarspole sällan räknas som en försämring i signalkedjan (verkar bara räknas som dålig/ej bästa alternativ om den köps som t.ex EKK).

Eller... Kan man tycka att luftlindat är bäst och samtidigt rata likvärdig kabel/ledning som högtalarkabel?
(jovisst, det kan ju i sig vara nån fördel i diskanten som inte normalt har nån seriell spole)

[IngOehman]

Fick ett mejl från den alltid experimentflitige Flint. Jo, han har mätt på lite olika spolar, med och utan kärnor. Mätningarna visar entydigt att det är tredjetonen som åkar i höjden när kärnan mättas. Andratonen ligger på rätt liknande nivåer.

Vänder på det då: När mättas kärnan och går det att dimensionera så att det inte inträffar vid "normalt" bruk?

Vill bara nämna att det finns i varje fall tre fenomen som man kan vilja ta hän-
syn till när man använder spolar med magnetisk kärna (vilket inte skall blandas
ihop med magnetiserad kärna).

1. Mättning av kärnan, som kan infalla någonstans under max två tesla sisådär.

2. Hysteresdistorsion, som beror på en sorts tröghet som finns i många mag-
netiska material, närmare bestämt de som är inte bara magnetiska utan även
magnetiserbara.

3. Virvelströmsorsakade artefakter, som gör att en spole kan partiellt bete sig
som en transformator med lastad sekundär om den har kärna av ett ledande
material. Bra kärnmaterial är därför ofta granulerade. Dock minskar det deras
effektivitet på andra sätt.

Alla de nämnda effekterna samverkar också på olika sätt.

- - -

Med det sagt går det att göra spolar med kärna som fungerar utmärkt för
många applikationer. Men dimensioneringarna av dem inbegriper många sam-
tidiga balansgångar som måste gås. För att inte komme för nära ett problem
behöver man offra marginalen till att ett annat skall ställa till det.

Och då räknar jag även in kostnaden som parameter.

I vissa fall är en kärnförsedd spole den bästa lösningen, i andra är en kärnfri
bättre. Men det finns MÅNGA faktorer som kommer in, många. Avråder som
vanligt från att försöka förenkla till tumregler.

Det gäller även för dimensionering av spolar.


Vh, iö

[RogerGustavsson]

Ingvar,

Spolen i delningsfiltren till piP/piPs sitter ju lite annorlunda. Är det lika bra som en fritt placerad spole (som antagligen behöver ha en större induktans)?

[Kraniet]

En tråd utan bilder är ju inge kul. Så här är några olika varianter av spolar.

Luftlindad spole. Kan ibland finnas som bakad variant som då är mer mekaniskt stabil.


Här är en spole med kärna av non-ferrit (icke metallisk?)


Här en järnkärna.


En foliespole som en del säger är "tha shiit"


Här är en toroid-lindad spole på en kärna av nåt slags material. Ska klara "2000W utan att bli överhettad."


Spolarna tillverkas av http://www.jantzen-audio.com/html/coils.html

[IngOehman]

Peter, om en kärna mättas minskar dess induktans. När det händer i en transformator klarar den inte att hålla emot fältet som orsakas av spänningen och strömmen rusar- poff.

På samma sätt sker det i en induktans, när induktansen vid en.viss fältstyrka minskar pga mättnad kommer strömmen att öka kraftigt.

jag var inte riktigt med på din förklaring men den kändes inte helt rätt , mättnad innebär förlust av magnetiska egenskaper och eftersom induktansen är effekten av detta och begränsar strömmen innebär det inte komprimering utan en ökning av strömmen- som jag ser det .

En kärna i sig har ingen induktans. En järnkärna i en spole ökar spolens induktans på grund av järnkärnans magnetiska egenskaper. Mättas järnet försämras dess magnetiska egenskaper och induktansen i spolen minskar. Detta sker symmetriskt med sinussignalen och det betyder att sinusen blir symmetriskt förvrängd på topparna på båda sinushalvorna. Det är 3e-tonens signum. Du säger att det blir expansion då kärnan mättas. Kanske det. Jag får fundera på det.

Mvh
Peter

Han har helt rätt.


Vh, iö

[IngOehman]

Ingvar,

Spolen i delningsfiltren till piP/piPs sitter ju lite annorlunda. Är det lika bra som en fritt placerad spole (som antagligen behöver ha en större induktans)?

Det fungerar väldigt bra för den specifika applikationen. Jag skulle inte vilja
rekommendera det som generell lösning oavsett sammanhang.

Men å andra sidan finns det nog inga lösningar som jag skulle vilja rekom-
mendera generellt. Tumregler suger.


Vh, iö

[rikkitikkitavi]

Jag tror att vi begriper det nu

[IngOehman]

Bra!


Vh, iö

[Flint]

En mätning.
Dist pga järn närma spole. En spole placerad på baksidan av ett baselement.



Spolen har värdet 0.514mH i fri luft men ökar till 0.55mH med det järntillskott placeringen ger.


Dist med spolen i fri luft.




Dist med spolen placerad som på den första bilden.




Mätkoppling:



Högtalaren är alltså inte med i distmätningen annat än som järnkärna. Belastning i serie med spolen är ett motstånd på 5.6 ohm. Påmatad signal ligger mycket nära 1 Volt rms. Alltså knappast så hög nivå att järnkärnan borde bli mättad. Påverkan, tolkar jag det som, kommer av järnets hysteres dvs. ovilja att byta magnetisk riktning.

[Richard]

Intressanta mätningar Flint.

De visar att tredjetonsdisten ökar markant med en spole monterad på ett element.

Slutsatsen som kan dras av detta är att det inte är någon bra ide' med en spole direkt monterad på ett element.

Ökningen i induktans är marginell jämfört med den ökade 3:ton -distorsionen, som är tio gånger högre jämfört med spolen fritt monterad.

Borde absolut kunna utgöra en hörbar skillnad.


Edit:

Det vore jätteintressant om flint kunde lägga upp dist- mätningar med två olika spolar monterat fritt- en med järnkärna och en luftlindad, gärna av goda kvaliteter.

Så får vi se om 3:e ton distorsionen ökar även vid rätt låga spänningsnivåer ( innan mättnad infinner sig ) .

Jag tror det är många fler än jag som skulle vilja se resultatet av sådana mätningar.

[Naqref]

Intressanta mätningar Flint.

De visar att tredjetonsdisten ökar markant med en spole monterad på ett element.

Slutsatsen som kan dras av detta är att det inte är någon bra ide' med en spole direkt monterad på ett element.

Ökningen i induktans är marginell jämfört med den ökade 3:ton -distorsionen, som är tio gånger högre jämfört med spolen fritt monterad.

Borde absolut kunna utgöra en hörbar skillnad.

Tveksamt. Elementens egen tredjeton ligger vanligen betydligt över dessa nivåer och man får minnas att 0.1% dist är -60dB. Jämför det med hörbarheten som testas i tråden om tredjetonsdist. Och då pratar vi rena sinustoner utan några andra maskeringsljud.

[Flint]

Richard
Jag gör nog ungefär samma bedömning som du men tycker att det är upp till var och en att tolka som de vill. Jag har dock upprepat samma mätning ett antal gånger och fått samma resultat varje gång. Jag är förvånad över att påverkan är så pass stor vid så låg signalnivå som 1 Volt. Har också gjort en mätning vid runt 8-10 Volt och om jag inte minns helt fel så låg 3-ton ytterligare en 10-potens högre i den. Får samla mod och kraft att göra om den mätningen.

[rikkitikkitavi]

Intressant därför att den uppkopplingen slår hål på att mättnad är orsaken till distortionen.

Flödestätheten är beroende av amplitud OCH tid, här stiger ju dessutom distortionen med ökande frekvens. (av detta skäl är transformatorer mindre vid höga frekvenser vid en given överförd effekt)

Med en så pass öppen koppling är flödestätheten låg, säkert under 0,1T i kärnan och även om permeabiliteten är starkt olinjär vid låga flödestätheter är det snarare detta än mättnad som orsakar moduleringen. Samt tidigare nämnd hystereseffekt i kärnmaterialet.

Hade varit intressant att jämföra med en luftlindad spole.

Notera Naqrefs kommentarer och lägg gärna lite tid att begrunda hans tråd om detekterbar distortionsnivå som han själv skriver.

Ibland undrar jag om inte en enkel motkopplingsfri förstärkare är fullt tillräcklig. Usch, snart har jag fastnat i termojoniska ventilträsket också.

[Flint]

Hade varit intressant att jämföra med en luftlindad spole.

Mätningen är ju gjord på en luftlindad spole med också alternativet "störkärna" som bonus. Vad menar du?

[rikkitikkitavi]

Hade varit intressant att jämföra med en luftlindad spole.

Mätningen är ju gjord på en luftlindad spole med också alternativet "störkärna" som bonus. Vad menar du?

Ursäkta, jag trodde spolen inte var luftlindad. Nu är jag med.
Ja , med en kärna hade nog påverkan varit ännu större.

[Flint]

rikkitikkitavi
Eller mindre. Då hade säkert extratillskottet försvunnit i spolens egna kärnans fel. Det får tydligen bli fler mätningar på det här.

[rikkitikkitavi]

Det beror på

Kärnan har högre flödestäthet än vad de externa magnetmaterialen har, och distortionen är uppenbarligen amplitudberoende.

Å andra sidan är kärnmaterialet designat för AC.

Magnetsystemet i en högtalare har en uppgift: att ge en så hög och stabil DC magnetflöde. Jag kan tänka mig att förlusterna är ohemulska i den.

Hade du haft en större spole och kört in några kW @ 20 kHz i denna hade antagligen polstycket smält till sist (induktiv uppvärmning...)

Meten is weten!

[aisopos]

Ibland undrar jag om inte en enkel motkopplingsfri förstärkare är fullt tillräcklig. Usch, snart har jag fastnat i termojoniska ventilträsket också.

Fina ord du kan, eller roliga översättningar kanske.
Jag blev allt tvungen att googla lite, även om jag trodde rätt från början.

[Flint]

Jämförelse mellan två spolar med ungefär samma värde 4.4mH. Den ena är luftlindad och den andra har ferritkärna och kommer från en slaktad Yamahalåda. Båda spolarna placerade i fri luft. Alltså är ingen "extrakärna" i form av någon högtalare inblandad här. Nivå är fortfarande 1V rms.

Luftlindad.




Ferritkärna.

[Flint]

Samma luftlindade spole som i det föra testet men med ett enda trafo-I inlagt som kärna. Så här:




Det resulterar i en hel del dist, så här.




Och utan det bladet dvs. bara fuft, så här:



(Obs olika skalor i vänsterkant)