Jak zrobić cewki do zwrotnic.

Mały wstępniak.

Przy domowym wykonywaniu kolumn bardzo często zachodzi potrzeba zdobycia cewek indukcyjnych o założonej indukcyjności. Są wtedy dwa wyjścia: pierwsze to kupno gotowych cewek, drugie to wykonanie ich we własnym zakresie. Pierwsze rozwiązanie jest droższe, ale nie wymaga tyle czasu spędzonego na nawijanie drutu (średnio zrobienie kompletu 8 cewek zajmowało mi około 12 godzin). Ponadto nie trzeba się wtedy starać o drut. Minusem tego rozwiązania jest to, ze nie możemy sobie dowolnie dobierać indukcyjności takiej cewki. W przypadku, kiedy chcemy sami wykonać cewki jest to o wiele tańsze, można zrobić cewki dowolnej wartości a ponadto można zrobić identyczne cewki do kompletu kolumn. W moim przypadku zawsze sam wykonuje cewki. Kilka razy przerabiałem zwrotnice i dla mnie możliwość ustawienia dowolnej indukcyjności jest bardzo ważna. Poniższe rady są dla tych, którzy chcą sami wykonać te elementy.

Jak zdobyć drut nawojowy?

Wbrew pozorom jest to bardzo łatwe. Jest kilka dróg. Pierwsza to kupić drut nawojowy w sklepie. Wada - można go kupić tylko w dość dużych szpulach. Tak, więc nie wykorzystamy wszystkiego i reszta będzie sobie leżała niepotrzebna mimo, że za nią zapłaciliśmy. Druga droga to wszelkiego typu koledzy elektronicy. Oni często mają trochę drutu i można się z nimi dogadać. Trzecia droga polega na tym, że idziemy do zakładu gdzie przewijają silniki, dogadujemy się z panem Kaziem i wracamy z odpowiednią ilością drutu.

Jaki drut trzeba zdobyć?

Ma to być drut miedziany, nawojowy w emalii. Grubość zależy od kilku czynników. Generalnie im grubszy tym lepiej (cewka będzie miała mniejszą rezystancje - jest to zawsze korzystne). Do zastosowań domowych najlepszy będzie drut o średnicy w okolicach 1mm - 2mm (grubszy jest już dosyć twardy i trudno się go nawija:). Jest on idealny do nawijania cewek powietrznych w okolicach 0,1 - 2mH. Żeby zrobić większe cewki lepiej będzie użyć czegoś cieńszego np 0,8mm. Można oczywiście użyć drutu jeszcze grubszego, ale rozmiary cewki będą większe. Ja do swoich cewek użyłem drutu 0,9 mm, a do cewki na niskotonowcu 1,5mm.

Jaka cewka? Powietrzna czy z rdzeniem?

Jest to problem, który pojawia się przy cewkach o dużej indukcyjności (powyżej 1mH). Problem z takimi cewkami polega na tym, że gdybyśmy chcieli zrobić cewkę powietrzną (bez rdzenia) była by ona duża i w związku z tym miałaby dużą rezystancję wewnętrzną. Dlatego stosuje się rdzeń. Cewka z rdzeniem w porównaniu do cewki bez rdzenia przy tej samej ilości drutu ma wiele większą indukcyjność. Czemu więc wszystkich cewek nie wykonać jako cewki z rdzeniem? Otóż problem polega na tym, że cewka z rdzeniem nie jest już elementem liniowym i będzie wprowadzała pewne zniekształcenia nieliniowe. Nie będę się tutaj rozpisywał na podłożu fizycznym tego zjawiska, kto chce może to sobie doczytać w książkach o elementach elektronicznych. Z grubsza polega to na tym, że ferromagnetyk (rdzeń) można namagnesować tylko do pewnej wartości (nasycenia), w związku z czym taka cewka będzie miała przy dużych prądach mniejszą indukcyjność. Podsumowując: do celów domowych tylko cewki powietrzne, chyba że musi to być bardzo duża cewka (powyżej 10mH).

Metody robienia cewek indukcyjnych.

Generalnie są dwie metody. Pierwsza polega na tym, że znajdujemy tablice i obliczamy z niej na jakiej średnicy i długości korpusie, jakiej grubości drutem i jaka ilość zwojów jest potrzebna aby nawinąć cewkę o podanej indukcyjności. Gdy robiłem moje pierwsze cewki właśnie taką metodę zastosowałem. Stanowczo ją odradzam. Nawijałem cewkę 10mH, wszystko zrobiłem jak należmy, przynajmniej tak mi się wydawało i po zmierzeniu w szkole na mostku RLC okazało się, że wyszła mi cewka 3,5mH!!! Czyli trochę niedokładnie:). Druga metoda polega na tym, że po prostu nawijamy cewkę i co jakiś czas mierzymy jaką ma indukcyjność, jeśli zbyt mało to dowijamy jeszcze drutu, za dużo odwijamy i tak aż do chwili gdy osiągniemy cel. Metoda jest trywialna a jedyny problem to pomiar indukcyjności.

Pomiar indukcyjności.

Najlepiej byłoby kupić odpowiedni miernik RLC. Niestety jest on dość drogi i do zmierzenia kilku cewek raczej się nie opłaca go kupować. Oczywiście trzeba pochodzić też po kumplach, bo kto wie, może któryś z nich będzie coś takiego posiadał. Gdy okaże się, że nijak nie możemy jego zdobyć to nie pozostaje nam nic innego jak zmierzyć cewkę inną metodą. Wystarczy przepuścić przez cewkę zmienny prąd i zmierzyć jakie napięcie się na niej odkłada. Brzmi trochę groźnie. Wystarczy do tego generator sinusoidy (musi mieć małe zniekształcenia harmoniczne i dużą wydajność prądową), miernik prądu i napięcia zmiennego. Fajnie można by powiedzieć. Miernik to się jeszcze da zdobyć (bez przesady to każdy ma), natomiast jest problem z generatorem częstotliwości, który miałby nie tylko małe zniekształcenia harmoniczne, ale także dużą wydajność prądową. Ale zakładam, że każdy ma taki najzwyklejszy wzmacniacz audio i kompakt (no, bo inaczej to po co te kolumny). Wystarczy sobie nagrać na płytę sygnał sinusoidalny, a następnie odtworzyć na kompakcie i na wyjściu wzmacniacza mamy przepiękny sygnał, z którego wyciągniemy swobodnie 0,1A - co jest wartością wystarczającą. Optymalna częstotliwość to 10-15kHz (przynajmniej ja z niej korzystałem). Jeśli ktoś nie chce nagrywać płyty - nie ma problemu - można wziąć sygnał z karty dźwiękowej - ale do tego to jest jeszcze potrzebny komputer. Jakość tego sygnału powinna być wystarczająca, ale jednak polecałbym kompakt. Mamy więc wszystkie przyrządy i możemy przystąpić do pomiaru.

W tym celu włączamy wszystko do prądu (każde urządzenie elektroniczne podłączone do prądu działa lepiej). Podłączamy kompakt lub kartę muzyczną do wzmacniacza i odtwarzamy sygnał sinusoidalny o danej częstotliwości f. Do wyjścia wzmacniacza podłączamy mierzoną cewkę (żeby nie ciąć drutu, który nawijamy, ja odskrobuje odrobinę emalii i w tym miejscu przylutowuję kabelek) połączoną szeregowo ze znanej wartości opornikiem (raczej małym - rzędu 10 Ohm). Wcześniej musimy jeszcze tylko zmierzyć rezystancję cewki.

Oznaczmy sobie:

Ro - rezystancja opornika (lepiej zmierzyć ja samemu, chyba że mamy opornik o bardzo małej tolerancji (np wzorcowy:)

R_l - rezystancja cewki (też trzeba ją zmierzyć. Jak? Normalnie - omomierzem:)

L - impedancja cewki (ją obliczymy)

Ur - napięcie zmierzone na oporniku (mierzymy woltomierzem napięcia zmiennego AC)

U_l - napięcie zmierzone na cewce (mierzymy woltomierzem napięcia zmiennego AC)

f - częstotliwość generatora

Gotowy wzór wygląda tak:

W przypadku, gdy rezystancja cewki jest o wiele mniejsza od rezystancji opornika można zastosować wzór uproszczony:

Jeśli kogoś interesuje skąd wziął się ten wzór to już tłumacze. Na początek przechodzimy w dziedzinę liczb zespolonych gdyż operować będziemy na napięciach zmiennych. W obwodzie będzie płyną prąd I. Możemy więc obliczyć napięcie odłożone na oporniku U=IR oraz napięcie odłożone na cewce (z uwzględnieniem jej rezystancji) U=IRl + I jwL. Miernikiem zmierzymy prawdopodobnie napięcie skuteczne tak, więc musimy uwzględnić pewien współczynnik a, który potem się skróci. Aby obliczyć napięcia zmierzone na oporniku i na cewce, musimy obliczyć moduły napięć z dziedziny zespolonej. Następnie z napięcia odłożonego na oporniku obliczamy prąd i podstawiamy jego do tego drugiego wzoru (na napięcie odłożone na cewce). Pozostaje już tylko obliczyć z tego wzoru L, gdyż a się skraca a reszta wartości jest znana.

Dokładność takiego pomiaru nie jest duża i bardzo zależy od dokładności użytego miernika, zawartości wyższych harmonicznych w generatorze (uwaga, żeby nie przesterować wzmacniacza). Uważam, że jest mniej więcej na poziomie 5-10% co jest moim zdaniem wartością w zupełności wystarczającą - tym bardziej, że różnice pomiędzy parą cewek (do dwóch kolumn powinny być jak najbardziej podobne do siebie) jest rzędu 1% - albo i mniej. Należy uważać także, aby nie rozgrzać opornika - gdyż wtedy zmienia się jego rezystancja. I generalnie najlepiej jest działać na jak najmniejszej mocy, takiej aby już można było dokładnie zmierzyć napięcia.

Trochę uwag praktycznych.

Cewka powinna być wykonana tak, aby była sztywna i się nie rozleciała. Należy uważać, żeby nie było w jej okolicach żadnych ferromagnetyków, które zmieniałyby jej indukcyjność (oczywiście w przypadku cewek powietrznych). Uwaga przy pomiarze - ja swego czasu zrobiłem duże błędy, bo mierzyłem cewki na takiej fajnej obudowie od miernika (dopiero potem zobaczyłem, że była metalowa:) - oczywiście powtórzyłem pomiary i potem było już ok. Jeśli chodzi o rozmiary i korpusy to bardzo dobre są szpulki od plastrów lekarskich. Aby nie zmarnować za dużo drutu i żeby cewka nie urosła zbyt mocno dobrze jest nawijać drut zwój przy zwoju - tak, aby jak najwięcej go się zmieściło. Nie pozostaje mi już nic innego jak tylko życzyć miłego nawijania i potem słuchania.

---