Technische info over Spoelen

Aktief of passief

Moderator: Beheerdersteam

Gebruikersavatar
SARK
Berichten: 6349
Lid geworden op: di 14 sep 2004, 20:20
Locatie: Amsterdam

Technische info over Spoelen

Berichtdoor SARK » zo 01 jan 2017, 20:43

[Henkjan]
Verzameltopic met "harde" technische info over spoelen, lees betrouwbare metingen en interpretaties daarvan.
Aftrap was door Sark met een samenvatting van een Elektuur artikel.
In een aantal Hobby Hifi's is gemeten aan de vervorming van kernspoelen, ook daarvan is een samenvatting toegevoegd.
[/Henkjan]



Elektuur Special - HiFi-Luidsprekers 7 (1993) schreef:Het toepassen van een hoogwaardige spoel in een filter houdt niet automatisch in dat deze haar kwaliteiten ook volledig kan ontplooien in een box.
Er zijn verschillende punten waar u op moet letten bij de keuze van de spoel en de opzet van een filterprint. Als u zich houdt aan de in dit artikel gegeven regels, dan haalt u met uw filterkomponenten het onderste uit de kan.


Spoelen goed toegepast

In Luidspreker-special 5 hebben we u ook getrakteerd op twee bij elkaar behorende artikelen, namelijk eentje over de opbouwen kwaliteiten van kondensatoren, en een over het toepassen van kondensetoren. Want het heeft niet altijd zin om te kijken naar de uitkomsten van de metingen aan de geteste kondensetoren en dan gewoon volgens dat lijstje de beste en duurste spullen aan te schaffen.
Hetzelfde verhaal geldt voor spoelen, vandaar dat we in deze Special ook een dergelijke opzet hanteren voor deze komponenten.

Zelfinduktie
De meest kenmerkende eigenschap van een spoel, de zelfinduktie, zal weinig reden tot een verkeerde interpretatie geven. Het enige waar u nog op kunt letten, is de tolerantie.
Deze is gewoonlijk 5% en daarmee nauwkeurig genoeg, vooral vergeleken met de tolerantie van de in een filter toegepaste weerstanden en kondensaroren. Bovendien moet u de voor een filter berekende komponenten in de praktijk toch afronden naar een verkrijgbare waarde.
Hierbij moet u er overigens aan denken dat er fabrikanten zijn die spoelen leveren met ronde waarden (bijv. 1, 2 en 3 mH), maar anderen houden de E12-reeks aan (dit vormt tegenwoordig duidelijk de meerderheid).
Mocht u nu een bepaalde waarde nodig hebben die niet leverbaar is, bijvoorbeeld 3,5 mH, en u bent er van overtuigd dat dit nodig is, dan kunt u een rolkern met een goede kern kopen van een grotere waarde (in dit geval 3,9 mH) en deze een stukje afwikkelen. Eigenlijk is dan wel een induktiemeter nodig om de zelfinduktie te meten (er zijn enkele in het elektronicamaandblad Elektuur gepubliceerd, namelijk in september 1988 en februari 1992).

Inwendige weerstand
De volgende belangrijke faktor bij de keus van een spoel is de inwendige weerstand. Deze is vooral belangrijk bij spoelen die in serie met een woofer zitten, i.v.m. de door de luidspreker geproduceerde e.m.k. (zie ook het artikel "filter-spoelen").
Bij middentoners en tweeters speelt dit fenomeen overigens een geringere rol. De versterker kan de luidspreker het beste onder kontrole houden als tussen de versterker en de woofer alleen een korte en dikke luidsprekerkabel zit. Aangezien dat
alleen mogelijk is bij aktieve systemen en zeker 95% van alle boxen passief werkt, is het dus belangrijk dat alle onderdelen tussen versterker en woofer een geringe inwendige weerstand hebben. Moderne versterkers hebben een uitgangsweerstand van circa 0,1 Ohm of nog veel lager. Het is dus zaak om de spoelweerstanden klein te houden.
De meeste soorten spoelen zijn leverbaar met verschillende draaddiktes, zodat u de inwendige weerstand naar eigen inzicht kunt kiezen. Overdrijf hierbij echter niet.
Behalve de spoelen zitten er ook nog allerlei overgangskontakten en een aantal meters kabel tussen versterker en woofer. Bij het nabouwen van een zelfbouw-ontwerp moet u er bovendien rekening mee houden dat de ontwerper de spoel weerstand(en) heeft meegenomen in de luidspreker-kast-dimensionering (door de R, van de spoel veranderen de parameters van de luidspreker enigszins). In dat geval is het niet toegestaan om de voorgeschreven spoel te vervangen door een laagohmiger exemplaar, want dan klopt de afstemming niet meer.
Denk verder ook niet dat 0,1 Ohm weerstandsvermindering in de hele keten zo veel oplevert, het gaat meer om een verstandige verhouding tussen de luidspreker-impedantie en alles wat daarvoor hangt.
We zouden hier minstens een faktor 10 willen aanhouden voor een nog akseptabele kontrole over de luidspreker. Bij een 4-Ohm-speaker mag de totale weerstand van filter, kabel en versterker-uitgang dus niet meer dan 0,4 Ohm bedragen (dat is snel bereikt, bijv. 0,05 Ohm voor de eindtrap.
0,1 Ohm voor de kabel plus alle kontakt-overgangen en 0,25 Ohm voor één spoel in serie met de woofer).

L-tabel.jpg

Tabel 1. Gelijkstroomweerstand van verschillende soorten en maten spoelen.

In tabel 1 zijn de Ri's van verschillende soorten spoelen op een rijtje gezet, zodat u kunt zien hoeveel u er mee opschiet als u een exemplaar kiest met een dikkere draaddiameter of overstapt naar een type met een ander soort kern.
Voor kleinere spoelwaarden is er veel keus: luchtspoelen, stiftkernen, potkernen en rolkernen zijn allemaal bruikbaar en hebben dan een redelijk lage Ri. Bij grotere zeifindukties blijft alleen de keus tussen rolkernen en trafokernen. Voor zeer grote waarden blijft eigenlijk alleen de trafokern over als u een lage Ri wilt hebben, maar daar moet dan ook fors voor in de beurs getast worden.
Er zijn ook enkele fabrikanten die luchtspoelen met zeer dikke draad (4 mm2 of meer) maken, maar in vergelijking met kern-spoelen hebben deze toch nog een relatief hoge inwendige weerstand.

Serie- en parallelspoelen
Bij kondensatoren hebben we gezien dat C's in de paralleltakken van een scheidingsfilter minder invloed op de geluidskwaliteit uitoefenen dan de C's in de serietakken. Om te zien hoc dat bij spoelen zit, werden ook dergelijke metingen verricht aan spoel/weerstandkombinaties. In figuur 1 ziet u de vervormingskurves voor de twee ernaast afgebeelde opstellingen.

L1.jpg

Figuur 1. THD van een LR-kombinatie (getrokken lijn) en een RL-kombinatie (stippellijn). De laatste gaat in het spergebied sterk vervonnen (meting bij 5 W/4 Ohm)

Rond het kantelpunt blijken beide filters even veel te vervormen. In het spergebied van het hoogdoorlaatfilter (beneden 290 Hz) neemt de vervorming veel sterker toe dan in het spergebied van het laagdoorlaatfilter (boven 290 Hz). ln het doorlaatgebied wordt het zaakje precies omgedraaid. Onder 290 Hz produceert het laagdoorlaatfilter wat meer vervorming dan het hoogdoorlaatfilter in het gebied boven 290 Hz doet. Hieruit moeten we de konklusie trekken dat de eigenschappen van spoelen in paralleltakken bijna net zo belangrijk zijn als die van spoelen in serietakken.
Verder moet er rekening mee worden gehouden dat een spoel in een paralleltak niet te veel inwendige weerstand mag hebben, Ze zit dan wel niet in serie met de luidspreker, maar de filterwerking wordt daardoor be invloed en in het spergebied van het filter blijft de demping dan beperkt.
Bij serie-spoelen in filters voor midden- en hoogtoners dient de inwendige weerstand te worden meegenomen in de berekening van het weerstandsnetwerk dat meestal voor deze luidsprekers is geschakeld.

Opstelling ... houd afstand!

Doordat praktisch alle filterspoelen een niet-gesloten kern hebben, bezitten ze een vrij groot magnetisch strooiveld. Dit heeft tot gevolg dat een andere spoel in de buurt van de eerste een deel van dat strooiveld kan oppikken en op die manier dus een signaal ontvangt dat ze eigenlijk niet behoort te krijgen.
Afhankelijk van de kernvorm heeft een spoel daar meer of minder last van. Bij potkernen en trafokernen is onderlinge beinvloeding het kleinst, omdat deze een tamelijk kleine spleet hebben die bovendien naar één kant is gericht. Twee potkernspoelen kunt u op een print dus gerust met een tussenruimte van 2 à 3 cm monteren (trafokern-spoelen zijn meestal zo groot dat ze toch op een aparte plaats worden gemonteerd).
Het grootste strooi veld-probleem geven rolkernen, stiftkernen en luchtkernen. Om de onderlinge beïnvloeding te meten, werd een vrij realistische meetopstelling gemaakt die bestond uit een LR-netwerk dat op de eindversterker werd aangesloten, en een parallelschakeling van een even grote spoel met parallelweerstand die als ontvanger dienst deed, Voor de spoelen werden twee gewone F50-rolkernen genomen. Gemeten werd het door de ontvangerkombinatie opgepikte signaal in verhouding tot het in het LR-filter gestopte signaal.

L2.jpg

Figuur 2. Spoelen kunnen elkaar flink beïnvloeden door het magnetische veld dal ze produceren. Hier zijn vier situaties gemeten bij twee rolkern-spoelen.

In figuur 2 staan de resultaten bij een afstand tussen de spoelen van respektievelijk 1, 5, 10 en 50 cm.
Het laatste is misschien niet zo praktijkgericht, maar geeft wel duidelijk aan welke afstand eigenlijk nodig is om onderlinge beïnvloeding praktisch geheel te voorkomen. Vooral bij 1 cm afstand blijkt de onderlinge beinvloeding enorm
te zijn! Uit deze metingen blijkt dat u op een print een rolkern- of luchtspoel (die geeft ongeveer dezelfde resultaten) minstens 5 cm verwijderd moet houden van een andere rolkern- of luchtspoel.
Eigenlijk zou 10 cm moeten worden aangehouden, maar dat is in de praktijk praktisch niet te verwezenlijken.
Bij deze metingen moeten we nog opmerken dat ze zijn verricht met beide spoelen in dezelfde stand (kern plat op de meettafel). Als we de stand van één van de twee spoelen namelijk veranderen, dan wordt de koppeling tussen de spoelen veel geringer. Drie opstellingen zijn gemeten (zie figuur 3), waarbij de afstand tussen de spoelen konstant op 5 cm werd gehouden. De bovenste kurve is de normale opstelling. De "overspraak" bedraagt circa 40 dB rond het kantelpunt van het LR-filter. Draaien we een van de twee spoelen 90 graden zo dat de platte kanten van de ene spoel naar de andere spoel wijzen, dan staan de magneetvelden loodrecht op elkaar en beïnvloeden de spoelen elkaar veel minder. De overspraak daalt tot circa -65 dB! Dat scheelt wel even. We kunnen nog eens 5 dB extra winnen door een platte kant van de spoel naar de andere spoel te draaien, zoals de laatste opstelling in figuur 3 laat zien.

L3.jpg

Figuur 3. Als één van de twee spoelen wordt gekanteld, dan wordt de instraling naar de andere spoel veel geringer. De onderlinge richting speelt daarbij ook nog een rol (meting verder onder dezelfde omstandigheden als bij 2).

De magneetvelden staan dan niet alleen loodrecht op elkaar, maar worden ook nog eens van elkaar af gedraaid (op de as van een spoel is het magneetveld het kleinst). Door nu spoelen op een print op een redelijke afstand (circa 5 cm) van elkaar te plaatsen en om en om rechtop te plaatsen, kunt u de beïnvloeding tussen de verschillende filtersektles zo gering mogelijk houden. Dat levert een schoner klankbeeld op, omdat de woofer dan bijvoorbeeld geen midden-frekwenties hoeft te verwerken die gewoon worden "ingestraald" via de spoelen.
Verder er moet bij de opstelling van de spoelen voor worden gezorgd dat zich geen andere materialen in de omgeving bevinden die van invloed zijn op de eigenschappen van de spoel (zoals ijzeren montageschroeven, elektrisch geleidende platen etc.). Het afschermen van de spoelen met magnetisch geleidend materiaal is dus eveneens uit den boze.
Met de in dit artikel gegeven informatie moet het mogelijk zijn een filter zo optimaal mogelijk op te zetten en de voor uw situatie beste spoelkeuze te doen. Net zoals bij de kondensatorverhalen uit Special nummer 5 eindigen we hier met de opmerking: overdrijf niet aan de filterkant. Er moet een redelijke verhouding bestaan tussen de kwaliteit van de gebruikte luidsprekers en de kwaliteit van het filter. Bij een luidspreker van vijfentwintig gulden moet u geen spoel gaan kopen van vijftig piek!
(922001-2)
Je hebt niet voldoende permissies om de bijlagen van dit bericht te bekijken.
You're getting brutal, Sark. Brutal and needlessly sadistic.
---------------------------END OF LINE----------------------------
Afbeelding
Thank you, Master Control.

Gebruikersavatar
Henkjan
Beheerder / Site Admin
Berichten: 22827
Lid geworden op: do 01 jan 1970, 1:00
Locatie: Berkel en Rodenrijs

Re: Technische info over Spoelen

Berichtdoor Henkjan » zo 30 apr 2017, 17:46

in de uitgaven 2008/3 t/m 2009/1 heeft Hobby Hifi een flink aantal kernspoelen aan de tand gevoeld, en dan met name de vervorming daarvan. Hier een samenvatting van de belangrijkste bevindingen. Voor de complete tests zijn de betreffende uitgaven nog allemaal na te bestellen: http://www.hobbyhifi.de/Bestellservice/Heftbestellung/heftbestellung.html Graag netjes kopen, daardoor maak je het mogelijk dat er dit soort waardevolle tests gedaan blijven worden en zo helpen we elkaar.
PS: deze serie is ook een goed voorbeeld van hoe je een stel metingen opzet, eerst wat oriënterende metingen waarbij steeds maar 1 variabele verandert om zo tot de juiste testopzet te komen met valide en relevante resultaten

Het doel van deze tests is het bepalen van de vervormingen die optreden in kernspoelen. kernspoelen zijn spoelen waarin een magnetisch materiaal in de kern van de spoel is aangebracht om de inductiviteit van de spoel te verhogen t.o.v. een spoel zonder kern met de zelfde hoeveelheid draad. Er zijn hoofdzakelijk 3 verschijnselen in een kern die vervorming veroorzaken:
  • blijvend magnetisme: het kernamteriaal blijft dan magnetisch nadat de stroom door de spoel al uit is
  • verzadiging: hoeveel de kern gemagnetiseerd kan worden is niet onbeperkt, vanaf een bepaalde waarde kan die niet meer hoger worden, dit noemt men verzadiging
  • wervelstromen: als het kernmateriaal ook electrisch geleidend is, zal het opgewekte magneetveld wervelstromen opwekken in de kern.

Er zijn 3 soorten kernmateriaal:
  • Trafoblik: laagjes ijzer die niet geleidend op el kaar gestapeld zijn; deze kunnen het hoogst gemagnetiseerd worden
  • Poederkernen: fijn gemaken ijzer in een bindmateriaal
  • Ferrietkern: een magnetisch keramiek; deze kunnen het minst gemagnetiseerd worden

De testopzet: er zijn 2 plaatsen in het filter waar we een spoel gebruiken: in serie voor een laagdoorlaat en parallel voor een hoogdoorlaat sectie:
testopzet.jpg
waarbij DUT (device under test) de te meten spoel is.

De vervormings karakteristiek verschilt nogal per locatie, zo ziet die er uit voor een serie/laagdoorlaat:
voorbeeldspoel - serie schakeling.jpg
en zo voor parallel/hoogdoorlaat:
voorbeeldspoel - paralel schakeling.jpg
beide met de zelfde spoel gemeten. Bij de hoogdoorlaat zijn de frequenties onder ~100Hz niet meer relevant, voor laagdoorlaat die boven de 1000Hz. De allerhoogste frequenties zijn voor beide niet zo relevant, omdat dan de waarden van de spoel meestal klein genoeg zijn dat we daar zonder meerkosten een luchtspoel kunnen gebruiken.

Kijken we naar de vervormingsmeting, dan zien we dat K3 (3e harmonische vervorming) het sterkst aanwezig is, en K5 is duidelijk aanwezig. Dit zijn "vervelende" vervormingen die je laag wil hebben (in tegenstelling tot K2, die kan soms wel lekker klinken zelfs). In deze test is 0.32% als limiet genomen om de bovengrens van "nog acceptabel" aan te geven.

Het doel van de test is om van diverse soorten kernspoel, het maximale vermogen te bepalen waarbij deze nog kan worden ingezet met nog acceptabele vervorming. De test is gedaan met 2.2mH spoelen, een in zowel een 2weg vaak gebruikte waarde die in alle soorten spoel verkrijgbaar is. Op basis van de oriënterende metingen (zie boven) is gekozen om de serie opstelling te gebruiken, met als frequentie 100Hz, hier is de vervorming redelijk hoog en dus goed te meten. De testversterker kan tot 1500W afgeven, wat dus de bovengrens van de test geeft (voor thuis gebruik ruim voldoende)

Ferrietkern-spoelen
Ferrietkernspoelen zijn er in verschillende uitvoeringen: met een stift-kern, een rol-kern, of een klok-kern:
soorten ferrietspoelen.JPG
Bekijken we een meting als voorbeeld, dan zien we dat K2 vrijwel constant is op 0.1%, en dat K3 eerst langzaam oploopt met de spanning (~vermogen) om dan op het moment dat de kern in verzadiging gaat sterk toe te nemen.
ferriet klok 50mm.jpg
Nagenoeg alle ferriet kern spoelen hebben zo'n grafiek, het grootste verschik zit m in op welk punt de vervorming gaat toenemen door de verzadiging. Onderstaande tabel geeft dat weer voor alle geteste ferrietkernspoelen:
tabel ferrietkernspoelen.jpg
we zien dat de meeste ruim inzetbaar zijn, maar dat enkele al bij een paar Watt in de verzadiging zitten.


Poederkern-spoelen
Poederkernspoelen zijn er in verschillende uitvoeringen: met een stift-kern of een rol-kern
poederkernspoelen.jpg
Bekijken we een meting als voorbeeld, dan zien we dat K2 vrijwel constant is op 0.1%, en dat K3 eerst langzaam oploopt met de spanning (~vermogen) om dan op het moment dat de kern in verzadiging gaat sterk toe te nemen.
mundorf a140 k7029 (poederkern).jpg
Nagenoeg alle ferriet kern spoelen hebben zo'n grafiek, het grootste verschik zit m in op welk punt de vervorming gaat toenemen door de verzadiging. Onderstaande tabel geeft dat weer voor alle geteste ferrietkernspoelen:
tabel poederkernspoelen.jpg
we zien dat de meeste ruim inzetbaar zijn, maar dat een al bij een 30 Watt in de verzadiging zit.

Trafokernspoelen
Trafokernspoelen zijn er in 3 soorten: I-kern, E-kern en EI-kern.
trafokernspoelen.jpg
De letters geven de vorm van de kern aan. Het grootste verschil zien we tussen de EI-kern en de anderen, een EI kern heeft een veel hogere vervorming, maar heeft als voordeel dat minder draad nodig is en de interne weerstand dus het laagst is.
mundorf EI vs E kern.jpg
De tabel:
tabel trafokernspoelen.jpg


Aanvullend: De verzadiging-stroom is vrijwel onafhankelijk van de frequentie, maar neemt af voor hogere waarden, bij een 4 keer zo hoge spoelwaarde is de belastbaarheid ongeveer de helft.

Samenvattend:
  • Ferrietkern spoelen zijn het minst belastbaar, Trafokern-spoelen het hoogst
  • In het niet verzadigde gebied (dit is waar we normaal luisteren) hebben Ferrietkern-spoelen de laagste vervorming, gevolgd door I-kern of E-kern spoelen, dan de Poederkern-spoelen, met de EI-kern-spoelen als hekkensluiter
  • Voor een 2weg of de mid in een 3weg lijkt dus de Ferrietkern-spoel de beste keus; voor de bas in een 3weg de I- of E-kern trafospoel ivm de hogere belastbaarheid
  • Bij Ferrietkern-spoelen neemt over het algemeen de belastbaarheid toe met de grootte van de kern; bij de andere typen is dit niet waargenomen
  • De EI-kern-spoelen zijn alleen dan aan te bevelen als absolute minimum Rdc gevraagd is, in de praktijk zullen de I-kern spoelen met dikkere draad echter al een laag genoege Rdc hebben (~0.1ohm)




ik kwam ook nog wat metingen tegen in een oude IT catalogus, zal ik ook invoegen
Je hebt niet voldoende permissies om de bijlagen van dit bericht te bekijken.
An error does not become truth by reason of multiplied propagation, nor does the truth become error because nobody will see it" ― Mahatma Gandhi

Gebruikersavatar
Henkjan
Beheerder / Site Admin
Berichten: 22827
Lid geworden op: do 01 jan 1970, 1:00
Locatie: Berkel en Rodenrijs

Re: Technische info over Spoelen

Berichtdoor Henkjan » zo 30 apr 2017, 17:46

Intertechnik had in oudere katalogi ook een hoofdstuk waar metingen aan hun spoelen werden weergegeven. Deze zijn helaas in de webshop niet meer terug te vinden. Hieronder de betreffende pagina's als bijlage

Samenvattend: De ferrietkern-spoelen van type HQR, HQP, HQ (HQ40, DR56) en de I-kern-spoelen type I-96 en I-130 laten de laagste vervorming zien. Minder goed scoren HQ43, HQG36 (beide Ferriet) en de CO55, CO62 (beide Poederkern) E-96 en E-130 (E-trafokern).



IT kerntypes overzicht.JPG
IT verzadiging.jpg
IT - vervorming 2V.jpg
IT - vervorming 2V p2.jpg
IT - vervorming 4V.jpg
IT - vervorming 4V p2.jpg
IT - vervorming 9V.jpg
IT - vervorming 9V p2.jpg
Je hebt niet voldoende permissies om de bijlagen van dit bericht te bekijken.
An error does not become truth by reason of multiplied propagation, nor does the truth become error because nobody will see it" ― Mahatma Gandhi

Gebruikersavatar
Henkjan
Beheerder / Site Admin
Berichten: 22827
Lid geworden op: do 01 jan 1970, 1:00
Locatie: Berkel en Rodenrijs

Re: Technische info over Spoelen

Berichtdoor Henkjan » zo 30 apr 2017, 17:47

...
An error does not become truth by reason of multiplied propagation, nor does the truth become error because nobody will see it" ― Mahatma Gandhi

Gebruikersavatar
Henkjan
Beheerder / Site Admin
Berichten: 22827
Lid geworden op: do 01 jan 1970, 1:00
Locatie: Berkel en Rodenrijs

Re: Technische info over Spoelen

Berichtdoor Henkjan » zo 30 apr 2017, 17:47

...
An error does not become truth by reason of multiplied propagation, nor does the truth become error because nobody will see it" ― Mahatma Gandhi

Gebruikersavatar
Henkjan
Beheerder / Site Admin
Berichten: 22827
Lid geworden op: do 01 jan 1970, 1:00
Locatie: Berkel en Rodenrijs

Re: Technische info over Spoelen

Berichtdoor Henkjan » vr 05 mei 2017, 10:59

...
An error does not become truth by reason of multiplied propagation, nor does the truth become error because nobody will see it" ― Mahatma Gandhi


Terug naar “Filter Ontwerp”

Wie is er online

Gebruikers op dit forum: CCBot en 0 gasten