Jump to content

    

Сравнение энергии, запасаемой в конденсаторе и в дросселе

Хм. А если попробовать посмотреть на это с такой стороны.

Берем ферритовое кольцо, наматываем на него одну обмотку. Ток выбираем в обмотке таким образом, чтоб рабочая точка на м(Н) характеристики феррита находилась на верхней спинке на краю спуска кривой. Таким образом, у нас будет катушка с наибольшей индуктивностью и определенной запасенной энергией. Далее, наматываем вторую обмотку на это же кольцо. В нужный момент (когда необходимо высвободить запасённую энергию), на вторую обмотку подаем импульс тока, который переводит феррит в насыщенное состояние (ток, при этом, нужен не очень большой, ведь рабочая точка у нас и так выбрана на грани спуска). Процессы здесь будут проистекать такие же, как и в параметрическом магнитном генераторе. За счет уменьшения магнитной проницаемости уменьшится индуктивность первого контура и, вследствие закона сохранения энергии, увеличится ток в первой обмотке контура. Т.е. произойдет увеличение энегрии в первом контуре и увеличение тока в первой обмотке, а стало быть, и в нагрузке. Если использовать еще и трансформаторную связь между обмотками, то можно получить на выходе необходимый Вам импульс с амплитудно-временными характеристиками. Для быстрого спуска рабочей точки феррит должен быть высокочастотным.

В свое время (планировалась подобная работа), моделировал эту идею в Ansoft Maxwell, идея вполне рабочая. Задавшись необходимыми характеристиками на выходе, можно промоделировать и расчитать входные данные и прочее.

Share this post


Link to post
Share on other sites
За счет уменьшения магнитной проницаемости уменьшится индуктивность первого контура и, вследствие закона сохранения энергии, увеличится ток в первой обмотке контура.

А магнитные домены в феррите электротехнику не изучали и про индуктивность ничего не знают.

С чего бы им вести себя так странно?

 

Share this post


Link to post
Share on other sites
Если использовать еще и трансформаторную связь между обмотками, то можно получить на выходе необходимый Вам импульс с амплитудно-временными характеристиками.

А как трансформаторная связь будет работать если сердечник войдет в насыщение?

Немного фантатистически звучит, но помню вычитывал в советской литературе про такие параметрические установки (паратроны и унатроны вроде называются), но там управляющая обмотка была намотана перпендикулярно.

Share this post


Link to post
Share on other sites
А как трансформаторная связь будет работать если сердечник войдет в насыщение?

Вы не поверите, но трансформаторы бывают и без сердечника, а мощные импульсные - так только такими и делают.

 

А магнитные домены в феррите электротехнику не изучали и про индуктивность ничего не знают.

С чего бы им вести себя так странно?

А в чем странность-то? В том, что при насыщении магнитная проницаемость стремится к 1? Или что при уменьшении магнитной проницаемости уменьшается и индуктивность контура?

Share this post


Link to post
Share on other sites
Хм. А если попробовать посмотреть на это с такой стороны.

Берем ферритовое кольцо, наматываем на него одну обмотку. Ток выбираем в обмотке таким образом, чтоб рабочая точка на м(Н) характеристики феррита находилась на верхней спинке на краю спуска кривой. Таким образом, у нас будет катушка с наибольшей индуктивностью и определенной запасенной энергией. Далее, наматываем вторую обмотку на это же кольцо. В нужный момент (когда необходимо высвободить запасённую энергию), на вторую обмотку подаем импульс тока, который переводит феррит в насыщенное состояние (ток, при этом, нужен не очень большой, ведь рабочая точка у нас и так выбрана на грани спуска).

 

Так Вы же его первой обмоткой уже в насыщение загнали? Что делает вторая обмотка, доводит проницаемость от 1.1 до 1.0?

Что значит на грани спуска???? Спуск Вы сами "устраиваете" размагничивающем полем.

 

Процессы здесь будут проистекать такие же, как и в параметрическом магнитном генераторе. За счет уменьшения магнитной проницаемости уменьшится индуктивность первого контура и, вследствие закона сохранения энергии, увеличится ток в первой обмотке контура. Т.е. произойдет увеличение энегрии в первом контуре и увеличение тока в первой обмотке, а стало быть, и в нагрузке. Если использовать еще и трансформаторную связь между обмотками, то можно получить на выходе необходимый Вам импульс с амплитудно-временными характеристиками. Для быстрого спуска рабочей точки феррит должен быть высокочастотным.

В свое время (планировалась подобная работа), моделировал эту идею в Ansoft Maxwell, идея вполне рабочая. Задавшись необходимыми характеристиками на выходе, можно промоделировать и расчитать входные данные и прочее.

Не понятно, чтобы организвать "спуск" надо приложить размагничивающее поле, при этом наведется ЭДС ~L(I)*dI/dt то есть, как в любом тансформаторе. При этом варьировать временными характеристиками трансформатора крайне сложно, в основном из-за индуктивности рассеяния обмотки и паразитной емкости обмотки.

Или я что-то не понял?

 

 

 

Share this post


Link to post
Share on other sites

Нет, первой обмоткой я сердечник в насыщение не вгоняю. В том-то и дело. Давайте представим себе м(Н) кривую. Вначале, при малых напряженностях магнитного поля (ток не большой), магнитная проницаемость большая. По мере роста напряженности поля, мю падает и в какой-то момент наступает насыщение. Эдакая горка. Так вот. Первая обмотка создает такое поле, при котором мю еще не начало скатываться к 1, т.е. мю большое. Импульс во второй обмотке переводит уже сердечник в насыщенное состояние. Скажете при этом ток в перичке очень маленький? Ориентируйтесь по полю. Для создания поля напряженностью 1000 А/м в объеме 1см.куб - да, ток нужен не большой, а вот в 100 см.куб - куда больше. Нужен больше ток в первичке - берите больший кусок феррита.

Share this post


Link to post
Share on other sites
За счет уменьшения магнитной проницаемости уменьшится индуктивность первого контура и, вследствие закона сохранения энергии, увеличится ток в первой обмотке контура. Т.е. произойдет увеличение энегрии в первом контуре и увеличение тока в первой обмотке
Вообще-то энергия - это интерграл от BH/2 по всему объему, а при насыщении В и Н не уменьшаются.

Share this post


Link to post
Share on other sites
Нет, первой обмоткой я сердечник в насыщение не вгоняю. В том-то и дело. Давайте представим себе м(Н) кривую. Вначале, при малых напряженностях магнитного поля (ток не большой), магнитная проницаемость большая. По мере роста напряженности поля, мю падает и в какой-то момент наступает насыщение. Эдакая горка. Так вот. Первая обмотка создает такое поле, при котором мю еще не начало скатываться к 1, т.е. мю большое. Импульс во второй обмотке переводит уже сердечник в насыщенное состояние. Скажете при этом ток в перичке очень маленький? Ориентируйтесь по полю. Для создания поля напряженностью 1000 А/м в объеме 1см.куб - да, ток нужен не большой, а вот в 100 см.куб - куда больше. Нужен больше ток в первичке - берите больший кусок феррита.

 

Кажется, понял Вашу идею. Первая обмотка обладает большой индуктивностью, и мы медленно намагничиваем сердечник, затем, хотим второй обмоткой с малой индуктивностью быстренько изменить проницаемость и получить выброс ЭДС.

 

Если так, то работать выгоднее на крутом участке зависимости мю(H), а это "середина" намагниченности.

В области близкой к насыщению, мю почти не зависит от H и модулировать проницаемость бесполезно. Итого, чтобы довести сердечник от середины (куда его загнала первая катушка) до полного насыщения, вторая катушка должна будет совершить приблизительно такую же работу, как совершила первая обмотка, а значит, большого отличия по индуктивности между второй и первой обмотками мы не можем себе позволить, соответственно, и большого выигрыша по быстродействию, тоже, не получится.

 

 

 

 

Share this post


Link to post
Share on other sites
Итого, чтобы довести сердечник от середины (куда его загнала первая катушка) до полного насыщения, вторая катушка должна будет совершить приблизительно такую же работу, как совершила первая обмотка, а значит, большого отличия по индуктивности между второй и первой обмотками мы не можем себе позволить, соответственно, и большого выигрыша по быстродействию, тоже, не получится.

 

Вы правильно поняли мою идею, но в некоторых утверждениях я с Вами не согласен. Кривая мю(H) начинает спадать не сразу: вначале идет пости ровная полочка, затем спад начинает нарастать, затем идет участок наибольшей крутизны и только потом участок насыщения. Если Вы хотите работать на середине участка максимальной крутизны, то для насыщения сердечника Вам нужно приложить не столько же энергии, как в первую катушку, а меньше. Ведь первая катушка выводя на рабочую точку проходит еще и первый равный участок, а вторая катушка - нет.

Даоее, мы можем позволить себе сколь угодное отличие индуктивностей, между первичной и вторичной обмоткой. Ведь не индуктивность пеерводит сердечник в насыщение, магнитное поле. Я могу вторую обмотку сделать из одного витка и пустить импульс тока 100 А и загоню сердечник в насыщение.

В зависимости от того, что Вам надо получить в нагрузке: импульс тока или напряжения - делайте повышающий или понижающий трансформатор. Выигрыш по быстродействию получится, но не при всех условиях.

Допустим у нас импульсный трансформатор без сердечника, тогда крутизна тока выходного импульса будет определятся крутизной импульса тока на входе. Если есть сердечник, то крутизна фронта (точнее его предел) будет определяться уже свойствами сердечника (если мы работаем не в режиме насыщения). Если же происходит насыщение сердечника, то упрощенно выигрыш по крутизне будет обусловлен так.

Допустим, ВЧ феррит может переходить в состояние насыщения предельно за 50 нс. Мы медленно запасли энергию в первой обмотке, затем подаем на вторую обмотку импульс тока, для насыщения сердечника. Фронт импульса тока насыщения - те же 50 нс. В результате, в первой обмотке, через трансформаторную связь наводится импульс тока с фронтом 50 нс (потери для простоты сейчас опустим), плюс за счет насыщения сердечника (то же за 50 нс) и уменьшения индуктивности контура происходит усиление тока в первичной обмотке. В итоге, фронт остается все те же 50 нс, но за счет дополнительного увеличения амплитуды тока происходит рост крутизны (dI/dt).

 

Вообще-то энергия - это интерграл от BH/2 по всему объему, а при насыщении В и Н не уменьшаются.

Совершенно верно, но и В и Н зависят от тока, а он, при уменьшении индуктивности, увеличивается, что приведет к увеличению указанного Вами произведения. Здесь корректней будет исходить из формулы E=(L*I^2)/2. Если индуктивность меняется очень быстро, то без учета потерь (в основном это диффузия магнитного поля) константой у нас будет магнитный поток L*I. Отсюда считается усиление по току и энергии.

Share this post


Link to post
Share on other sites

То, что идея с предварительным намагничиванием работоспособная - согласен.

 

Только вот границы применения, лично для меня, не вырисовываются. Соображения следующие.

1. Если для подмагничивания используется вторичная обмотка - возникает проблема коммутации высоковольтных цепей и цепей подмагничивания.

2. Если имеется третья обмотка для подмагничивания, то даже будучи в оборванном состоянии она будет нагружена на собственную емкость и внесет дополнительную инерционность в магнитную систему. Особенно, при большой разнице в индуктивностях.

3. Самое главное - для систем размером с ладошку для насыщения магнитопровода достаточно разрядить 1000мкф 5В на 10-15 витков. Без каких-либо дополнительных мер по намагничиванию. Я сталкивался с этим при разработке феррозондового преобразователя, там нужно было перемагничивать магнитопровод именно по предельной петле гистерезиса.

 

В общем, во всех случаях, на мой взгляд, предварительное намагничивание создает больше проблем чем выигрыша.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Для систем, размером с ладошку - возможно и так, а для буферных систем питания с энергозапасом в кДж (как в моем случае) - очень даже ничего.

Share this post


Link to post
Share on other sites
Для систем, размером с ладошку - возможно и так, а для буферных систем питания с энергозапасом в кДж (как в моем случае) - очень даже ничего.

 

Хочется возразить, но нечего. :) Желаю удачной реализации!

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now
Sign in to follow this