Jump to content

    
Sign in to follow this  
iiv

Вопросы новичка по индукционному нагреву

Recommended Posts

тут оказывается тоже не всё так однозначно. :)

хоть поле в центре огромное и направлено вдоль намагниченности, сверху/снизу от отверстия поля направлены в обратную сторону, и отрицательные поля на внешней поверхности там вполне себе присутствуют.

и совсем маленькая коэрцитивная сила может и не справится.

post-3954-1503437210_thumb.png

я честно говоря не понял этого утверждения, если про слева-справа - да, но у меня там как раз прорезь для подачи жижи и именно из-зв этого серьезно больше 3Т получить нельзя.

Share this post


Link to post
Share on other sites

на картинке поле горизонтальное по оси х.

посмотрите на график: на внешней поверхности цилиндра B практически зануляется, соответственно коэрцитивная сила должна быть больше чем Br=1.4Т.

Share this post


Link to post
Share on other sites
на картинке поле горизонтальное по оси х.

посмотрите на график: на внешней поверхности цилиндра B практически зануляется,

вот странно, ибо вектор поля то тут должен быть направлен вдоль поверхности и в том же направлении, что и намагниченность и у меня (правда у меня сфера, а точнее эллипсоид вращения) получается, что такого резкого скачка нет.

 

Возможно у меня где-то в моей решалке баг, я ее для стационарного случая с нуля набросал, может где и накосячил, но у меня получается, что на границе внутри магнита поле направленно туда же, куда и намагниченность, а вне магнита просто быстро убывает. Надо проверить, возможно я из-за центральной симметрии и экономии конечных элементов там где-то криво или неустойчиво интеграл взял.

Share this post


Link to post
Share on other sites
Огромное спасибо, Станислав за дельные советы!
Не за что.

Есть небольшой опыт в этом деле. От трубочек отказались почти сразу, когда прикинули на пальцах.

 

 

если бы все было бы так просто, то именно так бы и сделал. Цель - плавка маленькой болванки в сильном (0.4-0.5Т) постоянном магнитном поле. Собственно сам генератор этого поля надо охлаждать и именно он-то потребляет 1-5КВатт, и если не охлаждать, то сопротивление его обмоток растет и падает мощность этого генератора. Генератор - там же, у самых стенок этой плавильной штуковины :(

Пердупреждать же надо!

Казалось, что именно просто, а оно вона, значит, как...

 

Геометрию установки не могли бы привести, хотя бы приблизительно?

Собственно, интересует сам магнит (генератор поля).

 

Посему хочется быстро нагреть индукционно, а потом включить генератор магнитного поля и медленно ронять температуру (индукционная часть в этот момент уже будет выключена).
Так с нихромовой индукционной катухой Вы, по ощущениям, его нагреете как раз быстрее, при меньших затратах энергии. Толстый нихром - тоже неплохой проводник. :)

Как защитить генератор поля от тепла - уже другой вопрос. См. выше.

 

Магнитная проницаемость и алюминия, и меди весьма мала (в сто раз меньше, чем у стали) и близка к проницаемости вакуума. Потому на индуктивность катушки повлияет слабо.
Это не так.

В старых радиоприёмниках, подстройку частоты контуров УКВ диапазона как раз осуществляли медными (латунными) резьбовыми сердечниками.

Вытеснение поля из катушки тоже влияет на индуктивность. :)

Поэтому, в индукционных резонансных печурках, подстройка частоты обязательна.

Иначе - жмени горелых полевиков, пополам с матом.

Share this post


Link to post
Share on other sites
вот странно, ибо вектор поля то тут должен быть направлен вдоль поверхности и в том же направлении, что и намагниченность и у меня (правда у меня сфера, а точнее эллипсоид вращения) получается, что такого резкого скачка нет.

не, халлбах вроде так и должен работать,

в одномерном случае:

Halbach_array_field.jpg

поле с одной стороны (сверху) удваивается, с другой (снизу) - почти зануляется.

теперь эту полоску (из четырёх магнитов) свернули в цилиндр. поля малость поменяются но смысл остаётся тот же.

снаружи поля почти нет, значит на внешней границе цилиндра внутри будет почти -Br, и магнит со слабой коэрцитивной силой может и не выдержать в такой геометрии даже без влияния температуры.

так что я бы аккуратно всё ещё раз посчитал прежде чем пытаться печь магниты с максимальным Br, который получается ценой уменьшения Hc.

 

Share this post


Link to post
Share on other sites
так что я бы аккуратно всё ещё раз посчитал прежде чем пытаться печь магниты с максимальным Br, который получается ценой уменьшения Hc.

я этот аргумент не только понимаю, но и закладывал его в свое численное моделирование чтоб такого не происходило, вернее чтобы внешнее наведенное поле от остальных частей магнита не перемагнитило любой из кусочков магнитов. Как я говорил, у меня получилось что-то похожее на приплюснутую сферу. Причем отход от геометрии такого магнита в большую сторону всего-то на 2 мм гарантированно портил часть магнита и магнит должен был размагничиваться (я не считал до какого состояния).

 

Перепроверю другим методом, на всякий случай, у меня скачки есть, но нет того, что намагниченность в противоположную сторону, что может перемагнитить хотя бы один кристалл магнита. А конечную намагниченность я все равно 10Т+ делать буду, у меня не зря медную ленту Лоренсом порвало...

 

Геометрию установки не могли бы привести, хотя бы приблизительно?

сфотографировать не могу, старую порвало (хорошо, что под тягой делал, вся тяга в песке и обрывках медной ленты). Новую как соберу, постараюсь сфотографировать.

 

Конструкция простая.

 

Тигель, в нем расплав (внешние диаметры 30мм, высота 30мм), ко дну тигеля впритык приставлена катушка номер 1 из медной ленты высотой 30мм, диаметром около 20мм, далее толстый слой меди (не виток, а разрезанный виток, до диаметра тигля. Потом все это еще одной катушкой номер 2 (тигель+нижняя катушка) обмотано, но витки катушек 1 и 2 направлены в противоположное направление.

 

Катушки соединены последовательно.

 

Вначале на катушку номер 2 индукционно подается разогрев, в крышке тигля есть термосенсор.

 

Далее индукционный подогрев отключается, и на обе катушки даю 300А (еле сделал). Сопротивление на холодную получается около 0.018Ом, на горячую около 0.04Ом, то есть при 300А примерно 12В идет. Больше у меня пока нет. Эту температуру надо и рассеивать.

 

Основная проблема - нагреть сплав быстро, пока катушки не нагрелись, врубить на полную магнитное поле, чтобы кристаллы сплава росли как надо, а температура расплава падала медленно.

 

Сплав (Al=8, Ni=14, Co=24, Cu=3, Fe=51), его температура кристаллизации 840С.

 

Под конец когда надо замагнитить, подаю около 320В от сотни в параллель поставленных конденсаторов на 680мкФ. Вот в этот-то момент у меня катушку-то и порвало, по моим расчетам там 50бар было, а возможно и больше.

Share this post


Link to post
Share on other sites
сфотографировать не могу, старую порвало (хорошо, что под тягой делал, вся тяга в песке и обрывках медной ленты). Новую как соберу, постараюсь сфотографировать.

 

Конструкция простая.

 

Тигель, в нем расплав (внешние диаметры 30мм, высота 30мм), ко дну тигеля впритык приставлена катушка номер 1 из медной ленты высотой 30мм, диаметром около 20мм, далее толстый слой меди (не виток, а разрезанный виток, до диаметра тигля. Потом все это еще одной катушкой номер 2 (тигель+нижняя катушка) обмотано, но витки катушек 1 и 2 направлены в противоположное направление.

Всё равно непонятно, от слова совсем.

Можно было б и нарисовать, хотя бы в пэйнте, схематично.

Здесь тот случай, когда конструктив играет гораздо бОльшую роль, чем электроника.

 

 

Катушки соединены последовательно.

 

Вначале на катушку номер 2 индукционно подается разогрев, в крышке тигля есть термосенсор.

 

Далее индукционный подогрев отключается, и на обе катушки даю 300А (еле сделал). Сопротивление на холодную получается около 0.018Ом, на горячую около 0.04Ом, то есть при 300А примерно 12В идет. Больше у меня пока нет. Эту температуру надо и рассеивать.

Температуру в 300А?

 

 

Основная проблема - нагреть сплав быстро, пока катушки не нагрелись, врубить на полную магнитное поле, чтобы кристаллы сплава росли как надо, а температура расплава падала медленно.
Быстро-то зачем? И почему катушкам нельзя нагреваться?

Здесь бы лучше разделить.

Генератор поля сделать в виде соленоида, с большим количеством витков, а ВЧ индуктор с тиглем разместить внутри, причём катуху индуктора намотать прямо на тигель.

Иначе будете мучится...

 

 

Под конец когда надо замагнитить, подаю около 320В от сотни в параллель поставленных конденсаторов на 680мкФ. Вот в этот-то момент у меня катушку-то и порвало, по моим расчетам там 50бар было, а возможно и больше.
Замагничивать лучше было бы отдельно, в холодную.

Или там тоже есть нюансы?

Простите, в тонкости не посвящён.

Share this post


Link to post
Share on other sites

насколько понял импульсно намагничивается отдельно в холодную, и катушки совсем не обязательно должны быть те же самые что при плавлении.

но ещё надо подмагничивать пока горячее, чтобы при остывании ориентированно было по полю.

иначе как попало застыв намагничиваться потом будет плохо.

 

я бы совсем разделил эти два процесса. и для финального намагничивания намотать можно отдельно что угодно.

и там разве с этими катушками что-нибудь за 680мкф*0.04Ом = 30мкс вообще намагнитится? внутрь-то поле проникнет? это редкоземельные магниты импульсно магнитят, а тут сплав хорошо проводящий, в несколько раз лучше чем NdFeB, да и проницаемость тоже не 1, а до 5.

ну то есть толщина скин слоя вроде бы 1мм получается для 30кГц.

ну и в момент финального намагничивания оно ведь уже не в графитовом тигеле находится?

 

 

 

 

 

Share this post


Link to post
Share on other sites
насколько понял импульсно намагничивается отдельно в холодную
Там, типа, всё в одном процессе.

От этого и все мучения с тремя сотнями ампер, заради каких-то 0,5 Тл.

 

, и катушки совсем не обязательно должны быть те же самые что при плавлении.

но ещё надо подмагничивать пока горячее, чтобы при остывании ориентированно было по полю.

иначе как попало застыв намагничиваться потом будет плохо.

Это понятно.

Только решение Автора темы, насколько я его уразумел, представляется весьма странным.

 

ну и в момент финального намагничивания оно ведь уже не в графитовом тигеле находится?
Я понял, что именно там. :)

Share this post


Link to post
Share on other sites

Огромное спасибо за советы и простите, что сумбурно все, ибо не планировал этим заниматься, а пришлось, так как мой поставщик самарий-кобальтовых магнитов стал косячить и мне нужно срочно найти подходящее решение.

 

Про скин-слой в AlNiCo - я забыл это учесть!!! Спасибо большое за совет!

 

насколько понял импульсно намагничивается отдельно в холодную, и катушки совсем не обязательно должны быть те же самые что при плавлении.

но ещё надо подмагничивать пока горячее, чтобы при остывании ориентированно было по полю.

иначе как попало застыв намагничиваться потом будет плохо.

тут утверждение такое, что пока горячее надо минимум 0.1-0.2Т, но были утверждения, что структура получается лучше, если поле поднимать до 1Т и выше.

 

Так как у меня строится хальбах не из кусочков, а во всем объеме, мне надобно неравномерное поле. Магнит маленький - полусфера примерно 24мм диаметра.

 

При создании такого неравномерного поля в 1Т надобно много ампер витков примерно 50 000, если их мотать не лентой, а проволокой, то поле на торце будет неравномерным. Если мотать тонкой лентой, то все съест изолятор. Поэтому там 50 витков лентой. Если взять 300А, то будет только 0.3Т, а с потерями и того меньше.

 

Температура в обмотках должна быть меньше, так как сопротивление меди при 800С примерно в 5 раз выше, чем при комнатной температуре.

 

Сила магнитного поля при единичном объеме катушки и единичной мощности подаваемой в катушку примерно обратно пропорциональна сопротивлению проводника катушки.

 

Поэтому я хочу ударную магнетизацию проводить впараллель с основным подмагничиванием, то есть один пульс ударной магнетизации на 10Т в секунду + постоянное поле около 0.1-0.2Т.

 

и там разве с этими катушками что-нибудь за 680мкф*0.04Ом = 30мкс вообще намагнитится? внутрь-то поле проникнет?

да, начинал с редкоземельных магнитов, и не подумав перенес все на этот материал. Я правда писал, что 100 конденсаторов по 680мкФ, но проблема со скин слоем и тут может быть, так как даже при этих условиях скин слой может быть достаточно маленьким и составлять примерно 3мм, то есть быть меньше габаритов моего магнита. Наверное помоделирую нестационарную часть, возможно что-то прояснится.

 

Про мысль про индукционку - зачем она мне здесь:

 

я хочу держать обмотки катушки холодными на сколько могу, но расплавить магнитный материал. Это сложно, но обмотки находятся в 2-3мм от расплава. Из-за этого хочется индукционно нагреть материал, постоянно охлаждая обмотки, чтобы магнит расплавился, а обмотки стояли холодными. Я понимаю, что можно забить на индукционку и нагреть обмотками, но температура плавления меди обмоток не на много выше температуры плавления самого материала, и можно не угадать...

Share this post


Link to post
Share on other sites
Я понял, что именно там. :)

Ну тогда ещё и скин слой графита добавится, у которого проводимость ещё в несколько раз лучше.

но проблема со скин слоем и тут может быть, так как даже при этих условиях скин слой может быть достаточно маленьким и составлять примерно 3мм

Да он там по оптимистичным оценкам 1мм получается для синуса 30кГц, а для единственного 30мкс импульса там ещё вроде как минимум корень из 2Pi в знаменателе вылезет, то есть в 2.5 раза меньше.

 

Возьмите готовые неодимовые кубики с размером 2-3мм из 48SH и будет вам и 150 градусов рабочей температуры и почти 1.4Т. И клейте из них вашу сферу Халлбаха.

https://www.hkcm.de/tesla/design.php?des=on...;l=de&dna=3

Занятие правда, как я представляю, наиувлекательнейшее, они так весело во все стороны разлетаться будут :)

Потом можно будет ещё немного усовершенствовать, добавив кубики намагниченные по диагонали от ребра к ребру и из угла в угол.

Но там разница как мне кажется и десятка процентов не наберётся по сравнению с идеальной плавно меняющейся намагниченностью, а не скачками по 90/45 градусов.

Несколько кубиков также можно заменить на диаметрально намагниченные цилиндры(покупаются готовые там же) и углом поворота вокруг оси даже неоднородности поля можно попробовать поисправлять.

 

Неужели рабочий температурный диапазон вашего спектрометра больше 100 градусов?

Share this post


Link to post
Share on other sites
Ну тогда ещё и скин слой графита добавится, у которого проводимость ещё в несколько раз лучше.

про графит - это атавизм первого эксперимента, сейчас на каолине планирую чтобы еще и теплопроводность уменьшить. Кстати, проводимость AlNiCo на сколько я смог измерить, только примерно в 7 раз хуже меди, то есть графит проводит хуже в разы.

 

Да он там по оптимистичным оценкам 1мм получается для синуса 30кГц

так я писал же, что не 30КГц а 300Гц. Правда все равно прикидочно не сильно лучше, то есть около 3мм с учетом магнитной проницаемости материала.

 

Возьмите готовые неодимовые кубики с размером 2-3мм из 48SH и будет вам и 150 градусов рабочей температуры и почти 1.4Т. И клейте из них вашу сферу Халлбаха.

ага, еще и гемор получить из-за кривизны замагничивания. Я же писал - основная проблема - можно работать на самарий-кобальте, или самим делать магниты. И не только из-за температуры, а из-за кривизны поля. Неодимовые - все достаточно кривые. Поставщик самарий-кобальтовых отказался делать под мои габариты, сославшись на то, что он их сейчас делает в Китае и ему вподляк под мою геометрию при маленьких заказах подстраиваться.

 

И это на равномерную магнетизацию, а не на хальбахе.

 

Ну а если и делать самому, то сразу Хальбаха или такую магнетизацию, при которой соседние магнитные домейны не перемагничивают друг друга как это происходит в ширпотребных магнитах.

 

Неужели рабочий температурный диапазон вашего спектрометра больше 100 градусов?

именно этот факт всех интересует, и есть много потенциальных заказчиков, которые планируют массово поставить этот спектрометр в свои химические реакторы. Ну и цена тоже :)

Share this post


Link to post
Share on other sites
про графит - это атавизм первого эксперимента, сейчас на каолине планирую чтобы еще и теплопроводность уменьшить. Кстати, проводимость AlNiCo на сколько я смог измерить, только примерно в 7 раз хуже меди, то есть графит проводит хуже в разы.
тем не менее какую-то часть поля он всё равно своим скин-слоем заэкранирует.

 

Неодимовые - все достаточно кривые.

Ну а если и делать самому, то сразу Хальбаха или такую магнетизацию, при которой соседние магнитные домейны не перемагничивают друг друга как это происходит в ширпотребных магнитах.

про перемагничивание соседних доменов - не понял.

 

идея взять магнит и сразу намагнитить его самому настолько аккуратно, чтобы однородность поля была достаточно хорошей для ЯМР спектрометра, без последующей дополнительной подстройки доработки напильником мне кажется слишком смелой. тем более что речь идёт не про однородное намагничивание.

а если всё равно потом измерять и подтачивать в нужных местах, то какая разница из чего он собран.

 

ну и мелкие кубики не по отдельности прессуют, а режут из больших кусков, соответственно сортировкой отдельных магнитов качество можно заметно поднять.

 

именно этот факт всех интересует, и есть много потенциальных заказчиков, которые планируют массово поставить этот спектрометр в свои химические реакторы. Ну и цена тоже :)

так диапазон температур-то какой?

было у вас места побольше рабочую температуру можно было бы немного поднять за счёт правильно подобранной геометрии.

вот магниты 40SH с температурой размагничивания 130 градусов паяют при 200:

https://www.classe.cornell.edu/public/CBN/2...13/CBN07-13.pdf

 

ну и даже получив достаточно однородное поле при комнатной температуре, если на пару сотен градусов подогреть однородность может заметно испортится.

Share this post


Link to post
Share on other sites
тем не менее какую-то часть поля он всё равно своим скин-слоем заэкранирует.

каолин-то? Это ж диэлектрик! Наверное вы меня не поняли, до этого я пробно делал на графите, сейчас планирую в каолиновом тигле.

 

про перемагничивание соседних доменов - не понял.

ну это же о том, о чем вы изначально твердили! Если собрать какую-то магнитную структуру, то может так случиться, что в каком-то месте наведенное магнитное поле будет противоположно направленно тому, как там было намагничено. После этого этот кусок размагнитится.

 

идея взять магнит и сразу намагнитить его самому настолько аккуратно, чтобы однородность поля была достаточно хорошей для ЯМР спектрометра, без последующей дополнительной подстройки доработки напильником мне кажется слишком смелой. тем более что речь идёт не про однородное намагничивание.

да, у меня есть достаточно надежный тулс с катушками и синхронными осцилляторами, который позволяет убрать много, но не все из неравномерности и нестабильности поля. Ссылку я вам при прошлом обсуждении давал.

 

Этот тулс позволяет работать с самарий-кобальтом из е-бея, или неодимовыми магнитами больших (12см) размеров без оглядки на то, как эти магниты были произведены и не пилить потом это напильником и подстраиваться по большому диапазону температур (с температурами все хорошо только у самарий-кобальта).

 

Проблема, с которой я столкнулся - не готовность поставщика, который год назад мне обещал поставлять самарий-кобальтовые магниты по моим чертежам и вменяемой цене, а сейчас отказался из-за маленького заказа.

 

То есть даже если я слегка накосячу с неравномерностью, то тулс все исправит. Но "слегка" - тут критично. Не получится хальбах, сделаю обычные в равномерном поле, там сильно накосячить не получится. Как говорят "не добегу, так согреюсь".

 

Кстати, вытащил, что у моего материала скин слой при 1Гц около 18мм, то есть примерно при пульсе в 0.1с я таки смогу намагнитить свою балалайку. Да, понятно, надо будет по-другому катушку намотать, чтобы скоррелировать индуктивность этой катушки с временем пульса, но все равно все очень реально.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Подниму старую тему, ибо проблема в чем-то похожа, помогите, пожалуйста, советом, кто знает.

 

Есть сейчас проблема:

 

надо разогреть до 1500-1600С заготовку, состаящую из проводимого порошка и снаружи завернутую в плохо проводящий тепло и воздух керамический чехол. Размеры порошка - цилиндр примерно 24мм диаметром и 25мм высотой, чехол (в основном состоящий их оксида алюминия) имеет внешние габариты около 35мм диаметра и 40мм высоты. Зерна металла порошка около 1-10микрон.

 

Порошок плавится при 1400С. Порошок содержит ферромагнетик, но из-за маленьких размеров частиц, похоже не нагревается.

 

Резистивно нагреть не могу, так как температура высокая и нельзя поставлять примесь в расплав. Также чехол герметичен, и это - критично. Дуга тоже не проходит (или по крайней мере в первом приближении не проходит).

 

Нагревать надо максимально быстро. Идеально, чтобы за 1 минуту я с комнатной температуры достиг бы 1500С, то есть это возможно примерно если туда подавать 1КВатт.

 

Если положить внутрь проволоку из того же металла, то индукционно на примерно 50КГц и 500Ватт (30В, 20А, из которых 100Ватт на катушке рассеивается) все разогревается. Если проволоки нет - не получается расплавить. Если внутри была проволока, то не происходит достаточного перемешивания вещества. Положить какую-то металлическую болванку нельзя - или сплавится, или я потом не оторву ее от этого расплава (расплав после застывания имеет твердость сходную с вольфрам-кобальтовым покрытиям - то есть ничем не сверлится от слова совсем.

 

Гоняю пока все полным мостом. Он до 80В, и до 20А (40А уже критично, мосфеты сильно греются). Пробовал разные частоты от 1КГц до 200КГц, но такое чувство, что что есть у меня эта байда внутри катушки, что нет - ток не меняется, то есть образец электромагнитные волны не поглощает.

 

Магнитное поле как в обсуждении выше мне тут не нужно :)

 

Скажите, пожалуйста, правильно ли я понимаю, что мне надо как-то найти резонанс моей системы (как?) и таки работать только на нем?

 

Спасибо!

Share this post


Link to post
Share on other sites

Join the conversation

You can post now and register later. If you have an account, sign in now to post with your account.

Guest
Reply to this topic...

×   Pasted as rich text.   Paste as plain text instead

  Only 75 emoji are allowed.

×   Your link has been automatically embedded.   Display as a link instead

×   Your previous content has been restored.   Clear editor

×   You cannot paste images directly. Upload or insert images from URL.

Sign in to follow this