Експерименти с комутатор на магнитни потоци (КМП)

[varvarin]

Здравейте колеги,

да се включа малко в дискусията.

цитат на геца:

> Работната точка при дълбоко насищане е силно вдясно от максимума по кривата на изменение на магнитната проницаемост;

Да, силно вдясно от максимума насищането е още по дълбоко, но работната точка на нашето устройство няма работа там (ако имаме предвид участъка ограден с червено на рис. 15.4 от по преден пост на колегата getca). От графиката ясно се вижда че промяната на магнитната проницаемост в този участък е незначителна и няма как да получим голяма степен на отклонение на потока. Работната точка е в участъка между мю макс и началото на оградения с червено правоъгълник. Другото което също добре се вижда от тази графика е че работейки в този диапазон промяната на Н предизвиква много малка промяна на В отколкото вляво на кривата. Тъй като енергията поглъщана от стоманата е грубо казано Е=ВхН (не ми се пишат подробности от математиката) то следва че за преминаване на участъка от мю макс до мю мин. и обратно се изразходва много по малко енергия и това е причината магнитните усилватели да работят. По принцип подмагнитването което при демонстрациите на колегата getca води до увеличаване на управляващия (входния ток) може да води и до намаляване на същия. По този въпрос ще предоставя нагледни материали по нататък като си досъбера постановката с преработения шунт. Този ефект се получава и при феритни сърцевини, важна е работната точка. За стръмността на кривата съм съгласен че е добре да е по голяма и по правоъгълна. За съжаление в момента не разполагам с пермалой така че ще се задоволя засега със силициева ламарина. Относно определяне индуктивноста по формулата за обратен преобразувател съм доста скептичен. Тази формула се извежда като се реши уравнението за напрежението върху бобината UL=L*dIL/dt спрямо индуктивността. Записана в този вид тя е вярна само когато се работи в линеен режим на сърцевината и тока има линейна форма. Тук линейния режим не ни върши работа очевидно. Би могло да се раздели кривата на тока на отделни участъци които да се приемат за линейни.

цитат на Иван

Ако започнем размагнитване от дълбоко насищане, идва момент, когато желязото започва да се размагнитва и съответно имаме голямо dB/dt, което действа като "внезапна спирачка" за тока.

В общи линии нещо подобно се получава, токът започва да расте с голяма скорост която после намалява. За да се получи трябва тесте с неодимови магнити. Това е свързано с излизането от онзи червен правоъгълник за който стана дума. Идеята с "изтряскването" на кондензатора много ми допада и съм я обмислял доста. Мислех да използвам тиристор който да изпразни кондензатора в бобината. Това има предимството че каквото се върне обратно от бобината като енергия остава в кондензатора и най важно тиристора се запушва при ток=0 т.е. липсват каквито и да било преходни процеси. Така че остава да дозаредиш кондензатора. Неприятното е че е с обратна полярност... Досега не се сетих за прост начин за преодоляване на проблема, ще се радвам някой да има идея 

Навивките са важни дотолкова доколкото да получиш желания ефект при зададени условия. Ако може да варираш свободно останалите условия може да се каже че няма значение колко са навиките  В практиката обаче обикновено решаваме обратната задача - нагаждаме броя на навивките към зададените условия.

Така и никой не повтори опита с тороида и магнитите та да сподели резултат. Става и с тороид от импулсно захранване за компютър.

Поздрави на всички!

[getca]

Колега Иван Димов, много приказки, малко математика и лично аз нищо не разбрах. По твоята логика би трябвало вече да си надминал 1-та, което би ме зарадвало. Дай едно грамотно описание на постановката, де, с резултати и т.н. А посоченият клип е лесно обясним от гледна точка на класическия ел.магнетизъм.
varvarin, какво да кажа, не знам...упорит си, но се чудя що не искаш да видиш очевидните неща. Е, писах цифри, формули и мисля, че те говорят достатъчно ясно за ефектите. Първо, за да отклониш поток на ПМ ти трябва минимална проницаемост и второ, формулата за смятане на индуктивността е коректна в някакви граници, щото след навлизане в зоната на насищане токът расте  приблизително линейно(апроксимирано), така че грешката не е голяма. Работната точка на шунтовата сърцевина, зададена от ПМ трябва да е малко или повече вдясно от максималната магнитна проницаемост по кривата, като управляващите намотки я довеждат до дълбоко насищане(що ли го пиша това). Доказателството е реалната работа на моя комутатор със същата Е-сърцевина и намотки при пиков управляващ ток около 8а. За енергиите не ми се говори, вижда се от съответните площи върху кривата на изменение на проницаемостта. А МУ работят благодарение на специалните си сърцевини, обратните връзки и енергията на външното захранване. Ако беше различно досега отдавна да е направено СЕ устройство на тази база.

Ако някъде греша, бих приел корекциите с удоволствие, но засега не виждам убедителни доказателства. Чудеса няма, както казва и авторът на ИНКОМП.

Поздрави...

[vitan]

Навремето, когато имахме индустрия се пишеха хубави книги за проектиране. Днес открих, че съм имал една яка такава и се сетих да напомня нещо тук:

Ако има въздушна междина, има много по-голяма линейност на кривата (компенсира се с повече намотки). За голямо dI/dt мисля това е полезно... Ако "гърбицата" е голяма, няма мегдан за такива скорости.

Може да е споменавано преди тук, но не се сещам.

[varvarin]

Оказа се, че когато импулсите са в размагнитваща посока (спрямо постояннотоковото подмагнитване, което включвам след като стартирам импулсите) имаме намаляване на входния ток и усилване на изходния (при товара).

Аз мисля че колегата Иван много добре е обяснил за какво иде реч - в действителност се получава точно така. По принцип не съм съвсем съгласен с идеята да размагнитим напълно, трябва по добре да се обмисли този вариант. За формулите за индуктивност няма какво да спорим, аз писах че е възможно да се определи по участъци но в случая няма за какво да се задълбочаваме толкова много около нейните стойности. Енергията зависи от площта заградена от ВН кривата а не от u=f(H). И пак отново от фигура 15.4 може да се види че отдясно площта е доста по малко отколкото отляво. И най накрая getca, бих се съгласил с предложението за работна точка, ако ми обясниш как така когато магнита е докарал шунта до положение малко вдясно от максимална мю ти ще го докараш с намотките до дълбоко насищане и едновременно ще отклониш потока? За да продължиш с насищането трябва да приложиш поле със същата посока като на магнита. В този случай обаче няма да получиш отклонение на потока, би трябвало да си го забелязал. А при работа на шунта с кръгов поток (свързване НК-КН) винаги едната намотка създава поле с посока противоположна на магнита и именно тя върши работата за отклонение, останалата половина може да се каже че е пасивна по отношение на този процес. Ако опиташ да отклониш потока с тази пасивната само няма да успееш даже и да я стопиш, трябва да и смениш поляритета. Оттука идва моята идея че магнита трябва да доведе нещата до ниски стойности на мю а намотката да бие срещу него. И ако се замислим че състоянието на сърцевината е суперпозиция на 2 потока то мю=1 се отнася за потоци чиито магнитовъзбудителни напрежения са по ниски от това на този в наситената сърцевина. Целта е да се получи режим при който двата потока да си разменят местата ако мога така да кажа - веднъж магнита насища шунта, веднъж намотката без да се променя съществено потока в шунта. Това е малко идеализирано на практика това става само в едното рамо.

Поздрави!

[mi68]

Уточнявам:
Енергията на кондензатор е Е=0,5*С*U^2
Енергията на бобина е E=0,5*L*I^2
Енергията на магнитно поле е E=0,5*мю*H^2
Грешката идва ако се вземе за числена стойност на мю=1. Единица е относителна стойност. От магнитостатиката е извесна реалната стойност - 10^-7. Обикновенно в електродинамиката се ползва 4*pi*10^-7=1,26*10^-6
Извесна е зависимоста В=мю.Н . В в системата СИ се измерва в Тесли, а Н се мери в А/м в СГС Н е в Оерщреди.
Важен извод е магнитното поле се усилва от желязото. Задачата на колегите работещи по КМП да се изменя мю в нелинен режим. Тъй като магнетизма на стоманата се губи при удар (механично огъване ) то имам идея, че трябва двоен резонас механичен и електромагнитен най-вероятно в октавна (параметрична ) зависимост, за голямо изменение на мю.

[Петър]

Навремето, когато имахме индустрия се пишеха хубави книги за проектиране. Днес открих, че съм имал една яка такава и се сетих да напомня нещо тук:

Ако има въздушна междина, има много по-голяма линейност на кривата (компенсира се с повече намотки). За голямо dI/dt мисля това е полезно... Ако "гърбицата" е голяма, няма мегдан за такива скорости.

Може да е споменавано преди тук, но не се сещам.

Книгата е "Пълни електротехнически изчисления за практиката"  от инж. Томаш Хайах ; инж. Хуберт Мелузин ; Йозеф Бернат, Техника  София, 1969

[varvarin]

Някои автори (Стефан Маринов например) записват закона за електромагнитната индукция E=-dA/dt. Тъй като съществува връзка между магнитен потенциал и магнитна индукция B=rot(A) то двата записа са еквивалентни. Съществуват факти които навеждат на мисълта, че не точно изменението на магнитния поток е причина за индуцирането на ЕДН във намотките. Например в добре направен тороидален трансформатор около магнитопровода не се регистрира никакво магнитно поле (освен ако не се насити). Въпреки това около магнитопровода има електрическо поле. Следва извода че нещо става в пространството около магнитопровода което всъщност е причината за индукция на ЕДН. Има и друг експеримент правен на квантово ниво не му помня името. Там е установено че затворен в магнитопровод магнитен поток който няма никакво разсейване навън въздейства върху траекторията на прелитащи в близост електрони. Електромагнитната индукция съществува в повече от 2 форми. Стефан Маринов разглежда 4 вида електрически интензитет като трансформаторната разделя на 2 вида. Според неговите изследвания не е едно и също проводник да се движи спрямо неподвижен магнит и магнит да се движи спряммо неподвижен проводник. За справки - Divine electromagnetism 70 стр.

Поздрави!

[Иван Димов]

   В посочената от Петър книга на стр.446 има печатна грешка - във формулата за индуктивността L липсва едно w^2, а на стр.257 се вижда, че при намагнитване В=1Т, във въздушната междина магнитният интензитет Н = 8 000 А/см, което е 800 000 А/м. Това потвърждава моето твърдение за еквивалентността на 1Т с 800 000 А/м.

[vitan]

@Петър, нямах предвид онази книга, но и тя може да е добра.

Имах предвид: Конструиране и технология на РЕА, Техника, 4-преработено и допълнено издание.

[mi68]

Много формули без практичен резултат- количествени сметки тип математка без сериозна физическа логика. В=мю нула.Н  то 1Т= 800 000А/м се има предвид за въздух. Е-интензитет на електрично поле и В-магнитна индукция са реални полета, а D-електрична индукция и Н-интензитет на магнитно поле са изчислителни (спомагателни) полета. Полето Н се изобразява като отворено по аналогията с Е. Проблема е в преобразуването. Магнитното поле е затворено (вихрово) и В се изобразява със затворени линии подобни на буква Ф, електричното е отворено. От тук следва, че въшно полетата си приличат-еднаква структура, а  вътрешно се различават-противотоложна структура. Като се вземе предвид, че са на 90 градуса изместени то трябва да се мисли как може да се инвертират.
Параметрично енергия може да се изкара от земното магнитно поле чрез индуктивност. Нз=16А/м,  Вз=30мкТ зависи от месни и географски фактори. То трябва в мегахерци да се изменя индуктивноста (може и да бъркам,ще го сметна) да имаме практически волтаж. Ако се ползва положителна обратна връзка честотата може рязко да се намали и да се работи с големи индуктивности просто правя сметки и мисля.

[mi68]

Е=-dФ/dt=-dN/dt=-(L.dI/dt+I.dL/dt)  при L-const  получаваме познатата формула E=-L.dI/dt . N-брой силови линии; Ф-поток. L-константа значи форма, размер и магнитна проницаемост на средата са неизменни. Обикновенно се променя проницаемоста на средата мю и трябва да се ползва пълната формула при КМП. Тук е място да направим аналогия с електростатични машини. Генератор на Ванден граф работи по формулата:Е=1/С.dq/dt q e заряд, С е капацитет. Електростатична машина тип"Уимшърст" работи като се изменя капацитета и заряда Е=(dq/dt.C+Q/dt.dC). Последните две формули съм ги написал аз и възможно е да има грешка с капацитета С. Като обобщение капацитета реагира на скороста на заряда Q, а индуктивноста на ускорението на заряда. I=Q/t е скорост на заряда, при I=const индуктивност и самоиндукция липсва това го напомням.

[getca]

Понеже темата е озаглавена "Експерименти..." ще се опитам да поразсъждавам върху мои минали опити, като прикачвам осцилограми на управлението и изхода, че гледам само теория и формули напоследък. Магнитната схема е еднотактна с шунтиране на потока на ПМ. Сърцевината на шунта е Е 6х11, u=2600, постановката е описана някъде назад в темата.

Какви изводи могат да се направят от осцилограмите на токовете и напреженията:
 
1. На изхода има два симетрични, относно нулевата линия пика на индуцираното напрежение, вероятно при навлизането и отдръпването на потока на ПМ, което говори за успешна комутация на потока на ПМ. Но има и трети пик (подобен на първия изходен), който не се обяснява със стандартните методи и прилича на пик от запасена енергия в индуктивност (като при обратните преобразуватели).
Възникване на първите 2 пика: http://www.youtube.com/watch?v=hajIIGHPeuU&feature=related

2. Ако се съди по изходните пикове на напрежение за комутацията на магнитния поток, то той се отклонява ефективно при максимален управляващ ток около 8а, което значи доближаване на зоната на дълбоко насищане на сърцевината на шунта или нейната минимална проницаемост, справка: http://mazeto.net/index.php?topic=685.msg25942#msg25942
 
3. Потокът на ПМ пътува към изхода 5.5мкс и се връща за още толкова, което е съизмеримо с времето на управляващия импулс 6.5мкс. Вероятно времето за пътешествие на потока е свързано с крайната скорост на зъвртане на магнитните домени в основната и шунтовата сърцевини;

4. Формата на изходното напрежение говори за нелинейността на процесите или потвърждава насищането на комутиращата сърцевина;

5. По време на управляващия импулс има трансформаторно прехвърляне на енергия на изхода, което не значи комутация на магнитния поток. Може да се избегне с подходяща схемотехника

Останалото за фазата на изходния ток и реакцията на товара сме го дъвкали многократно, който желае може да чете назад в темата.

[varvarin]

- Ако се съди по изходните пикове на напрежение за комутацията на магнитния поток, то той се отклонява ефективно при максимален управляващ ток около 8а, което значи доближаване на зоната на дълбоко насищане на сърцевината на шунта или нейната минимална проницаемост...

Да, така мисля и аз доближаваме максимално ниска проницаемост но не продължаваме по нататък защото няма смисъл. При показаната осцилограма има леко подминаване на границата, затова положителния и отрицателния пик на изхода леко се разминават по време. Ако се упорства повече съм наблюдавал как застават на голям времеинтервал един от друг и през този времеинтервал намотката се пържи излишно.

Сега предлагам за размисъл това което бях обещал преди няколко поста - влиянието на магнитите върху управляващия ток. Постановката е от силициева ламарина изцяло, сечението на шунта е около 12 кв.см, а на основния магнитопровод 25 кв.см въздушна междина 1.5мм. Направените измервания са при кръгов поток в шунта или свързване НК-КН на двете шунтови намотки. Захранване - 220в от мрежата, управление с тиристор. Ъгъла на отпушване на тиристора не е променян само се вадят и слагат магнити.

Приложените осцилограми са:
Current_No_Magnet.jpg - ток през шунта без никакви магнити;
Current_3_Magnets.jpg - ток през шунта с един стълб от 3 магнита;
Current_6_Magnets.jpg - ток през шунта с два стълба от 3 магнита;
Current_9_Magnets.jpg - ток през шунта с три стълба от 3 магнита;
Current_12_Magnets.jpg - ток през шунта с четири стълба от 3 магнита;

Current_14_magnets_adj.jpg ток през шунта с четири стълба от 3 магнита и един стълб от 2 магнита, като продължителността на импулса е настроена така че да се доближава зоната на дълбоко насищане, без да се подминава;
Without_14_magnets.jpg ток през шунта след като се извадят всичките 14 магнита без да се мени нищо друго.

В първата серия осцилограми се вижда как амплитудата на тока намалява с добавяне на магнитите и се увеличава продължителността на импулса на тока. Във втората се вижда обратното - с премахване на магнитите се увеличава амплитудата на тока и се намалява продължителността на импулса. Въпросът ми е къде е работната точка според вас? И какво става с индуктивността. На пръв поглед добавянето на магнити в случая увеличава индуктивността - намалява скоростта на нарастване на тока и се увеличава продължителността на импулса. Ако някой иска да бъде по прецизен стойността на резистора върху който е мерен пада е 0,1 ом, усилването на скопа по Y е 0,1в/дел а хоризонталната развивка е на 5мс/дел. Тиристора се отпушва при напрежение около 250в в спадащия фронт на синуса. Мерено по ватмер добавянето на първите три стълба намалява консумацията, следващите я завишават но не достига първоначална стойност. Според мене си имаме работа с излизане от насищане вследствие действие полето на магнита срещу част от намотката на шунта и работа по десния (спадащ) склон на кривата на магнитната проницаемост. Все още не съм изработил изходната намотка. Като това стане ще насложа върху тока изходното напрежение в различни режими за да се изяснят повечко нещата и да има още идеи.

Поздрави!

[getca]

Здравейте, много неща се писаха и дъвкаха, та и цели теории се развиха за КМП. Затова с прикачената картинка ще внеса и аз моя дял чрез опит за анализ на подмагнитена сърцевина, работеща в режим на дълбоко насищане с цел максимално магнитно съпротивление или минимална магнитна проницаемост. Разгледани са случаите на еднопосочни и противопосочни магнитни потоци на управляващата намотка (УН) и постоянния магнит/и(ПМ). Тъй като шунтът работи в областта на насищане на сърцевината, меродавен е векторът на напрегнатостта или силата на полето Н. Предполага се, че шунтът не участвува във външна магнитна верига и в сърцевината се сумират само векторите на ПМ и УН. Раб.т.1 се задава от подмагнитването на ПМ, а Раб.т.2 се достига след управляващия импулс, като съм визирал приблизително средата на областта с дълбоко насищане. Мисля, че нещата са ясни още от пръв поглед, макар че при реална работа с комутация на потока от ПМ ситуацията е различна, защото се появява реакцията на товара, а векторът на ПМ се пренасочва на изхода. Векторите на УН са дублирани за да се види какво става в двете рамена на шунт с кръгов поток и еднакви намотки.
Е, следват коментари, предполагам...

[varvarin]

Аз съм напълно солидарен с изложените картинки но имам някои въпроси.
  Първи: Как със показаната работна точка ще се получи намаляване на управляващия ток при поставяне на магнита? Нещо което съм показал ясно че се получава на практика.
  Втори: В този сличай който е показан за какъв режим на работа на шунта става дума? Кръгов или Паралелен? Защото има голяма разлика.
 Освен това искам да подчертая че шунта е разклонена верига и в кръгов режим в двете рамена стават съвсем различни неща. Другото е че при противоположни вектори на магнита и намотката не се има предвид преминаване в другия квадрант - това променя коренно нещата.
И пак ще кажа че тези графики за разбиране на процеса са дадени само за едно магнитовъзбудително напрежение. Когато казваме че един магнитопровод е наситен се има предвид че всички домени са ориентирани по възбудителното напрежение F1. Ако обаче в магнитната верига има друг източник на магнитовъзбудително напрежение F2 (както в нашия случай) то за него магнитопровода е наситен само ако напреженията са със еднакъв знак или ако F2<F1. В противен случай домените се преориентират по F2. Така че не ми се вижда толкова просто определянето на работната точка на ИНКОМП хоп на графиката и готово. Освен това с товара нещата се променят и работната точка според мен се мени. Показаните осцилограми са без товар и резонанси само шунта в полето на магнита. Поставянето на магнитите води до намаляване на тока ако сме избрали работна точка в дясно. Ако е вляво от максимума тока се увеличава - това за шунт с кръгов поток. При другия зависи от взаимната посока на магнита и намотката. Не мога да получа такова голямо спадане на тока както описва Валери - от 16 на 3 ампера на празен ход (опит с кръгов поток в шунта). Това ме навежда на мисълта че има и нещо в управлението. Все още не ми е готова изходната намотка. Като я направя ще добавя и още магнити.

Поздрави!