Jak obliczyć indukcję magnetyczną w szczelinie toroidalnego rdzenia PC40 9x5x4mm?

Thu Dec 08, 2016 8:28 pm   

Jest sobie rdzeń toroidalny z materiału PC40 (mi=2300)
o wymiarach 9x5x4mm, co daje średnią długość drogi
magnetycznej = 22 milimetry. W rdzeniu wyciąłem szczelinę
o długości 1,5mm i umieściłem w niej hallotron TLE405L.
Do jego włączenia potrzeba max. 19mT. W praktyce następuje
to dopiero przy aż ~20 amperozwojach, a spodziewałem się,
że stanie się to przy sile magnetomotorycznej jakieś dwa
rzędy mniejszej. Założyłem, że praktycznie całe B odłoży
się w szczelinie, ale najwyraźniej tak nie jest. Więc jak
to się poprawnie liczy?

Pozdrawiam, Piotr

Thu Dec 08, 2016 11:07 pm   

On 08.12.2016 20:28, Piotr Wyderski wrote:

TLE405L datasheet - dwa wyniki w google. Hmm ;-)

Nie czasem TLE4905L?




Hmm, jakby nie liczyć, 20A*mi_0/1.5mm to niecałe 17mT
http://www.wolframalpha.com/input/?i=20A+*+(1+vacuum+permeability)+%2F+1.5mm

Mniej niż maksymalna. Może z rozpędu wpisałeś
2pi*10^7 a nie 4pi*10^7 H/m jako przenikalność magnetyczną
próżni?

A co do wpływu rdzenia, to w kontekście wytworzonego
B dodaje on długość równą dlugości
magnetowodu / przenikalność względna materiału.

Trzeba się cofnąć do Maxwella.

Siła magnetomotoryczna rozkłada się na H wzdłuż
(dowolnej) krzywej:

Krazenie H = I*n

H leci przez L = 22mm magnetowodzie
i l = 1.5mm w szczelinie.

H_s l + H_m L = In

Teraz zaminiamy na B. B = mi_r mi_0 H

B/(mi_0 mi_r) l + B/mi_0 L = I*n

B = I*n mi0 / ( L/mi_r + l )

( L/mi_r + l ) robi za efektywną długość, na
której ma powstać pole.

22mm/2300 =~ 1/100 mm = 10um, poprawka
pomijalna, więc intuicję, że wszytko w powietrzu,
miałeś dobrą.
O ile przy tym natężeniu ma te mu_r=2300, w ferromegnetykach
ona dość szybko spada wraz z polem.

pzdr
bartekltg

Fri Dec 09, 2016 12:19 am   

Hello Piotr,

Thursday, December 8, 2016, 8:28:53 PM, you wrote:


Amperozwoje podzielone przez długość drogi magnetycznej przeliczają się
na natężenie pola magnetycznego (H) a indukcja (B) jest proporcjonalna
do natężenia pola oraz przenikalności efektywnej całego obwodu
magnetycznego. Dodając szczelinę radykalnie zmniejszyłeś przenikalność
a co za tym idzie - indukcję. O dwa rzędy wielkości zapewne.

--
Best regards,
RoMan
Nowa strona: http://www.elektronika.squadack.com (w budowie!)

Fri Dec 09, 2016 8:54 am   

bartekltg wrote:


Oczywiście, literówka. Najbardziej typowy typowiec.


Nie, Bartku, gorzej. Przyjąłem przenikalność szczeliny
równą przenikalności ferrytu. Nie umiem wyjaśnić, dlaczego.
Chyba bardzo późno musiało być. A potem było wielkie dziwowanie... :-/

Twoja teoria znakomicie zgadza się z moją praktyką. Niestety,
ze skutkiem śmiertelnym dla pomysłu, którym miał być niezniszczalny
izolator galwaniczny dla bardzo wysokich napięć.


Jako zakres pracy liniowej dla dzisiejszych ferrytów przyjmuje
się w praktyce ~200mT (nasycenie mają przy 400..600mT), więc to
nie tu jest problem. Nieco sobie "poprawiłem" przenikalność powietrza.

Bardzo dziękuję za odpowiedź Twoją i Romana, to całkowicie
wyczerpuje temat.

Pozdrawiam, Piotr

Fri Dec 09, 2016 4:31 pm   

Użytkownik "RoMan Mandziejewicz" napisał w wiadomości grup
dyskusyjnych:292803462.20161209001942@pik-net.pl.invalid...
Hello Piotr,

Otoz to. Te 22mm/2300 odpowiadaja ~0.01mm w powietrzu.
Mamy wiec drogi magnetycznej w powietrzu 1.51mm,
co przy 20Azw daje ~13kA/m.
Co w powietrzu daje 16.6mT ... czyli praktyka sie prawie zgadza z
teoria :-)

Z efektow dodatkowych:
-w szczelinie strumien ulega poszerzeniu ... ale to akurat rachunkow
nie zmieni, tylko strumien w rdzeniu bedzie nieco wyzszy niz
zmierzony,
-czesc strumienia zamknie sie "po cieciwie" rdzenia, omijajac
szczeline.

Choc tak mysle nad tym 2, mysle ... smiesznie te linie pola musza
wygladac ...

J.











--
Best regards,
RoMan
Nowa strona: http://www.elektronika.squadack.com (w budowie!)

Fri Dec 09, 2016 6:11 pm   

za co dziękujesz romanowi???

Fri Dec 09, 2016 9:52 pm   

On 09.12.2016 08:54, Piotr Wyderski wrote:

A, dwa rzędy, nie dwa razy:)



Duuużo cieńkiego drutu? ;>
pzdr
bartekltg

Sat Dec 10, 2016 9:47 pm   

bartekltg wrote:


Dla interesującego mnie prądu (max. 10mA) daje to jedyne
2000 zwojów, docelowo na rdzeniu 6x3x3mm. Chciałbym to
zobaczyć. :-)

Rozwiązanie jest zdecydowanie martwe.

"Anielski orszak niech mój pomysł przyjmie,
Uniesie z ziemi ku wyżynom nieba..."

Pozdrawiam, Piotr

Mon Dec 12, 2016 1:50 am   

Dnia Sat, 10 Dec 2016 21:47:53 +0100, Piotr Wyderski napisał(a):

Dac drut 0.01 mm ... tylko jak tym nawinac :-)


Piotrze - ale wlasciwy hallotron jest bardzo cienki, im cienszy, tym
lepszy. 15um starczy ... tylko jak je zrobic, nie majac fabrycznego
laboratorium ?

A poza tym co to izolacja, gdy mamy milimetrowe wymiary - metr
swiatlowodu to jest izolator, choc i tak mierny - lepsze 10m.

A nie ma czulszych ?
Chodzi mi po glowie projekt, w ktorym sie zblizalo czujnik do przewodu
.... z odpowiednim rdzeniem bylby czulszy

KMZ10 ma 0.5kA/m maksimum, a do kompasow sa chyba jeszcze czulsze.


J.

Mon Dec 12, 2016 2:04 am   

On 10.12.2016 21:47, Piotr Wyderski wrote:

Przyłądze się do pytanie J.F.: miało być lepsze
niż optoizolacja?

pzdr
bartekltg

Mon Dec 12, 2016 6:54 pm   

Dnia Mon, 12 Dec 2016 01:50:02 +0100, J.F. napisał(a):


Izolacja izolacji nierówna. Ta w kablach 110kV to raptem kilkadziesiąt
mm polietylenu, a wytrzymuje dużo
--
Pozdrawiam Bad Worm badworm[maupa]post{kropek}pl
GG#2400455 ICQ#320399066

Mon Dec 12, 2016 10:42 pm   

J.F. wrote:


Zacznijmy od tego, do czego to ma służyć. A służyć ma
do zastąpienia optoizolatora przekazującego wolnozmienne
sygnały binarne w celu zapewnienia znacznie większej
trwałości i odporności na surge. W porównaniu do półprzewodników
cewka jest nie do zajechania, zwłaszcza w kontekście przeciążalności
krótkotrwałej. Do tego jest sprzężona z hallotronem niemal
wyłącznie magnetycznie, bo pojemność wzajemna jest zaniedbywalna.
Tylko w celu zapewnienia właściwej izolacji obu układów i ochrony
cewki przed samą sobą uzwojenie trzeba nawinąć drutem w potrójnej
izolacji. Wg dokumentacji przebicie następuje przy ~6-15kV,
w zależności od producenta, co zdecydowanie wystarcza. Widziałeś
kiedyś taki drut? Wygląda jak sprężysta żyłka średnicy 0,5mm
i podobnie wygodnie sie tym nawija. Do pierwszego wyśliźnięcia się
drutu z palców, potem możesz zacząć nawijanie od początku. To
nie jest drut DNE, który jak przyciśniesz, tak leży. Jak na rdzeniu
6x3mm zrobisz tym 40 zwojów, to będziesz mistrzem. Można to swobodnie
przyjąć za ograniczenie górne. Skoro ma być trwale, to nie wolno użyć
żadnych złożonych układów elektronicznych do przetwarzania sygnału,
bo z dodaniem każdego elementu niezawodność spada. Na szczęście są
gotowe hallotrony z wyjściem cyfrowym. 1 element, prościej się nie da.
Do tego miewają zakres napięć zasilania 3-28V, co dodatkowo upraszcza
układ, bo nie potrzebujesz stabilizatora szeregowego, tylko równoległy
transil na wypadek surge po stronie zasilania. Tylko czułość mają haniebną.
No i przy takich ograniczeniach działamy, a właściwie wraz z rachunkami
Bartka przestaliśmy działać...


Parafrazując klasyka, zapewne przy użyciu domowej maszyny do epitaksji
z wiązek molekularnych, do nabycia w każdym sklepie z osprzętem do
półprzewodników. A 15-mikrometrową szczelinę w rdzeniu ferrytowym
z łatwością wykonamy przy użyciu kieszonkowej trawiarki plazmowej
i imadła.

Może jednak porozmawiajmy poważnie... :-)


"Transoptorowa" izolacja na 3,75kV spokojnie mi wystarcza. O ile
w tym zakresie będzie niezniszczalna.

Ale jak ktoś ma dziwne potrzeby, to pomysł jest dobry i znakomicie
nadają się do niego tanie jak barszcz osprzęty do TOSLINK. Na 6 metrach
plastykowego światłowodu powinno wytrzymac megawolty. Ale to nie
ten przypadek.


Nie ma. Najczulsze hallotrony z wyjściem cyfrowym możliwe do nabycia
w detalu mają czułość 2mT i w pdf-ie są nazywane "ultra-sensitive".
A przy takiej konstrukcji 20mT i 2mT żadnej różnicy nie robi, uzwojenie
i się jednakowo nie zmieści. Dopiero ~300uT byłoby sensowne, ale takich
w handlu nie ma.


Owszem, ale to są czujniki analogowe, do których trzeba dorobić
wzmacniacz i komparator. W porównaniu z gotowym trójkońcówkowym
cyfrowym hallotronem unipolarnym znów wychodzi Rube Goldberg.
I to razy, np., 60 kanałów.

Pozdrawiam, Piotr

Mon Dec 12, 2016 10:47 pm   

bartekltg wrote:


Trwalsze (grube dekady!) i tańsze przy wykonaniu wielokanałowym. Tylko
jeden element półprzewodnikowy, w odróżnieniu od elementów fotonicznych
praktycznie niepodlegający zużyciu, a przy tym całkowicie odseparowany
od prądów płynących w obwodzie izolowanym. Miejsca na płytce zajmie
podobną lub nawet mniejszą ilość, bo konstrukcja jest 3D.

Z tego punktu widzenia transoptor to jest zwykła dioda IR LED, która
traci emisyjność na skutek kumulowania defektów w strukturze. Oprócz
tego pozostaje sprawa układu, do którego ten LED jest podpięty. To
może byc wtórnik emiterowy, a może być 2x50 metrów kabla. W tym drugim
przypadku życie zaczyna być naprawdę wesołe. Prąd z konieczności płynie
przez diodę, a jaki to będzie prąd i w którą stronę, tego nikt nie wie.
Przy polaryzacji zaporowej przebicie i uszkodzenie LEDa może nastąpić
już przy kilku woltach. Trzeba dać albo transoptor AC, z symetryczną
parą LEDów, albo dodać z zewnątrz diodę o polaryzacji przeciwnej do LED.
To już 2 elementy. Przy solidnym EMP oporniczek ograniczający prąd albo
wyparuje, albo dozna zwarcia, albo wytrzyma, ale i tak nic nie ograniczy,
bo jest policzony na 12V, a nie na 3kV. Połączenie jest szeregowe, więc
stosowny prąd zobaczy i dioda, promiennie kończąc żywot. Trzeba dobezpieczać
dalej. Dla surge level 4 stosownie będzie dodać równolegle z przewodami
i przed opornikiem rurkę wyładowczą GDT w celu skanalizowania większości
energii impulsu, za nią szeregowo TBU (czyli zasadniczo 2 MOSFETy zubożone
i połączone w topologii ogranicznika prądu AC) celem ograniczenia prądu,
który przedarł się przez GDT, a za tym jeszcze transil jednokierunkowy.
Razem 6 elementów, w tym kilka stosunkowo drogich. Skuteczne, ale
skończylismy z dziełem godnym Rube Goldberga.

A teraz spróbuj ubić cewę.
Dla prądów wolnozmiennych stanowi zwarcie w obwodzie, więc za darmo
rozwiązuje kwestię odporności na elektrostatykę, a na EMP są bardzo
porządne druty. Trwałe uszkodzenie cewki to stopienie drutu, a do tego
paru dżuli trzeba. Sądzę też, że nawet ewentualne przebicie izolacji
drutu nie będzie większym problemem, bo napięcia pracy w stanie ustalonym
są za niskie, by istotny prąd popłynął nawet przez izolację zwęgloną.

Ale to można zrobic i bez hallotronu, tylko trzeba mieć źródło napięcia
w.cz. Wzmiankowany rdzeń (bez szczeliny) zauważalnie nasyca się już przy
1Az, a przy 1,4Az nawet Stevie Wonder z latwością dostrzeże różnicę.
Zaleta więc jest taka, że przy solidnym prądowym surge rdzeń się łatwo
nasyci i cewka "zniknie" z obwodu, wada: pojawi się pojemnościwe sprzężenie
uzwojeń i surge o stromych zboczach przejdzie tędy, a nie przez akcję
transformatorową.


Pozdrawiam, Piotr

Mon Dec 12, 2016 11:38 pm   

Hello Piotr,

Monday, December 12, 2016, 10:42:55 PM, you wrote:

[...]


Masz transoptory do 13.9 kV:
http://www.tme.eu/pl/katalog/#search=cny6&s_field=accuracy&s_order=DESC

[...]

--
Best regards,
RoMan
Nowa strona: http://www.elektronika.squadack.com (w budowie!)

Tue Dec 13, 2016 10:13 am   

RoMan Mandziejewicz wrote:


Zapewne znajdę i większe, zwłaszcza do potrzeb medycznych, ale
tego nie potrzebuję. Potrzebuję za to bezawaryjności, stąd całe zamieszanie.

Pozdrawiam, Piotr