Champ magnétique saturant dans une inductance sans chauffage

Vivek Subramanian

Champ magnétique saturant dans une inductance sans chauffage


Je construis un circuit série RL avec une inductance toroïdale que j’enroule moi-même. Le tore est en acier (à faible teneur en carbone, je crois, mais pas sûr à 100%) et a environ 280 tours de fil de calibre 22. Le diamètre intérieur du tore est de 4,25 pouces et le diamètre extérieur est d’environ 5,25 pouces. La résistance est de 0,6 ohms. Le circuit est schématisé ci-dessous.

schématique

simuler ce circuit – Schéma créé à l’aide de CircuitLab

Je sais que selon les équations de Maxwell ,

B = μ ( H + M )

B = μ ( H + M )

B est la densité de flux magnétique en Teslas,

μ

est la perméabilité du matériau, H est la force du champ magnétique en Henries / mètre et M est l’aimantation du matériau en Henries / mètre. Notez que

μ = μ 0 μ r

μ = μ 0 μ r

μ 0

est la perméabilité de l’espace libre et

μ r

est la perméabilité relative de l’acier, que je considère être d’environ 1000 à DC. Je sais également que, dans les matériaux ferromagnétiques, la perméabilité est fonction de la fréquence du signal d’entrée ainsi que de l’amplitude de H ( lien 1 , lien 2 ).

Quelques questions:

  1. Comment puis-je calculer / déterminer expérimentalement la tension / le courant minimum avec lesquels j’ai besoin de piloter le circuit afin de saturer la densité de flux magnétique à l’intérieur du tore? Je veux pouvoir faire passer un signal alternatif (<100 Hz) à travers mon circuit pendant plusieurs minutes de sorte que le champ magnétique atteigne la saturation mais sans provoquer une surchauffe du circuit.
  2. Est-il possible d’appliquer une tension / un courant si élevé que la perméabilité relative diminue à 1? Si oui, cela signifie-t-il qu’à des tensions très élevées, le champ ne saturerait pas car la perméabilité est trop faible?
Sparky256

Parlez-vous d’acier au silicium, utilisé dans les transformateurs, ou tout simplement d’acier ordinaire?

Vivek Subramanian

Juste de l’acier ordinaire! Je peux avoir les spécifications exactes pour vous demain matin (dans environ 13 heures).

Vivek Subramanian

Serait quelque chose comme ceci: mcmaster.com/#wire-rope-links/…

Sparky256

L’acier au silicium, normalement laminé avec de la laque dans les transformateurs, est très utilisé pour usiner ou même percer, mais il fait un fil très solide pour les ponts suspendus. S’il est facile de percer, c’est de l’acier à faible teneur en carbone 1018, ou quelque chose comme ça.

Sparky256

magnetic field reaches saturation but without causing the circuit to overheat C’est le trancher fin, avec des résultats contradictoires. Ce ne sont pas des événements exclusifs.

Réponses


 Martin Klingensmith

1.

J’ai fait un testeur d’inductance lorsque je concevais de grandes bobines pour une étape PFC de soudeuse à l’arc. Il était composé d’un grand condensateur = C1 qui se charge lentement à travers une résistance R1.

Un grand IGBT (représenté par un interrupteur, SW1) a été connecté de manière à s’allumer lorsqu’un bouton a été enfoncé. Cet IGBT connecterait le condensateur à l’inductance inconnue.

Un transformateur de courant (AM2) a été utilisé pour mesurer le courant à travers l’inductance et ce courant a été tracé sur un oscilloscope.

Comme nous le savons, l’équation pour une inductance est V = L * dI / dt où L est la valeur de l’inductance, V est la tension aux bornes de l’inductance et dI / dt est le taux de variation du courant à travers l’inductance. (Ignorant la résistance.)

schématique

simuler ce circuit – Schéma créé à l’aide de CircuitLab

Dans ce testeur, la tension est essentiellement constante – le condensateur est suffisamment grand pour qu’il ne se décharge pas sensiblement pendant le test.

Cela signifie que le produit de L * dI / dt doit être une constante. Mais comme vous le savez, l’inductance diminue lorsque le courant augmente dans une inductance.

Ceci est observé sur l’oscilloscope sous la forme d’une rampe linéaire L * (dI / dt) au début du test. Lorsque l’inductance descend, la pente du courant (dI / dt) augmente.

Le point où la pente de la ligne devient non linéaire est le point où l’inductance commence à saturer.

Vous pouvez mesurer la valeur de l’inductance en choisissant deux valeurs linéaires et en les insérant dans l’équation, L = V * dt / di.

2.

Je pense que vous définissez la saturation du cœur . Le noyau sera certainement saturé. Ce n’est pas la tension qui fait saturer le noyau. C’est le niveau de courant dans l’inductance, de façon analogue l’intensité du flux magnétique.

Henry Crun

Si vous avez une alimentation de banc avec suffisamment de courant pour saturer le noyau, cela fonctionne très bien en branchant simplement la fiche banane rapidement (pour SW1) et en ayant votre oscilloscope à travers la résistance des pinces pour détecter le courant de la série. Ayez une diode flyback à travers la bobine lorsque vous la débranchez – un tore de 5 « contient quelques joules et les alimentations récentes du CN ne sont pas si robustes.

Martin Klingensmith

@HenryCrun J’aime votre solution de compteur d’inductance. J’ai tendance à oublier les circuits de réacteurs saturables. Ils étaient beaucoup utilisés avant les transistors. (Et toujours utile aujourd’hui)


 Henry Crun

Voici une approche, basée sur l’ancienne technique de réactance variable contrôlée DC. Le but de cette technique est de vous permettre d’utiliser votre alimentation de banc DC pour saturer le noyau, tout en n’ayant besoin que d’une méthode CA de faible puissance pour mesurer l’inductance / réactance.

Mettez deux enroulements séparés et non superposés (avec le même nombre de tours) sur votre noyau. par exemple, chacun couvrant 1/4 ou la circonférence. Connectez-les anti-phase en série, à votre alimentation variable DC. Parce que ces deux enroulements sont anti-phase, le courant alternatif sera annulé. Étant donné que les deux enroulements sont des parties physiquement distinctes du noyau, le DC saturera la région du noyau sous l’enroulement (créant un espace virtuel).

entrez la description de l'image ici Vous n’avez besoin que de suffisamment de tours pour que votre courant continu puisse saturer le noyau. Si vous utilisez 5 tours sur chaque enroulement et que 10A sature le noyau, une bobine de 280 tours saturera à 5 * 10 / 280Amps

Maintenant, vous pouvez mettre un autre enroulement / s que vous utilisez pour mesurer le couplage inductance / réactance / transformateur AC. Vous pouvez mesurer l’inductance de cet enroulement avec n’importe quelle autre approche, par exemple l’inductance mètre. Cet enroulement AC n’a pas besoin d’un nombre de tours particulier, il doit juste être mesurable pour vous.

Vous augmenterez le courant continu de votre alimentation jusqu’à ce que l’inductance baisse de ce que vous définissez comme la saturation (par exemple à 1/2). Vous mesurez bien sûr un courant de saturation CC.

S’il s’agissait d’un courant alternatif pur, il atteindra un pic à 1,4 fois la valeur efficace. Vous pourriez donc dire que AC.sat.RMS = DC.sat / sqrt (2). c’est-à-dire si DCsat = 10A, AC = 7.1Arms. Cependant la saturation n’est pas un bord dur absolu: c’est à vous de définir la saturation qui est la limite. Lorsque vous utilisez le courant alternatif, la majeure partie de la forme d’onde est inférieure à la saturation, vous pouvez donc dire que 9Arms vous convient.

Vivek Subramanian

Merci, @Henry, mais pourriez-vous clarifier votre dernier paragraphe? Plus précisément, comment puis-je déterminer pour une fréquence CA donnée quel courant saturerait le cœur si mon signal d’entrée est CC?

 

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