Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Proszę, dodaj wyjątek dla www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

[Rozwiązano] Opór indukcyjny cewki w obwodzie prądu stałego

04 Lis 2019 15:24 531 33
  • Poziom 4  
    Witam buduje wyrzutnie elektromagnetyczną i potrzebuje zmierzyć lub/i obliczyć opór indukcyjny cewek. Mają być zasilane jednym impulsem prądu stałego o napięciu 400V, a opór samych cewek wynosi w okolicach 1 1.5 Ohm. W internecie nie mogłem znaleźć odpowiedniego wzoru gdyż wszystkie uwzględniają prąd zmienny.

    Z góry dziękuję za pomoc
    Pozdrawiam Jakub
  • Pomocny post
    Poziom 43  
    Android X napisał:
    obliczyć opór indukcyjny cewek
    Taki nie istnieje. Możesz obliczyć sobie stałą czasu złożona z pojemności kondensatora i rezystancji cewki, Ewentualnie częstotliwość takiego obwodu rezonansowego generującego drgania gasnące. Nawet możesz wyliczyć natężenie pola magnetycznego w tej cewce i jego maksimum, bo poszukujesz takiej informacji. Wzory są dostępne.
  • Poziom 4  
    A byłby ktoś tak miły podać wzory lub chociaż linki gdzie znajdę te wzory bo jestem ewidentnie ułomny i nie mogę znaleźć.
  • Pomocny post
    Specjalista elektronik
    Zmiana prądu podczas impulsu napięcia * indukcyjność = całka z impulsu napięcia. Powiedzmy, że napięcie rośnie liniowo od 0 do 400V przez 1ms, potem przez 1ms pozostaje stałe, na koniec maleje liniowo do 0 przez 2ms, cewka ma 20mH, początkowy prąd był 0; całka z napięcia będzie 1 V*s (z kolejnych odcinków 0.2, 0.4, 0.4), prąd dojdzie do 50A. A biorąc pod uwagę oporność cewki, nieco mniej.
  • Poziom 4  
    Dobrze już rozumiem i bardzo dziękuję za pomoc i poświęcony czas.
    Pozdrawiam Jakub

    Dodano po 36 [sekundy]:

    Zmiana prądu podczas impulsu napięcia * indukcyjność = całka z impulsu napięcia. Powiedzmy, że napięcie rośnie liniowo od 0 do 400V przez 1ms, potem przez 1ms pozostaje stałe, na koniec maleje liniowo do 0 przez 2ms, cewka ma 20mH, początkowy prąd był 0; całka z napięcia będzie 1 V*s (z kolejnych odcinków 0.2, 0.4, 0.4), prąd dojdzie do 50A. A biorąc pod uwagę oporność cewki, nieco mniej.
  • Poziom 4  
    Witam dzięki waszej pomocy rozwiązałem jeden problem, który jednak narodził kolejny. Gdyż jak już wspomniałem buduje wyrzutnie elektromagnetyczną i cewki mają być zasilane przez kondensatory 400V i 470uF, a sterowane przez tranzystory unipolarne 500V 20A (Naj mocniejsze jakie udało mi się zdobyć, lecz prąd który przepływał by przez nie wychodził by około 40A jak mógłbym go zmniejszyć. Rezystor przejąłby za dużo mocy i cewka by nie pracowała jak powinna.
    Z góry dziękuję za pomoc pozdrawiam Jakub
  • Specjalista elektronik
    Jeśli energia zmagazynowana w kondensatorze zostanie w całości przekazana do cewki, to (nie licząc strat) I^2*L=U^2*C (I,U to prąd i napięcie, L i C to indukcyjność i pojemność, po obu stronach '=' masz energię pomnożoną przez 2).
  • Poziom 43  
    Android X napisał:
    a sterowane przez tranzystory unipolarne 500V 20A
    Dlaczego nie przez tyrystory? Jeżeli nie zależy ci na kontroli czasu rozładowania kodensatora to polecam tyrystor dużej mocy.
    Czy budujesz wyrzutnię wielocewkową?
  • Poziom 4  
    vodiczka napisał:
    Android X napisał:
    a sterowane przez tranzystory unipolarne 500V 20A
    Dlaczego nie przez tyrystory? Jeżeli nie zależy ci na kontroli czasu rozładowania kodensatora to polecam tyrystor dużej mocy.
    Czy budujesz wyrzutnię wielocewkową?


    Tak na ta chwile na trzech cewkach, o ile tyrystor by bez problemu pasował do gorzej z jego wystrowaniem. Gdyż układ opiera się na fototranzystorach i tranzystorach wyłapujących przelot kulki/pocisku przez cewkę.

    Dodano po 3 [minuty]:

    _jta_ napisał:
    Jeśli energia zmagazynowana w kondensatorze zostanie w całości przekazana do cewki, to (nie licząc strat) I^2*L=U^2*C (I,U to prąd i napięcie, L i C to indukcyjność i pojemność, po obu stronach '=' masz energię pomnożoną przez 2).

    Wybacz za mój brak dedukcji ale nie potrafię dojść jak ma to pomoc w rozwiązaniu problemu.
  • Pomocny post
    Poziom 43  
    Android X napisał:
    opór samych cewek wynosi w okolicach 1 1.5 Ohm.
    To znaczy 11,5 Om ? Czy miernik na zwartych zaciskach pokazywał zero przed pomiarem?

    A jaką masz indukcyjność cewek?

    Android X napisał:
    Gdyż jak już wspomniałem buduje wyrzutnie elektromagnetyczną i cewki mają być zasilane przez kondensatory 400V i 470uF, a sterowane przez tranzystory unipolarne 500V 20A (Naj mocniejsze jakie udało mi się zdobyć, lecz prąd który przepływał by przez nie wychodził by około 40A jak mógłbym go zmniejszyć. Rezystor przejąłby za dużo mocy i cewka by nie pracowała jak powinna.
    Jakich kondensatorów użyłeś? Jaki konkretnie typ tranzystora? Tranzystory można łączyć równolegle, poza tym przy pracy impulsowej wytrzymują więcej niż przy ciągłej, wszystko zależy od czasu przepływu prądu.
    Można też znaleźć "mocniejsze" tranzystory, szczególnie wśród IGBT.
    Zmniejszyć prąd możesz tylko zmniejszając napięcie.

    Android X napisał:
    ile tyrystor by bez problemu pasował do gorzej z jego wystrowaniem. Gdyż układ opiera się na fototranzystorach i tranzystorach wyłapujących przelot kulki/pocisku przez cewkę.
    A na czym polega problem z wysterowaniem tyrystora, bo ja nie widzę żadnego, oczywiście prąd fototranzystora nie wystarczy do wysterowania bramki, ale przecież tego nie podłącza się bezpośrednio.

    Z tranzystorami jest taki problem że trzeba wiedzieć kiedy można wyłączyć tranzystor, jak wyłączysz go kiedy płynie prąd cewki to może zostać uszkodzony przepięciem. Poza tym w układzie cewki i kondensatora jeśli energia cewki nie zostanie całkowicie wykorzystana to może naładować kondensator z przeciwną polaryzacją, od czego kondensatory elektrolityczne się uszkadzają.
  • Pomocny post
    Specjalista elektronik
    Masz zależność między czterema parametrami - jeśli chcesz wpłynąć na któryś z nich, np. ograniczyć prąd, to trzeba zmienić któryś inny - np. zmniejszyć pojemność, czy zwiększyć indukcyjność.

    Ten wzór pomija oporności (cewki, i nie tylko) - jeśli suma oporności przekracza 10Ω, a na kondensatorze masz napięcie 400V, to prąd nie ma szans osiągnąć 40A.

    Nie wiem, jakie MOSFET-y stosujesz, ale typowe pozwalają na impuls prądu ze 4x większy od dopuszczalnego prądu stałego - dla którego z nich masz ograniczenia do 20A?

    Jak sterujesz cewkę tranzystorami, to możesz równolegle do cewki dać diodę, i po osiągnięciu maksymalnego prądu wyłączać tranzystory - wtedy prąd będzie płynąć poprzez tę diodę.

    A w ogóle wypadałoby określić, jaka zależność prądu od czasu jest potrzebna. Przy założeniu zerowych oporności (cewki, włączonego tranzystora, połączeń, ESR kondensatora) połączenie cewki z kondensatorem poprzez tranzystor daje odcinek sinusoidy: I=U*sqrt(C/L)*sin(t/sqrt(L*C)); od momentu wyłączenia tranzystora masz zanik według wzoru -L*dI/dt = UF+I*R, gdzie R to opór cewki, UF napięcie przewodzenia diody; dla I*R>>UF jest on prawie eksponencjalny zanik prądu ze stałą czasową L/R, dla I*R<<UF prawie stały, z szybkością UF/L.

    Jeśli suma oporów nie jest zaniedbywalna, to trzeba liczyć według układu równać: L*dI/dt + I*R = U; dU/dt = -I/C; z warunkami początkowymi np. dU/dt(0)=0; dI/dt(0)=U0/L; mam wrażenie, że rozwiązania mają postać I1*exp(κ1*t)+I2*exp(κ2*t), gdzie κ1,2=(R±√(R^2-4*L/C))/(2*L); o ile R nie jest bardzo duże, ten √ daje liczbę urojoną.
  • Poziom 4  
    jarek_lnx napisał:
    Android X napisał:
    opór samych cewek wynosi w okolicach 1 1.5 Ohm.
    To znaczy 11,5 Om ? Czy miernik na zwartych zaciskach pokazywał zero przed pomiarem?

    A jaką masz indukcyjność cewek?

    Jakich kondensatorów użyłeś? Jaki konkretnie typ tranzystora? Tranzystory można łączyć równolegle, poza tym przy pracy impulsowej wytrzymują więcej niż przy ciągłej, wszystko zależy od czasu przepływu prądu.
    Można też znaleźć "mocniejsze" tranzystory, szczególnie wśród IGBT.
    Zmniejszyć prąd możesz tylko zmniejszając napięcie.


    11.5 Ohm, ostatnio a teraz pokazuje 7-8 Ohm opór cewki, tak pokazał mniej więcej zero. Tranzystory
    IRFP460 : N MOSFET 500V/20A

    Dokładnie te:
    https://allegro.pl/oferta/tranzystor-irfp460-n-mosfet-500v-20a-8078353434

    Kondensatory 3 takie:
    Opór indukcyjny cewki w obwodzie prądu stałego

    Dziękuję za poświęcony czas i pozdrawiam Jakub
  • Specjalista elektronik
    Prąd w impulsie (1ms) około 70 A. Przy 10ms około 35 A. Kondensator będzie miał ładunek 188 mC, przy 40 A wystarczy na 4.7 ms - tyle ten tranzystor powinien wytrzymać, tylko trzeba go sterować napięciem z 10V (można większym, do 30V), i dać mu potem ostygnąć. A na ile długi impuls jest potrzebny? Jaka jest indukcyjność cewki?
  • Pomocny post
    Poziom 33  
    Jężeli planujesz zastosowanie kilku cewek to najlepiej zastosować i kilka kondensatorów i tyrystorów wyzwalanych w odpowiednich chwilach.
  • Poziom 4  
    _jta_ napisał:
    Prąd w impulsie (1ms) około 70 A. Przy 10ms około 35 A. Kondensator będzie miał ładunek 188 mC, przy 40 A wystarczy na 4.7 ms - tyle ten tranzystor powinien wytrzymać, tylko trzeba go sterować napięciem z 10V (można większym, do 30V), i dać mu potem ostygnąć. A na ile długi impuls jest potrzebny? Jaka jest indukcyjność cewki?


    Ciężko mi stwierdzić na ta chwile jaki długi ten impuls. Z chęcią bym poznał tą indukcyjność, nie mam możliwości w najbliższym czasie zmierzyć metodą techniczną, a miernika indukcyjnego nie posiadam.

    Tu schemat i z góry przepraszam za możliwe drobne niedokładności. Opór indukcyjny cewki w obwodzie prądu stałego

    I same cewki:
    Opór indukcyjny cewki w obwodzie prądu stałego

    Dziękuję za pomoc
    pozdrawiam serdecznie Jakub
  • Specjalista elektronik
    Android X napisał:
    Z chęcią bym poznał tą indukcyjność, nie mam możliwości w najbliższym czasie zmierzyć metodą techniczną, a miernika indukcyjnego nie posiadam.

    Można wyliczyć, są wzory - nawet w podręcznikach szkolnych (z fizyki do liceum/technikum) jakieś były (co prawda tylko dla długiej cewki, ale te bardzo krótkie nie są, można oszacować, tylko nie ze zdjęcia).

    Z czasem impulsu gorzej, zbyt wiele trzeba by brać pod uwagę, żeby dało się wyliczyć - istotny będzie materiał pocisku, kształt, wymiary...
  • Poziom 43  
    Czy kolega zbudował wcześniej wyrzutnię jednocewkową i eksperymentował metodą prób i błędów?
    Indukcyjność cewki będzie się zmieniać w trakcie wciągania pocisku (analogia do cewki powietrznej i do cewki z rdzeniem o tej samej licznie zwojów) więc długość impulsu obliczona ze wzorów nie będzie dokładnie odpowiadać faktycznej.
    Cewka o rezystancji 7-10Ω to moim zdaniem porażka. Tracisz znaczną część energii impulsu na podgrzanie uzwojenia a nie na wytworzenie siły wciągającej pocisk. Rezystancja powinna być w granicach 500-800mΩ.
  • Specjalista elektronik
    Jest jeszcze taka kwestia, że jeśli cewka będzie wciągać pocisk, to potrzebne będzie nagłe zniknięcie prądu, gdy pocisk będzie w środku - a to nie będzie łatwe.
  • Poziom 4  
    vodiczka napisał:
    Czy kolega zbudował wcześniej wyrzutnię jednocewkową i eksperymentował metodą prób i błędów?
    Indukcyjność cewki będzie się zmieniać w trakcie wciągania pocisku (analogia do cewki powietrznej i do cewki z rdzeniem o tej samej licznie zwojów) więc długość impulsu obliczona ze wzorów nie będzie dokładnie odpowiadać faktycznej.
    Cewka o rezystancji 7-10Ω to moim zdaniem porażka. Tracisz znaczną część energii impulsu na podgrzanie uzwojenia a nie na wytworzenie siły wciągającej pocisk. Rezystancja powinna być w granicach 500-800mΩ.


    1mm drut zmniejszyć powinien nagrzewanie a dla rozpędzenia metalowej kulki o średnicy ok. 3.5 cm potrzeba mocy. Budowałem mały prototyp jednak efekty były mierne z powodu słabej jakości drutu, gdyż mam ograniczone zasoby i ten lepszy zostawiłem do już gotowego projektu.

    Dodano po 1 [minuty]:

    _jta_ napisał:
    Jest jeszcze taka kwestia, że jeśli cewka będzie wciągać pocisk, to potrzebne będzie nagłe zniknięcie prądu, gdy pocisk będzie w środku - a to nie będzie łatwe.


    Gdybyś może spojrzał na dołączone zdjęcia to po pierwsze na schemacie jest rozrysowany układ sterujący. Po drugie patrząc na same cewki widać przerwę na diodę LED i fototranzystor.
  • Specjalista elektronik
    To jak to ma działać?

    Z jakiego metalu ma być ta kulka, co się z nią dzieje, gdy pojawi się pole magnetyczne? Prądy wirowe będą spowalniać wnikanie pola do kulki.
  • Poziom 43  
    Android X napisał:
    1mm drut zmniejszyć powinien nagrzewanie
    Kolego, czy znasz przekształcenia prawa Ohma i wzór P = R x I²
    Nieważne czy cewka została nawinięta drutem Φ1mm czy Φ2,5mm o stratach decyduje rezystancja cewki.
    Weź dla przykładu dwie oddzielne cewki o rezystancji 0,8Ω i o rezystancji 10Ω. Przez obie cewki przepuść impuls prądu o średniej wartości 20A.
    W pierwszym przypadku, moc tracona to 0,8 x 20² = 320W w drugim 10 x 20² = 4000W.
    Android X napisał:
    dla rozpędzenia metalowej kulki o średnicy ok. 3.5 cm potrzeba mocy
    Część tej mocy niepotrzebnie stracisz, stosując cewki o zbyt dużej rezystancji.
  • Poziom 4  
    vodiczka napisał:
    Android X napisał:
    1mm drut zmniejszyć powinien nagrzewanie
    Kolego, czy znasz przekształcenia prawa Ohma i wzór P = R x I²
    Nieważne czy cewka została nawinięta drutem Φ1mm czy Φ2,5mm o stratach decyduje rezystancja cewki.
    Weź dla przykładu dwie oddzielne cewki o rezystancji 0,8Ω i o rezystancji 10Ω. Przez obie cewki przepuść impuls prądu o średniej wartości 20A.
    W pierwszym przypadku, moc tracona to 0,8 x 20² = 320W w drugim 10 x 20² = 4000W.
    Android X napisał:
    dla rozpędzenia metalowej kulki o średnicy ok. 3.5 cm potrzeba mocy
    Część tej mocy niepotrzebnie stracisz, stosując cewki o zbyt dużej rezystancji.


    To drogi kolego w takim razie jakie modyfikacje/nowe cewki zalecasz?
    A co do materiału z jakiego są wykonane kulki to nie posiadam dokładnych informacji, lecz pole magnetyczne bardzo silnie na nią oddziałuje.
  • Specjalista elektronik
    W takim razie to jest ferromagnetyk - na inne materiały pole magnetyczne działa słabo. Metal i ferromagnetyk to może być żelazo, nikiel, kobalt... albo jakiś stop. Tylko pytanie, jaki taka kulka ma czas zaniku prądów wirowych (metal przewodzi prąd, więc mogą w nim powstawać prądy wirowe) - dlatego włączenie pola najpierw ją odepchnie, a potem przyciągnie do elektromagnesu - i nie wiemy, na jak długo odepchnie. Są ferromagnetyki twarde, które można trwale namagnesować, i miękkie, które magnesują się tylko na czas pobytu w polu magnetycznym.

    W każdym razie, jeśli nie wykorzysta się czasu, w którym pole będzie taką kulkę odpychać, to potem cewka będzie ją wciągać do środka - jeśli odpowiednio szybko nie wyłączy się prądu, to także wtedy, gdy kulka będzie z niej wylatywać - może się okazać, że to ją zahamuje bardziej, niż rozpędziło przyciąganie, kiedy wlatywała do cewki. I wtedy nici z rozpędzania kulki w taki sposób - trzeba prąd wyłączać, i to szybko.

    Straty w cewkach będą zależeć od ich rozmiarów i kształtu. Powiedzmy, że zwiększamy wszystkie rozmiary 2-krotnie, wtedy pole magnetyczne stanie się 2x słabsze, ale jego energia 2x większa (indukcyjność cewki też), bo gęstość energii będzie wprawdzie 4x mniejsza, ale objętość 8x większa; opór zmaleje 2x, bo(długość drutu wzrośnie 2x, przekrój 4x. A więc straty zmaleją 2x, energia wzrośnie 2x, będzie 4x lepiej - czy raczej po zwarciu cewki 4x dłużej potrwa zanik pola, co niekoniecznie musi być lepsze. 2x słabsze pole w 2x większej cewce da 8x mniejszą siłę.

    Nadal nie napisałeś, jak to ma działać - rozsądnie jest najpierw zaplanować, jak ma działać, a potem, jak to uzyskać - trudno kombinować, jak zrobić, jak nie wiadomo, o co chodzi.
  • Poziom 4  
    _jta_ napisał:
    W takim razie to jest ferromagnetyk - na inne materiały pole magnetyczne działa słabo. Metal i ferromagnetyk to może być żelazo, nikiel, kobalt... albo jakiś stop. Tylko pytanie, jaki taka kulka ma czas zaniku prądów wirowych (metal przewodzi prąd, więc mogą w nim powstawać prądy wirowe) - dlatego włączenie pola najpierw ją odepchnie, a potem przyciągnie do elektromagnesu - i nie wiemy, na jak długo odepchnie. Są ferromagnetyki twarde, które można trwale namagnesować, i miękkie, które magnesują się tylko na czas pobytu w polu magnetycznym.

    W każdym razie, jeśli nie wykorzysta się czasu, w którym pole będzie taką kulkę odpychać, to potem cewka będzie ją wciągać do środka - jeśli odpowiednio szybko nie wyłączy się prądu, to także wtedy, gdy kulka będzie z niej wylatywać - może się okazać, że to ją zahamuje bardziej, niż rozpędziło przyciąganie, kiedy wlatywała do cewki. I wtedy nici z rozpędzania kulki w taki sposób - trzeba prąd wyłączać, i to szybko.

    Nadal nie napisałeś, jak to ma działać - rozsądnie jest najpierw zaplanować, jak ma działać, a potem, jak to uzyskać - trudno kombinować, jak zrobić, jak nie wiadomo, o co chodzi.


    Tylko że to już dawno zaplanowałem i nawet mój piękny schemat pokazywałem. W połowie cewki znajdować się mają fototranzystor wraz z diodą LED, gdy kulka znajdzie się w tym miejscu układ tranzystorów i kondensatorów rozewrze te cewkę, a zewrze układ następnej. Nawinięcie dodatkowych warstw starczy, nawijać innym drutem od początku. A jak chodzi o kulkę to sama się nie namagnesowuje, a przynajmniej bardzo długo jej to zajmuje, a jak się "przykleiła" do neodyma straciłem parę dobrych godzin na nią.
  • Pomocny post
    Poziom 43  
    _jta_ napisał:
    I wtedy nici z rozpędzania kulki w taki sposób - trzeba prąd wyłączać, i to szybko.
    Trochę kolega demonizuje, oczywiście wyłączenie prądu we właściwym momencie pozwoli uzyskać większą sprawność działa mierzoną stosunkiem energii pocisku w momencie wylotu z lufy do energii zgromadzonej w kondensatorze przed strzałem ale jest dużo rozwiązań na tyrystorach gdzie prąd zanika samoczynnie a nie przez wymuszone odcięcie.
  • Specjalista elektronik
    Android X napisał:
    gdy kulka znajdzie się w tym miejscu układ tranzystorów i kondensatorów rozewrze te cewkę, a zewrze układ następnej.

    A nagłe rozwarcie cewki wygeneruje w niej napięcie znaczenie wyższe od tego, jakie masz na kondensatorze - tranzystory tego nie wytrzymają.

    Android X napisał:
    A jak chodzi o kulkę to sama się nie namagnesowuje, a przynajmniej bardzo długo jej to zajmuje

    Na namagnesowanie potrzebny jest ułamek sekundy (jakkolwiek wielu rzeczoznawców potrafi twierdzić, że to musi trwać długo - pewnie, jak im się za taką opinię lepiej zapłaci).

    vodiczka napisał:
    jest dużo rozwiązań na tyrystorach gdzie prąd zanika samoczynnie

    Można i tak - o ile dobierze się odpowiednio indukcyjność i oporność cewki, oraz pojemność kondensatora do szybkości ruchu kulki. A jak się źle dobierze, to kulka straci prędkość, zamiast ją zwiększyć.
  • Poziom 4  
    _jta_ napisał:
    Android X napisał:
    gdy kulka znajdzie się w tym miejscu układ tranzystorów i kondensatorów rozewrze te cewkę, a zewrze układ następnej.

    A nagłe rozwarcie cewki wygeneruje w niej napięcie znaczenie wyższe od tego, jakie masz na kondensatorze - tranzystory tego nie wytrzymają.

    Kondensator powinien się już rozładować a prąd zaniknąć, układ rozwierający to tylko zabezpieczenie.

    A tak na marginesie, to jakie kable proponujecie do połączenia: cewka, tranzystor, kondensator?
  • Pomocny post
    Poziom 43  
    Android X napisał:
    jakie kable proponujecie do połączenia: cewka, tranzystor, kondensator?
    Jakie w znaczeniu rezystancji?
    Dobrze byłoby, gdyby rezystancja przewodów nie przekraczała 20% rezystancji cewki ale 33% też jest do przyjęcia.
    Napisałem co Ciebie na pw.
  • Pomocny post
    Poziom 43  
    Drut jak najgrubszy i tak o prądzie decyduje indukcyjność.
  • Pomocny post
    Poziom 43  
    Strumien swiadomosci swia napisał:
    Drut jak najgrubszy i tak o prądzie decyduje indukcyjność.
    Czyli 100mm²:?: :D
    Przewody połączeniowe należy dobrać tak aby ich rezystancja była niższa od rezystancji cewki, zaproponowałem 20% tej wartości.