Сравнение энергии, запасаемой в конденсаторе и в дросселе Опции

[iiv]

Всем доброго времени суток,

много раз видел утверждение, что индуктивность запасает больше энергии на объем или вес, чем конденсатор. Чисто из своего личного опыта при поиске компонент встречал только обратное. Тор на порошковом железе, весящий с 1 кг запасает примерно 0.5Дж, в то время как кондер в корпусе 2225 с номиналом в 450В, 1мкФ запасает 0.1Дж.

Может я не те дроссели смотрю? Вдруг кто знает, тыкните меня, пожалуйста, носом в какой-нибудь дроссель, который бы под сотню Дж запасал бы, ну и весил бы не больше нескольких кг, или такое не реально?

Спасибо

ИИВ

[Valodores]

Нет, первой обмоткой я сердечник в насыщение не вгоняю. В том-то и дело. Давайте представим себе м(Н) кривую. Вначале, при малых напряженностях магнитного поля (ток не большой), магнитная проницаемость большая. По мере роста напряженности поля, мю падает и в какой-то момент наступает насыщение. Эдакая горка. Так вот. Первая обмотка создает такое поле, при котором мю еще не начало скатываться к 1, т.е. мю большое. Импульс во второй обмотке переводит уже сердечник в насыщенное состояние. Скажете при этом ток в перичке очень маленький? Ориентируйтесь по полю. Для создания поля напряженностью 1000 А/м в объеме 1см.куб - да, ток нужен не большой, а вот в 100 см.куб - куда больше. Нужен больше ток в первичке - берите больший кусок феррита.

[AndreyVN]

Нет, первой обмоткой я сердечник в насыщение не вгоняю. В том-то и дело. Давайте представим себе м(Н) кривую. Вначале, при малых напряженностях магнитного поля (ток не большой), магнитная проницаемость большая. По мере роста напряженности поля, мю падает и в какой-то момент наступает насыщение. Эдакая горка. Так вот. Первая обмотка создает такое поле, при котором мю еще не начало скатываться к 1, т.е. мю большое. Импульс во второй обмотке переводит уже сердечник в насыщенное состояние. Скажете при этом ток в перичке очень маленький? Ориентируйтесь по полю. Для создания поля напряженностью 1000 А/м в объеме 1см.куб - да, ток нужен не большой, а вот в 100 см.куб - куда больше. Нужен больше ток в первичке - берите больший кусок феррита.

Кажется, понял Вашу идею. Первая обмотка обладает большой индуктивностью, и мы медленно намагничиваем сердечник, затем, хотим второй обмоткой с малой индуктивностью быстренько изменить проницаемость и получить выброс ЭДС.

Если так, то работать выгоднее на крутом участке зависимости мю(H), а это "середина" намагниченности.
В области близкой к насыщению, мю почти не зависит от H и модулировать проницаемость бесполезно. Итого, чтобы довести сердечник от середины (куда его загнала первая катушка) до полного насыщения, вторая катушка должна будет совершить приблизительно такую же работу, как совершила первая обмотка, а значит, большого отличия по индуктивности между второй и первой обмотками мы не можем себе позволить, соответственно, и большого выигрыша по быстродействию, тоже, не получится.

[Valodores]

Итого, чтобы довести сердечник от середины (куда его загнала первая катушка) до полного насыщения, вторая катушка должна будет совершить приблизительно такую же работу, как совершила первая обмотка, а значит, большого отличия по индуктивности между второй и первой обмотками мы не можем себе позволить, соответственно, и большого выигрыша по быстродействию, тоже, не получится.

Вы правильно поняли мою идею, но в некоторых утверждениях я с Вами не согласен. Кривая мю(H) начинает спадать не сразу: вначале идет пости ровная полочка, затем спад начинает нарастать, затем идет участок наибольшей крутизны и только потом участок насыщения. Если Вы хотите работать на середине участка максимальной крутизны, то для насыщения сердечника Вам нужно приложить не столько же энергии, как в первую катушку, а меньше. Ведь первая катушка выводя на рабочую точку проходит еще и первый равный участок, а вторая катушка - нет.
Даоее, мы можем позволить себе сколь угодное отличие индуктивностей, между первичной и вторичной обмоткой. Ведь не индуктивность пеерводит сердечник в насыщение, магнитное поле. Я могу вторую обмотку сделать из одного витка и пустить импульс тока 100 А и загоню сердечник в насыщение.
В зависимости от того, что Вам надо получить в нагрузке: импульс тока или напряжения - делайте повышающий или понижающий трансформатор. Выигрыш по быстродействию получится, но не при всех условиях.
Допустим у нас импульсный трансформатор без сердечника, тогда крутизна тока выходного импульса будет определятся крутизной импульса тока на входе. Если есть сердечник, то крутизна фронта (точнее его предел) будет определяться уже свойствами сердечника (если мы работаем не в режиме насыщения). Если же происходит насыщение сердечника, то упрощенно выигрыш по крутизне будет обусловлен так.
Допустим, ВЧ феррит может переходить в состояние насыщения предельно за 50 нс. Мы медленно запасли энергию в первой обмотке, затем подаем на вторую обмотку импульс тока, для насыщения сердечника. Фронт импульса тока насыщения - те же 50 нс. В результате, в первой обмотке, через трансформаторную связь наводится импульс тока с фронтом 50 нс (потери для простоты сейчас опустим), плюс за счет насыщения сердечника (то же за 50 нс) и уменьшения индуктивности контура происходит усиление тока в первичной обмотке. В итоге, фронт остается все те же 50 нс, но за счет дополнительного увеличения амплитуды тока происходит рост крутизны (dI/dt).

Вообще-то энергия - это интерграл от BH/2 по всему объему, а при насыщении В и Н не уменьшаются.

Совершенно верно, но и В и Н зависят от тока, а он, при уменьшении индуктивности, увеличивается, что приведет к увеличению указанного Вами произведения. Здесь корректней будет исходить из формулы E=(L*I^2)/2. Если индуктивность меняется очень быстро, то без учета потерь (в основном это диффузия магнитного поля) константой у нас будет магнитный поток L*I. Отсюда считается усиление по току и энергии.

[AndreyVN]

То, что идея с предварительным намагничиванием работоспособная - согласен.

Только вот границы применения, лично для меня, не вырисовываются. Соображения следующие.
1. Если для подмагничивания используется вторичная обмотка - возникает проблема коммутации высоковольтных цепей и цепей подмагничивания.
2. Если имеется третья обмотка для подмагничивания, то даже будучи в оборванном состоянии она будет нагружена на собственную емкость и внесет дополнительную инерционность в магнитную систему. Особенно, при большой разнице в индуктивностях.
3. Самое главное - для систем размером с ладошку для насыщения магнитопровода достаточно разрядить 1000мкф 5В на 10-15 витков. Без каких-либо дополнительных мер по намагничиванию. Я сталкивался с этим при разработке феррозондового преобразователя, там нужно было перемагничивать магнитопровод именно по предельной петле гистерезиса.

В общем, во всех случаях, на мой взгляд, предварительное намагничивание создает больше проблем чем выигрыша.