Помощь - Поиск - Пользователи - Календарь
Полная версия этой страницы: Сравнение энергии, запасаемой в конденсаторе и в дросселе
Форум разработчиков электроники ELECTRONIX.ru > Cистемный уровень проектирования > Математика и Физика
Страницы: 1, 2
vvs157
Цитата(SBE @ Jul 10 2012, 20:08) *
Да с любыми аккумуляторами, даже с не очень хорошими, плотность энергии большая, особенно если считать на объем, а не на вес. С ионисторами тоже понятно, что разные. И про удельную мощность нет речи. Вопрос про два порядка большей удельной энергии достижимом в индуктивном накопителе по сравнению с емкостным. Простые оценки дают скорее обратный результат.
Вообще-то сравнивать аккумуляторы, ионисторы с несверхпроводящими индуктивными накопителями некорректно, так как из-за джоулевых потерь энергия в катушке удерживается очень непродолжительное время. По плотности энергии специальная высокопрочная катушка в сотен микросекунд может создавать поле под 100 Тесла (при разряде через нее батареи малоиндуктивных конденсаторов в несколько МДж), что примерно соответствует объемной плотности энергии ТНТ. Но для хранения - не годится.
Сверхпроводящие катушки могут создавать и удерживать неограничено долго поля до 17 Тл, но это "совсем другая песня".
Aner
У америкосов рекорд 107 Тл. на сверхпроводящей катушке.
dinam
Цитата(iiv @ Jul 10 2012, 21:52) *
c точки зрения обычной электротехники - Вы правы, и мне очень хочется с Вами согласиться. В то же время, я аппелирую к другому факту. Пусть мы запасли каким-то образом необходимую энергию в каком-то объеме феррита. Далее пусть на этом феррите есть какая-то обмотка, с очень маленькой индуктивностью. Что мешает энергии, запасенной в магнитном поле сердечника убежать быстро (то есть с большими амперами) через эту обмотку?

Я пока конструкционно не до конца сам представляю как это реализовать, но я пока не увидел еще опровержения этого высказывания.
Ничего не мешает, кроме паразитных емкостей. Так что вы оба правы, не вижу ни каких противоречий.
Tanya
Цитата(Aner @ Jul 11 2012, 01:44) *
У америкосов рекорд 107 Тл. на сверхпроводящей катушке.

Ссылку бы... Внутри вставка?
А что рекорд... Вот взрывом уплотняют поле, но для нужд ТС это не годится.
A.W.P.
Цитата(dinam @ Jul 11 2012, 06:15) *
Ничего не мешает, кроме паразитных емкостей. Так что вы оба правы, не вижу ни каких противоречий.


Паразитные емкости-это уже вторичное препятствие, наряду с активными потерями на таких скоростях разряда (представьте, например, что работаем с накопителем, имеюшим одновитковые обмотки, с мегаамперными токами и единицами вольт и паразитные емкости не мешают). Пока ТС не может смириться с необходимостью иметь коммутатор с высокой коммутационной способностью: не меньше, а реально даже в несколько раз больше, чем пиковая мощность в нагрузке.


Цитата(iiv @ Jul 10 2012, 18:52) *
c точки зрения обычной электротехники - Вы правы, и мне очень хочется с Вами согласиться. В то же время, я аппелирую к другому факту. Пусть мы запасли каким-то образом необходимую энергию в каком-то объеме феррита. Далее пусть на этом феррите есть какая-то обмотка, с очень маленькой индуктивностью. Что мешает энергии, запасенной в магнитном поле сердечника убежать быстро (то есть с большими амперами) через эту обмотку?

Я пока конструкционно не до конца сам представляю как это реализовать, но я пока не увидел еще опровержения этого высказывания.


Если не рассматривать некие полуабстрактные "внутренние энергии сердечника" (все равно они нам не доступны для использования), то чтобы запасти магнитную энергию в сердечнике (не обязательно ферритовом biggrin.gif , можно запасать и вообще без сердечника) надо пропустить ток по катушке. Чтобы затем высвободить эту энергию на другую катушку, надо изменить (оборвать) ток в первой катушке (или воздействовать на накопитель взрывом и т.п. способами, но в этом я не разбираюсь и, вроде, Вам этот способ не интересен). И чем с большей скоростью мы хотим выводить энергию из накопителя (больше мощность), тем выше требования к ключу, размыкающему первую обмотку. Полная аналогия с тем же конденсатором: вот стоит он заряженный, весь такой высоковольтный, переполненный энергией, но без коммутатора Вы эту энергию на нагрузку не передадите! И мощность (коммутационная способность) коммутатора не может быть меньше пиковой мощности в нагрузке.

Очень хорошо, что у Вас есть работающая установка! Исходя из Вашего описания установки, сделать лучше (на других принципах) будет очень сложно, особенно в части быстродействия и стоимости. Чтобы появился шанс, что форумчане посоветуют нечто конструктивное, Вам надо самому определиться, что же не устраивает в нынешней установке (я пока, как дилетант в этой проблематике, после беглого просмотра "интернета", могу предположить, что чем-то не устраивает применение тиратрона?) Или все устраивает?!
iiv
Цитата(A.W.P. @ Jul 11 2012, 13:19) *
... Вам надо самому определиться, что же не устраивает в нынешней установке (я пока, как дилетант в этой проблематике, после беглого просмотра "интернета", могу предположить, что чем-то не устраивает применение тиратрона?) Или все устраивает?!

да прорва всего не устраивает... Тиратрон дохнет быстро, разрядник вместо него не обеспечивает точное время начала импульса и полный запрет на пересечение границ из-за МАГАТЭ. Зависимость от поставщиков тиратронов (одному госдеповскую лицензию подавай, другой краснеет, буреет, но не хочет туда поставлять). Зависимость от ВВ конденсаторов. Кроме ГА никто на 10 кА хорошие конденсаторы не делает, приходится мутить сборки по сотне с очень аккуратной их коммутацией (это не LVDS соединять, а серьезно по заумнее так как ток только по периметру проводников идет), что очень не технологично... Ну если еще и массогабариты можно уменьшить, то вообще классно было бы sm.gif
dinam
Т.е. вы считаете, что 700кА всяко проще разорвать за десятки наносекунд wacko.gif
A.W.P.
А Вы сейчас обходитесь без импульсного силового трансформатора? т.е. 70кВ*8кА-как раз то, что нужно Вашей нагрузке?
iiv
Цитата(A.W.P. @ Jul 11 2012, 16:06) *
А Вы сейчас обходитесь без импульсного силового трансформатора?

импульсный силовой трансформатор + умножитель есть конечно, дает желаемые 70кВ на несколько сотен милиампер. Живет в масле, повторяться не буду, гляньте на ссылку я этот вопрос совместно с форумчанами очень подробно там муссолил sm.gif Заряжает конденсатор, который потом через ключ-то (тиратрон) и разряжается.

Цитата(A.W.P. @ Jul 11 2012, 16:06) *
70кВ*8кА-как раз то, что нужно Вашей нагрузке?


когда больше, когда меньше, и времена разные бывают, иногда 10нс, иногда 1мкс, у меня уйма разных нагрузок sm.gif

Цитата(dinam @ Jul 11 2012, 14:58) *
Т.е. вы считаете, что 700кА всяко проще разорвать за десятки наносекунд wacko.gif

я этого не говорил, но почти уверен, что есть какое-то разумное решение использовать маломощный ключ с очень коротким фронтом около 3нс ну, может быть, вместе с дешевым, мощным, но не управляемым разрядником
A.W.P.
Я имел ввиду импульсный трансформатор на те самые сотни МВт, согласующий параметры сборки ВВконденсатор+тиратрон с требованиями нагрузки. Просто как я помню из книг Вдовина, более распространена практика выбирать компоненты генератора импульсной мощности, не ограничивая себя жестко параметрами нагрузки. Может тогда и перечень подходящих доступных Вам тиратронов расширится, и с подбором ВВ-конденсаторов станет легче? (впрочем, по конденсатором, мне кажется, проблема значительно проще, чем другие, озвученные Вами). И ИП накачки станет менее высоковольтным (проще, дешевле, компактнее)...
Трансформатор выглядит и наиболее естественным местом для суммирования мощности от нескольких генераторов (ячеек).
SBE
Цитата(vvs157 @ Jul 11 2012, 01:33) *
Вообще-то сравнивать аккумуляторы, ионисторы с несверхпроводящими индуктивными накопителями некорректно, так как из-за джоулевых потерь энергия в катушке удерживается очень непродолжительное время. По плотности энергии специальная высокопрочная катушка в сотен микросекунд может создавать поле под 100 Тесла (при разряде через нее батареи малоиндуктивных конденсаторов в несколько МДж), что примерно соответствует объемной плотности энергии ТНТ. Но для хранения - не годится.
Сверхпроводящие катушки могут создавать и удерживать неограничено долго поля до 17 Тл, но это "совсем другая песня".

Очевидно, что не корректно, но меня удивило утверждение, что в индуктивностях можно накопить энергии (пусть в импульсе) большие на порядки или даже сопоставимые по объемной плотности для устройства в целом, чем на конденсаторах.
Зачем банальности про джоулевы потери?
Мегаэрстед без разрушения катушки это серьезно СВЕРХСИЛЬНЫЕ МАГНИТНЫЕ ПОЛЯ. 100Тл это рекорд это года в Лос-Аламосе, 91Тл рекорд прошлого года в Германии. Не знаю обходятся ли при этом без охлаждения до криогенных температур.

Я на практике представляю, чего стоит получить несколько тесла даже в импульсе в относительно небольшом объеме.
A.W.P.
Цитата(SBE @ Jul 11 2012, 15:17) *
Очевидно, что не корректно, но меня удивило утверждение, что в индуктивностях можно накопить энергии (пусть в импульсе) большие на порядки или даже сопоставимые по объемной плотности для устройства в целом, чем на конденсаторах.
Зачем банальности про джоулевы потери?
Мегаэрстед без разрушения катушки это серьезно СВЕРХСИЛЬНЫЕ МАГНИТНЫЕ ПОЛЯ. 100Тл это рекорд это года в Лос-Аламосе, 91Тл рекорд прошлого года в Германии. Не знаю обходятся ли при этом без охлаждения до криогенных температур.

Я на практике представляю, чего стоит получить несколько тесла даже в импульсе в относительно небольшом объеме.

ТС интересовался субмикросекундными импульсами, а мы скатились к сравнениям наиболее энергоемких накопителей, для которых характерные времена разряда на 6...9 порядков больше. Т.е. оффтоп?, хотя вроде и не противоречит названию темы.
Да, время хранения энергии у не сверхпроводящих индуктивных накопителей маленькое, но достигаемая "так просто" плотность энергии впечатляет! При 10Т это 40Дж/куб.см, а озвученные выше рекорды-еще на два порядка больше. У литиевых аккумуляторов где-то под 1000Дж/куб.см, а у электрических (не электрохимических) накопителей выше упоминалось 50Дж/куб.см.
Но пиковая разрядная мощность индуктивного накопителя м.б. на несколько порядков больше, чем у ионисторов (при разряде в течение 0,1..1мкс).
iiv
Цитата(A.W.P. @ Jul 11 2012, 15:37) *
Я имел ввиду импульсный трансформатор на те самые сотни МВт, согласующий параметры сборки ВВконденсатор+тиратрон с требованиями нагрузки.
... И ИП накачки станет менее высоковольтным (проще, дешевле, компактнее)...
Трансформатор выглядит и наиболее естественным местом для суммирования мощности от нескольких генераторов (ячеек).

вот наконец-то мы друг друга поняли sm.gif))

вот еще раз, в каком направлении я хотел здесь пообсуждать
A.W.P.
Особого повода для радости вроде нет. Я то просто "мимо проходил" и зашел в этот топик, чтобы указать на требуемую коммутационную способность ключа- НЕ НИЖЕ пиковой мощности нагрузки. Это еще до меня делали и другие "форумчане", но как-то не уверенно и Вы их своим энтузиазмом (в отношении применения дросселя) обескураживали. Дроссель может слегка помочь, если, скажем, по какой-то причине не достаточна пиковая мощность емкостного накопителя. Тогда мы можем сначала от конденсатора относительно не быстро "зарядить" дроссель мощностью на один..полтора порядка меньшей, а затем уже с дросселя получать пиковую мощность установки. Но требования к коммутатору не только не облегчаются, а наоборот. Сейчас, как я понимаю, Вы просто разряжаете ВВ-конденсатор через включившийся тиратрон (квазирезонансно). А с дросселем Вам потребуется полностью управляемый коммутатор.
Сильно сомневаюсь, что можно кремниевыми полевиками заменить тиратрон, тем более при приоритете массо-габаритных характеристик установки (как я понял из других тем, открытых Вами на форуме). При пиковой мощности 560МВт потребуется десяток тысяч корпусов ТО247, а уж сколько обвязки вокруг них?
Со стороны могу посоветовать постараться убедить Ваше руководство поручить (в смысле купить) разработки функциональных узлов установки профессионалам, а самим сосредоточиться на вопросах интеграции. Или может и тиратроны будете сами разрабатывать и производить? biggrin.gif
SBE
Цитата(A.W.P. @ Jul 11 2012, 15:50) *
ТС интересовался субмикросекундными импульсами, а мы скатились к сравнениям наиболее энергоемких накопителей, для которых характерные времена разряда на 6...9 порядков больше. Т.е. оффтоп?, хотя вроде и не противоречит названию темы.
Да, время хранения энергии у не сверхпроводящих индуктивных накопителей маленькое, но достигаемая "так просто" плотность энергии впечатляет! При 10Т это 40Дж/куб.см, а озвученные выше рекорды-еще на два порядка больше. У литиевых аккумуляторов где-то под 1000Дж/куб.см, а у электрических (не электрохимических) накопителей выше упоминалось 50Дж/куб.см.
Но пиковая разрядная мощность индуктивного накопителя м.б. на несколько порядков больше, чем у ионисторов (при разряде в течение 0,1..1мкс).

Да, правда, скатились, оффтопим чуток, надо заканчивать.
Насчет "так просто" это шутка? rolleyes.gif 40Дж/см3 при 10Тл это энергия внутри, а размазать на размер катушки будет несколько скромнее.
Хотя под токамак не случайно индуктивный накопитель делали терраваттной мощности. При этих параметрах емкостные, вероятно, оказывались сложнее и дороже.
dinam
Цитата(iiv @ Jul 11 2012, 17:22) *
я этого не говорил, но почти уверен, что есть какое-то разумное решение использовать маломощный ключ с очень коротким фронтом около 3нс ну, может быть, вместе с дешевым, мощным, но не управляемым разрядником
Блин! Завидую вам! Для вас ключ разрывающий 800В и ток 700кА за 3нс является МАЛОМОЩНЫМ.
Хотя у меня складывается впечатление, что вы просто не понимаете как работает дроссель (автотрансформатор, трансформатор) в простых ключевых схемах sad.gif.
Tanya
Цитата(SBE @ Jul 11 2012, 17:56) *
Хотя под токамак не случайно индуктивный накопитель делали терраваттной мощности. При этих параметрах емкостные, вероятно, оказывались сложнее и дороже.

Это потому, что им не нужно было быстро туда-сюда энергию качать.
Вот недавно видела статейку -там после высоковольтного импульсного блока (что-то... несколько сотен киловольт) стоял водяной конденсатор.
AleksNik
Цитата(A.W.P. @ Jul 10 2012, 10:39) *
Оказывается времена относятся к скорости изменения НАПРЯЖЕНИЯ сток-исток, а не ТОКА стока! Соответственно, получаем величины 27..30 В/нс-вполне достижимые значения, согласующиеся с другими источниками информации.

Естественно, т.к измерения времени переключения проводятся при фиксированном начальном токе, обычно получаемом от индуктивности(поищите схему измерения). IXYS, например, измеряет при 0.5 от импульсного максимального. Поэтому наблюдаемое изменение напряжения D-S
вначале процесса зависит от выходной емкости полевика, а в конце - от сопротивления канала (это при включении, при выключении - наоборот). А в промежутках наблюдаем напряжение зависящее от перераспределения тока между перезарядом емкости полевика и его изменяющимся сопротивлением канала.

Почитал дальше, расстроился - блин, как все запущенно -"смешались в кучу кони, люди" .
Надо бы попинать ТС, за некорректно поставленную задачу, особенности которой проясняются на 3-5 странице постов.
Но это обычное дело. А разгребать ошибки в ответах - не хватит терпения, поэтому просто продолжу свой ответ с 32 сообщения, но теперь с учетом ответов других участников.

Для начала развею некоторые иллюзии и мифы.

Уравнение удельной объемной энергии магнитного поля
E/V=B^2/(2*u*u0) -> Объем - V=2*u*u0*E/B^2
Откуда невооруженным глазом видно, что минимальный объем получается при !!!! u=1, т.е. при отсутствии в катушке ферромагнитного сердечника. Отсюда же следует известный в электротехнике факт, что ферромагнитный сердечнок трансформатора, в основном, служит для снижения его стоимости при замене дорогой меди на более дешевое электротехническое железо. И как следствите этой замены - уменьшение индуктивности рассеяния, за счет улучшения потокосцепления при меньших количествах витков, и уменьшения тока намагничивания трансформатора за счет увеличения индуктивности первичной обмотки, а не наоборот.
Более того, если теперь рассмотреть не трансформаторы, а дроссели, то окажется, что в большинстве случаев, помимо указанных выше особенностей, ферромагнитный сердечник используется для повышения технологичности их производства и уменьшения объема и полей рассеяния, если форма дросселя отлична от тора. И не более.
Пойдем далее, напомню общеизвестный, например из термеха, факт, что энергоемкость механических систем в основном определяется удельной прочностью применяемых материалов. Это если не учитывать всякие вспомогательные устройстава - зарядные, радиаторы, охладитель итп.
Поэтому правильно спроектированные емкости и дроссели будут иметь близкие весовые характеристики, особенноесли учесть, что устройства импульсные и для расчетов можно применять динамические прочности, а не статические.
Кроме того предостерегаю от ошибки сравнения разных систем, как это сделал A.W.P., у аккумуляторов энергоемкость определяется химией процессов и по определению будет больше, но они не смогут работать при таких коротких импульсах это связано с малой подвижностью ионов.
Если же говорить об объемных удельных характеристиках, то здесь разброс будет намного больше и будет зависеть не только от применяемых материалов, но и от конкретных технических решений.
Разброс по удельным стоимостям будет еще большим, т.к. добавятся не только технические, но и технологические решения.
Поэтому для корректного анализа, ТС должен более точно определится в своих ожиданиях.

Теперь продолжение поста 32.
Понятно, что ТС соотношение витков 1:13 не устроит, ему как минимум нужно 1:100 (первичка-500В, вторичка-50 кВ).
Но проблема в том, что индуктивность первички уменьшится в (100)^2 раз и станет 0.125 нГн.
А ток накачки первички для энергии 10Дж станет равным 400кА.
Как уже тут отмечалось, с учетом ограничения импульсного тока - количество корпусов в таком ключе будет 200-400 шт.
А вот ожидаемая ТС средняя мощность потребления в 100 Вт не получится. Если учесть все потери, то в зависимости от длительности импульса накачки первички (1-10 мкс), потери энергии будут 100-1000 Дж на импульс, при полезной 10Дж. Т.е. при частоте импульсов 10Гц, средняя потребляемая мощность будет 1-10кВт.
Кроме того хочу обратить внимание, что при коротких импульсах накачки потребные импульсные характеристики емкостей, с которых идет накачка, будут близки к характеристикам в тиратронной схеме.
Поэтому если сравнивать тиратронную схему и дроссельную, то получается следуешее.
Двухобмоточный дроссель с нужными характеристиками сделать можно без особых напряжений. Его стоимость можно считать эквивалентной стоимости высоковольтного блока питания в тиратронной схеме.
Стоимость емкостей на 10 Дж в обоих схемах будет близка.
Получается, что нужно сравнивать только стоимости ключа и тиратрона. Ну и с учетом их эксплуатационных характеристик.
Т.е. Для расчета берем время жизни установки, получаем общее количество импульсов.
Определяем стоимость нужного количества тиратронов и стоимость простоя при их замене. И эту цифру сравниваем со стоимостью полевых ключей.
Можно поискать замену полевикам на быстрые тиристоры, биполярники, БСИ-ты...

Если сравнивать схему со сжатием импульсов, применение которой уже предлагалось, то нужно учитывать, что сжатие будет происходить в N-ступенях. Ступеней 5-6 в зависимости от формы выходного импульса. И в этом случае стоимость большого количества тиратронов нужно будет сравнивать со стоимостью N блоков емкостей на 10 Дж с разной степенью реактивности. Может и получится дешевле.
A.W.P.
Цитата(AleksNik @ Jul 12 2012, 13:10) *
Естественно, т.к измерения времени переключения проводятся при фиксированном начальном токе, обычно получаемом от индуктивности(поищите схему измерения). IXYS, например, измеряет при 0.5 от импульсного максимального. Поэтому наблюдаемое изменение напряжения D-S
вначале процесса зависит от выходной емкости полевика, а в конце - от сопротивления канала (это при включении, при выключении - наоборот). А в промежутках наблюдаем напряжение зависящее от перераспределения тока между перезарядом емкости полевика и его изменяющимся сопротивлением канала.


Измеряют почти все (изготовители) при работе на индуктивную нагрузку, ведь это-наиболее актуальный режим для силовых переключательных ПП. Но вот, что при этом понимать под временами "нарастания/спада, задержки включения/выключения", т.е. относить ли их к осциллограмме тока через ключ или осциллограмме напряжения на ключе, каждый изготовитель решает (выбирает) сам (обычно, но, к сожалению, не всегда, этот выбор поясняется в конце даташита). В большинстве случаев (большинстве ТУ) времена нарастания и спада относят к осциллограмме тока. В т.ч. и в ТУ на новые IGBT от Infineon (2011г) сделано так, а вот для CoolMOS-ов последнего поколения Инфинеон почему то применил времена нарастания и спада для характеристики скорости изменения напряжения сток-исток и, вдобавок, убрал из даташитов (мощных приборов в корпусе ТО247) пояснения по этому поводу! Я и писал выше, что нашел разъяснения этого вопроса только в ТУ на прибор (CoolMOS этого же поколения) в маленьком корпусе. Полевики IXYS этого класса явно используют инфинеоновские чипы, т.к. все электрические параметры и, даже все условия измерений, буквально совпадают.
Итоговый вывод: никто из изготовителей не заявляет скоростей переключения тока у высоковольтных полевиков в корпусе ТО247 (и подобных корпусах) выше 1,5..2 А/нс. Так что пока индуктивность цепи истока порядка 10..15 нГ "рулит".

Просто к сведению: у высоковольтного полевика сопротивление открытого канала составляет лишь небольшую часть от полного сопротивления прибора.


В части рассуждений по накопителям энергии-воздержусь от комментариев. Во всяком случае очевидно, что обсуждение в его нынешнем виде вряд ли поможет ТС в решении его задачи.
AleksNik
Цитата(A.W.P. @ Jul 12 2012, 15:20) *
Но вот, что при этом понимать под временами "нарастания/спада, задержки включения/выключения", т.е. относить ли их к осциллограмме тока через ключ или осциллограмме напряжения на ключе, каждый изготовитель решает (выбирает) сам (обычно, но, к сожалению, не всегда, этот выбор поясняется в конце даташита). В большинстве случаев (большинстве ТУ) времена нарастания и спада относят к осциллограмме тока. В т.ч. и в ТУ на новые IGBT от Infineon (2011г) сделано так, а вот для CoolMOS-ов последнего поколения Инфинеон почему то применил времена нарастания и спада для характеристики скорости изменения напряжения сток-исток и, вдобавок, убрал из даташитов (мощных приборов в корпусе ТО247) пояснения по этому поводу!

Мне кажется, я достаточно подробно расписал качественную связь между током и напряжением на переключающемся полевике.
Это справедливо для изделий IR, Infineon, IXIS, ST. Для количественных оценок нужно иметь модели.
Цитата
Просто к сведению: у высоковольтного полевика сопротивление открытого канала составляет лишь небольшую часть от полного сопротивления прибора.

Если под полным Вы понимаете сопротивление канала при GS=0, то оно не нормируется, а нормируется ток утечки канала , обычно 1 мА при максимальном напряжении на канале.

Цитата(A.W.P. @ Jul 12 2012, 15:32) *
В части рассуждений по накопителям энергии-воздержусь от комментариев. Во всяком случае очевидно, что обсуждение в его нынешнем виде вряд ли поможет ТС в решении его задачи.

Абсолютно с Вами согласен.
A.W.P.
Цитата(AleksNik @ Jul 12 2012, 15:44) *
Если под полным Вы понимаете сопротивление канала при GS=0, то оно не нормируется, а нормируется ток утечки канала , обычно 1 мА при максимальном напряжении на канале.


Сопротивление открытого (напряжение затвор-исток 10..20вольт) ВЫСОКОВОЛЬТНОГО полевика в основном (процентов на 80..95) формируется сопротивлением "базы" (извиняюсь, что давно не занимался этой проблематикой и сходу не могу вспомнить общепринятое название wacko.gif ) Это та толстая и высокоомная область прибора, которая в закрытом состоянии как раз выдерживает большое приложенное напряжение. В открытом состоянии из-за того, что у полевиков отсутствует инжекция неосновных носителей, она остается относительно высокоомной и дает основное падение напряжения на приборе. Собственно, полевики CoolMOS (superjunction) и призваны частично решить эту проблему (у них можно легировать "базу" в несколько раз сильнее, чем у классических полевиков), но все равно ее сопротивление доминирует. А канал и "все, что около него" производители научились делать весьма низкоомным.
Извините.
Aner
И как бороться с растущей при этом емкостью "базы" т.е. затвора?
A.W.P.
Цитата(Aner @ Jul 13 2012, 00:21) *
И как бороться с растущей при этом емкостью "базы" т.е. затвора?


Привет.
Если я начну на это здесь отвечать, то будет злостный оффтоп. Если вопрос задан не "праздно", то можно пообщаться в другом месте (личка у меня уже работает?)
SNGNL
Цитата(SBE @ Jul 9 2012, 20:49) *
Еще интересно, как оценивают плотность энергии, в Дж/м3 или в Дж/кг. И что включают в объем/массу для индуктивных накопителей.

В Дж/м3. Наверное, то же, что и для емкостных - сам накопитель.

Цитата(AndreyVN @ Jul 10 2012, 13:28) *
Магнитный компрессор делают как элемент волноводной конструкции.

Можно и без волноводной. Дело вкуса rolleyes.gif
Цитата(AndreyVN @ Jul 10 2012, 13:28) *
Хотим, хотим! Дайте, наводку, только кроме Месяца и Белкина-Стрелкина. Думаю, их здесь многие знают. sm.gif

Хм , неубедительно излагают?
Извольте:
Hansjoachim Bluhm. Pulsed Power Systems;
Paul W. Smith. Transient Electronics: Pulsed Circuit Technology;
S. T. Pai. Introduction To High Power Pulse Technology


Цитата(iiv @ Jul 10 2012, 18:52) *
Пусть мы запасли каким-то образом необходимую энергию в каком-то объеме феррита. Далее пусть на этом феррите есть какая-то обмотка, с очень маленькой индуктивностью. Что мешает энергии, запасенной в магнитном поле сердечника убежать быстро (то есть с большими амперами) через эту обмотку?

Я пока конструкционно не до конца сам представляю как это реализовать, но я пока не увидел еще опровержения этого высказывания.

IMHO Вы открыли для себя flyback
Valodores
Цитата(AndreyVN @ Jul 10 2012, 11:28) *
Хотим, хотим! Дайте, наводку, только кроме Месяца и Белкина-Стрелкина. Думаю, их здесь многие знают. sm.gif

Как по мне, так книга "Кнопфель Г. Сверхсильные импульсные магнитные поля" в этом плане самая лучшая. Нет воды, предельно инженерная выкладка с необходимыми формулами и богатое экспериментальное подтверждение.
Саму книгу можно взять здесь: http://www.twirpx.com/file/244071/
Valodores
Хм. А если попробовать посмотреть на это с такой стороны.
Берем ферритовое кольцо, наматываем на него одну обмотку. Ток выбираем в обмотке таким образом, чтоб рабочая точка на м(Н) характеристики феррита находилась на верхней спинке на краю спуска кривой. Таким образом, у нас будет катушка с наибольшей индуктивностью и определенной запасенной энергией. Далее, наматываем вторую обмотку на это же кольцо. В нужный момент (когда необходимо высвободить запасённую энергию), на вторую обмотку подаем импульс тока, который переводит феррит в насыщенное состояние (ток, при этом, нужен не очень большой, ведь рабочая точка у нас и так выбрана на грани спуска). Процессы здесь будут проистекать такие же, как и в параметрическом магнитном генераторе. За счет уменьшения магнитной проницаемости уменьшится индуктивность первого контура и, вследствие закона сохранения энергии, увеличится ток в первой обмотке контура. Т.е. произойдет увеличение энегрии в первом контуре и увеличение тока в первой обмотке, а стало быть, и в нагрузке. Если использовать еще и трансформаторную связь между обмотками, то можно получить на выходе необходимый Вам импульс с амплитудно-временными характеристиками. Для быстрого спуска рабочей точки феррит должен быть высокочастотным.
В свое время (планировалась подобная работа), моделировал эту идею в Ansoft Maxwell, идея вполне рабочая. Задавшись необходимыми характеристиками на выходе, можно промоделировать и расчитать входные данные и прочее.
SSerge
Цитата(Valodores @ Jul 24 2012, 20:02) *
За счет уменьшения магнитной проницаемости уменьшится индуктивность первого контура и, вследствие закона сохранения энергии, увеличится ток в первой обмотке контура.

А магнитные домены в феррите электротехнику не изучали и про индуктивность ничего не знают.
С чего бы им вести себя так странно?
MK2
Цитата(Valodores @ Jul 24 2012, 16:02) *
Если использовать еще и трансформаторную связь между обмотками, то можно получить на выходе необходимый Вам импульс с амплитудно-временными характеристиками.

А как трансформаторная связь будет работать если сердечник войдет в насыщение?
Немного фантатистически звучит, но помню вычитывал в советской литературе про такие параметрические установки (паратроны и унатроны вроде называются), но там управляющая обмотка была намотана перпендикулярно.
Valodores
Цитата(MK2 @ Jul 24 2012, 22:14) *
А как трансформаторная связь будет работать если сердечник войдет в насыщение?

Вы не поверите, но трансформаторы бывают и без сердечника, а мощные импульсные - так только такими и делают.

Цитата(SSerge @ Jul 24 2012, 20:31) *
А магнитные домены в феррите электротехнику не изучали и про индуктивность ничего не знают.
С чего бы им вести себя так странно?

А в чем странность-то? В том, что при насыщении магнитная проницаемость стремится к 1? Или что при уменьшении магнитной проницаемости уменьшается и индуктивность контура?
AndreyVN
Цитата(Valodores @ Jul 24 2012, 17:02) *
Хм. А если попробовать посмотреть на это с такой стороны.
Берем ферритовое кольцо, наматываем на него одну обмотку. Ток выбираем в обмотке таким образом, чтоб рабочая точка на м(Н) характеристики феррита находилась на верхней спинке на краю спуска кривой. Таким образом, у нас будет катушка с наибольшей индуктивностью и определенной запасенной энергией. Далее, наматываем вторую обмотку на это же кольцо. В нужный момент (когда необходимо высвободить запасённую энергию), на вторую обмотку подаем импульс тока, который переводит феррит в насыщенное состояние (ток, при этом, нужен не очень большой, ведь рабочая точка у нас и так выбрана на грани спуска).


Так Вы же его первой обмоткой уже в насыщение загнали? Что делает вторая обмотка, доводит проницаемость от 1.1 до 1.0?
Что значит на грани спуска???? Спуск Вы сами "устраиваете" размагничивающем полем.

Цитата(Valodores @ Jul 24 2012, 17:02) *
Процессы здесь будут проистекать такие же, как и в параметрическом магнитном генераторе. За счет уменьшения магнитной проницаемости уменьшится индуктивность первого контура и, вследствие закона сохранения энергии, увеличится ток в первой обмотке контура. Т.е. произойдет увеличение энегрии в первом контуре и увеличение тока в первой обмотке, а стало быть, и в нагрузке. Если использовать еще и трансформаторную связь между обмотками, то можно получить на выходе необходимый Вам импульс с амплитудно-временными характеристиками. Для быстрого спуска рабочей точки феррит должен быть высокочастотным.
В свое время (планировалась подобная работа), моделировал эту идею в Ansoft Maxwell, идея вполне рабочая. Задавшись необходимыми характеристиками на выходе, можно промоделировать и расчитать входные данные и прочее.

Не понятно, чтобы организвать "спуск" надо приложить размагничивающее поле, при этом наведется ЭДС ~L(I)*dI/dt то есть, как в любом тансформаторе. При этом варьировать временными характеристиками трансформатора крайне сложно, в основном из-за индуктивности рассеяния обмотки и паразитной емкости обмотки.
Или я что-то не понял?


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.
vvs157
Цитата(Valodores @ Jul 24 2012, 17:02) *
За счет уменьшения магнитной проницаемости уменьшится индуктивность первого контура и, вследствие закона сохранения энергии, увеличится ток в первой обмотке контура. Т.е. произойдет увеличение энегрии в первом контуре и увеличение тока в первой обмотке
Вообще-то энергия - это интерграл от BH/2 по всему объему, а при насыщении В и Н не уменьшаются.
MaslovVG
Удалено.
AndreyVN
Цитата(Valodores @ Jul 30 2012, 14:39) *
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
Цитата(AndreyVN @ Jul 30 2012, 20:23) *
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).

Цитата(vvs157 @ Jul 30 2012, 15:29) *
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.
Valodores
Для систем, размером с ладошку - возможно и так, а для буферных систем питания с энергозапасом в кДж (как в моем случае) - очень даже ничего.
AndreyVN
Цитата(Valodores @ Aug 8 2012, 10:09) *
Для систем, размером с ладошку - возможно и так, а для буферных систем питания с энергозапасом в кДж (как в моем случае) - очень даже ничего.


Хочется возразить, но нечего. sm.gif Желаю удачной реализации!
Для просмотра полной версии этой страницы, пожалуйста, пройдите по ссылке.
Invision Power Board © 2001-2025 Invision Power Services, Inc.