Добрый день.

Проводя некоторые измерения, обнаружил у себя "пробел" в базовых знаниях электротехники.
Помогите, пожалуйста - советом, какую почитать литературу, или просто объясните - почему так происходит.

Суть вопроса.

Есть пустотелая катушка (соленоид), намотанная в 1 слой. Внутри находится магнитопровод, набранный из ферритовых колец с алюминиевым стержнем внутри.

Ферритовые кольца частично экранированы медной лентой, которая вместе со стержнем образует короткозамкнутый виток.

Лента экранирует примерно 30% внешней площади ферритового магнитопровода.

Вопрос - почему добротность катушки БОЛЬШЕ, когда внутри есть замкнутый виток?
При размыкании витка добротность падает в 2 раза. Индуктивность практически не меняется.

Собственно, всегда был уверен - чем больше добротность, тем меньше потери в катушке (контуре). Короткозамкнутый виток = потери. Убираем КЗ виток = растет добротность. А тут почему-то получается наоборот.

Измерения проводились на частоте 10кгц прибором MS-5308. Индуктивность соленоида 100мГн.

Несколько "кривая" иллюстрация. Синии крестики - точки отключения ленты от стержня, если в этих местах разорвать цепь - добротность падает.
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Если правильно понял, то поле соленоида не проходит через ваш виток. Почему ему быть в этом случае короткозамкнутым для соленоида? А вот почему он всё-таки влияет? Может быть на эти "рамки" таки наводится ток (по краям по крайней мере) и получается вклад в общее поле соледоида. Но Вы пишете, что индуктивность у Вас не меняется...

upd
Я тут подумал... Хотя у Вас там и феррит, но может всё-таки в алюминиевой болванке поле тоже присутствует в достаточной мере и вихревые токи в ней вызывают потери. А те 2 рамки, образованные фольгой и стержнем частично экранируют поле, когда в них наводится ток. Как только Вы разрываете петли, то сразу экран исчезает и снова увеличиваются потери. Трудно представить это всё, Вам виднее может будет...
P. S. Кстати, а что будет, если разорвать только одну петлю?

Да, ток через петлю течь не должен, т.к. она находится параллельно линиям магнитного поля.
Но, с другой стороны - имеет место быть градиент напряженности поля - размеры петли соизмеримы с размерами самого соленоида.

Интересная версия насчет экранирования алюминиевого сердечника, надо подумать.
Завтра попробую его убрать вовсе, посмотрю что произойдет с добротностью. С размыканием только одной петли - тоже проверю.

А торцы?

Тогда бы при замыкании витка сильно бы менялась индуктивность - а этого не происходит. Меняется незначительно, в пределах 5-10 мГн (при общей индуктивности в 100мГн).
А вот добротность меняется в 2 раза, в этом то и загадка.

Если бы через торцы ленты протекал значительный ток - то при замыкании витка - наоборот, добротность должна упасть. А она увеличивается.

Вообще, часто ли на практике применяется частичное экранирование магнитопровода трансформатора/дросселя? Есть ли какие-то методики расчета параметров подобных изделий?

Вероятно, в вышеописанной ситуации, величина добротности определяется потерями в феррите. Возможно, индуктивность практически не изменяется по причине намагниченности последнего. Магнитное поле, порожденное током короткозамкнутого витка, частично экранирует ферритовый сердечник. А в ферритах основной источник потерь, это потери на перемагничивание.
К примеру, в магнитотвердых ферритах большая площадь петли гистерезиса, соответственно велики и эти потери. Из подобных материалов изготавливают поглотители ЭМ энергии (ferrite beads, радиопоглощающие покрытия и т. п.) и постоянные магниты.

А как прибор меряет добротность? - не является ли наблюдаемое "штатив-эффектом"?
Есть емкость между этим витком и краями обмотки катушки. Через эту емкость может течь ток, создавая для прибора видимость увеличения добротности.

Не факт, но в качестве безумного предположения.



Не должно быть тока в таком короткозамкнутом витке, поскольку общий магнитный поток через его площадь равен нулю.

Для протекания емкостного тока нет необходимости замыкать оба края ленты. Достаточно электрического контакта в одной точке.


Поясните, пожалуйста, Вашу мысль.

Силовые линии соленоида проходят параллельно плоскости этого витка. А cos(90°)=0, как мы помним. Таким образом и ЭДС индукции равна нулю. А на них не влияет факт замыкания или размыкания витка. Торцы как были, так и остаются.

Предлагаю сделать прямую пробу.
Подключить конденсатор, чтобы образовался колебательный контур на частоту измерения (те же 10кГц) и возбудить этот контур например медленным меандром.
Наблюдать непосредственно осциллографом затухающий звон на фронтах. Изменение добротности в 2 раза (как пишет автор), по длительности затухания будет ясно видно непосредственно глазом.

Если же существенного изменения затухания в этих условиях не произойдет - значит штатив-эффект.

А Вы уверены что измеряете Q, а не D ?

То, что измеряется именно Q - факт.

Эффект подтвержен тремя независимыми методами
1) RLC метр в режиме измерения добротности
2) Катушка возбуждается прямоугольными импульсами от генератора, смотрим на "звон" (за счет большой собственной емкости, благодаря сердечнику - имеется резонанс на частоте порядка 60кгц). Длительность "звона" увеличивается при закорачивании медной петли.
3) Снята АЧХ системы при помощи Х1-40. при закорачивании медного витка - амплитуда пика увеличивается, а его ширина уменьшается. Так же пик смещается по частоте


Пока что "рабочая гипотеза" такая. Катушка имеет некую собственную емкость, которая меняется при замыкании/размыкании витка. Соответственно, меняется собственная частота получившегося LC контура - что влияет на результаты измерения.

т.е. эту задачу видимо надо рассматривать не только как "голую" индуктивность, а как колебательный контур, или фильтр что-ли.

Фотографии изделия - так понятнее, о чем идет речь.

Однослойный соленоид, намотанный "виток к витку" на диэлектрике:
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Внутри находится магнитопровод из индивидуально шлифованных и плотно стянутых при помощи алюминиевого стержня ферритовых колец диаметром 50мм. Поверх идет медная лента. Она может быть замкнута на алюминий, или разомкнута в месте где намотан бумажный скотч.
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Сам стержень:
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Заход ленты внутрь сердечника:
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Используя звон на паразитных емкостях - непонятно, что именно Вы отмечаете.
Поскольку добротность по затуханию меряется не микросекундами, а количеством взмахов колебания. Именно поэтому я предложил подключить конденсатор, чтобы собственная частота получившегося контура не менялась слишком сильно. (Но Вы почему-то пренебрегли этим местом.)

В целом я с Вами согласен: видимо дело в изменении монтажной емкости, что я и предполагал с самого начала.

Теперь: если подключив параллельно катушке конденсатор до частоты 10 кГц (какая у Вас была вначале), Вы не обнаружите изменения затухания вдвое (как следовало бы из измерения добротности прибором) то дело точно в емкостном токе, и, видимо, монтажных резонансах, как Вы и пишете.


Спасибо за интересные фотки

Сечение фольги и её длина врят ли позволяют рассматривать её как КЗ виток (тем более что он расположен вдоль поля)
Возникла шальная мысль - а сердечник не входит в насыщение? у Вас ведь получился "обратный" пояс Роговского и замыкание витка может(?) выводит сердечник из насыщения увеличивая добротность (хотя с трудом представляю приборы вогнавшие разомкнутый сердечник в насыщение??? может что то намагничено в установке или рядом?)


Емкость не меняется от замыкания фольги - тут что то магнитное

Присоединяюсь к благодарности относительно фоток (зудит вопрос - к чему эта штуковина? )

Вы уверены, что ничего не изменится, если перекусить один из выводов конденсатора?

В данном случае площадь фольги с катушкой и элементами конструкции не меняется, расстояния и материалы тем более - откуда изменения емкости?

Емкость может и не меняется, но емкостный ток прерывается очевидно.

А индуктивным этот ток быть не может в силу параллельного расположения линиям поля, как и Вы сами отметили.

Тогда нарушатся какие то фундаментальные законы - напряжение, частота, емкость почти константы...

Спасибо за идею. Проверю с внешней емкостью, существенно превышающей собственную емкость конструкции.




При работе сердечник насыщается, медные полосы - попытка частично экранировать его - дабы несколько улучшить форму импульса, хоть и проиграв в эффективности.
Собственно, оценивая - насколько сильно я уменьшаю кпд системы, помещая внутрь замкнутый медный виток - заметил этот эффект влияния на добротность.

При измерениях добротности насыщаться не может, слишком мала амплитуда зондирующего сигнала.
Рядом ничего ферромагнитного нет.



Импульсный трансформатор, встроенный внутрь коаксиальной формирующей линии - которую он же сам и заряжает. На конце катушки газовый разрядник-обостритель. Конструкция предназначена для получения наносекундных импульсов высокого напряжения.


Еще гипотеза появилась. Штырь внутри может работать как антенна - соответственно, замкнув виток мы экранируем его от поля. Соответственно, в излучение уходит меньше энергии и добротность повышается.
Попробую примерно оценить/измерить уровень электромагнитного поля рядом с катушкой с замкнутым, и разомкнутым витком.

Прэлестно!
А как насчет конического соленоида (о чем ТС скромно умолчал)?

По вашему вопросу версия такая: разомкнутая лента образует отдельную низкодобротную индуктивность, которая электрически связана с первой через емкость между лентой и катушкой. Магнитной связи между ними нет, поскольку магнитные поля этих индуктивностей ортогональны.

А зачем вообще нужна эта лента и стержень?
У меня есть такая версия:

Лента улучшает электрический контакт между кольцами и частично электрически экранирует их от катушки. По электрическим свойствам феррит - дерьмо редкое, лента уменьшает электрические поля внутри сердечника, наведенные через емкость изолятора между катушкой и сердечником. За счет этого уменьшаются диэлектрические потери.

Если эта версия правильная, я бы сделал сплошной экран из фольги с узким разрезом вдоль оси соленоида, возможно немного внахлест через изолятор. Алюминиевый стержень в этом случае не нужен.

А какаво само это Q при замкнутой фольге?


А можно поподробнее, а то все слова по отдельности вроде знакомы, но вкупе ниче не понятно.

Может быть, все-таки краевые эффекты приводят к появлению тока вдоль алюминиевого стержня и медной полосы и , соответственно , дополнительных потерь?