Добрый день,

не пинайте сильно, но очень надо для понимания.

Пусть у нас есть степдаун как из https://en.wikipedia.org/wiki/Buck_converter

Там есть две картинки, on-state и off-state.

Если измерить напряжение на индукторе, то полярность напряжения в on-state и off-state будет противоположной.

А вот направление магнитного поля в обоих случаях, будет противоположное, или все-таки в on-state напряженность магнитного поля будет нарастать, а в off-state - убывать, но направление вектора напряженности магнитного поля будет всегда однонаправленным?

Вдруг кто точно это понимает, пожалуйста, не оставьте меня наедине с проблемой и посвятите, пожалуйста!

Спасибо!

ИИВ

Если магнитное поле будет направлено в одну сторону, то ни о каком перемагничивании сердечника говорить не стоит.

Чтобы поменять направление поля, надо поменять направление тока в индукторе.
А теперь посмотрите, даст ли Вам схема это сделать?

Может быть и бывает, что вместо замыкающего диода перед индуктором ключ mosfet, и тогда схема "даст это сделать". Но и тогда делать это нет смысла, ну кроме особых случаев, когда нужно принять от нагрузки втекающий в выход ток.

Хорошо, переформулирую вопрос.

Нагрузкой у меня является сам индуктор, а польза от него должна быть в виде постоянного (возможно слабо пульсирующего) магнитного поля.

Просто омическое сопротивление моей катушки гуляет от 0.01 до 0.05Ом в зависимости от температуры, индуктивность составляет около 2мкГн, а мне необходимо загонять туда 100-400А что приводит к большим диапазонам напряжения. Делать источник питания на 100-400А с выходным 1-20В немного вломы, но под рукой есть 24В х 120А или 12В х 240А и хочется понять что произойдет с магнитным полем, если я сделаю такой степдаун сделав из моей нагрузки два в одном индуктор + нагрузку.

PS: магнитным материалом сердечника моего индуктора можно принять воздух

PPS: вопросов на каких номиналах такой степ-даун следать вроде не стоит, даже не военных мосфетов на 200А+ как грязи, стойка из 10 в параллель с плисоуправлением, думаю решит все вопросы. Основной мой вопрос собственно в заголовке - скажите, пожалуйста, как в этом случае ведет себя магнитное поле.

Капитан Очевидность утверждает, что средний ток в катушке будет строго соответствовать закону Ома. Т.е. постоянная составляющая напряженности магнитного поля будет гулять обратно пропорционально сопротивлению катушки (предполагая, что провода и невоенные мосфеты намного более низкоомные, чем катушка).

ничего не понял... простите. У меня нагрузка - это сама эта катушка, то есть нагрузка состоит из резистивной составляющей, это которая 0.01Ома (или 0.05Ом если катушка сильно нагрелась а ее водяное охлаждение не справляется). Будем считать, что у стойки мосфетов внутреннее сопротивление на порядок меньше и им пренебрежем.

Вам нужен источник тока. Только так получится "пренебречь" гулящей составляющей сопротивлений.

В установившемся режиме среднее напряжение на катушке равно нулю. Следовательно, <V_R>=(V1*t_on-V2*t_off)/T. <I_R>=<V_R>/R.
PS. <> - это среднее значение, V1 - напряжение, приложенное к катушке в первом интервале, V2 - во втором интервале.

Магнитное поле пропорционально току в катушке, т.е. оно будет однонаправленным.
А вот напряжение пропорционально производной тока, т.е. оно будет, скажем, положительным при "заряде" индуктора от источника и отрицательным при "разряде" через диод.
(А лучше к диоду добавить синхронный полевик).
Но.
Ваш индуктор будет нехило излучать на куче гармоник, т.к. излучение тоже зависит от производной поля.
Так что лучше все же сделать источник тока с отдельным дросселем.

магнитное поле определяется током, напряжение на соленоиде "показывает": поле(ток) растет или уменьшается, в Вашей ссылке из wiki ток показан
(аналогично на конденсаторе полярность напряжения может быть постоянной, а ток (заряд/разряд) менять направление)
и степдаун даст пульсации тока, которые Вам похоже не нужны

Да нужен конешно свой фильтр внутри источника тока, который и даст основное подавление пульсаций. Иначе ацкое внешнее ЭМ излучение, доп. нагрев индуктора из-за ВЧ эффектов, да и вообще просто неприлично.

ага, именно это-то мне и надобно!


это понятно, что с полевиком, но на диоде принцип проще обсуждать


Ну это да, я это конечно понимаю, ни куда эти гармоники не денутся, скин эффект их всех съест. Планируемая частота переключений около 4КГц, а там, куда будет все излучаться, будет стоять такая нехилая железка, которая все это в тепло рассеет.

С катушкой 2 микрогенри? Тогда я не понимаю, что Вы называете "слабо пульсирующим" - 50% от среднего значения?

ну нагреется воздух в индукторе, ну и пусть, у меня все равно резистивно 2.5 киловатта в катушке рассеивается и это погоды не сделает.


а вот тут у меня снова не понимание, посоветуйте, пожалуйста, как правильнее.

Вот пусть резистивное 0.01Ом, пусть 2мкГн, напряжение на входе 24В х 120А, а хочется все, что есть на входе в магнитное поле трансформировать. То идеально было бы иметь 530А и 5.3В. Правильно ли я понимаю, что максимум трансформации будет как раз на 50% заполнении и такой частоте, при которой реактивное сопротивление будет равно резистивному? Но тогда и поле будет скакать сильно... А как сделать, чтоб и рыбку съесть амперов побольше вогнать, и чтоб поле не скакало, скажите, пожалуйста? (ессно без внешнего степдауна, который не сильно хотелось бы колхозить).

PS: Правильно ли я понимаю, что последовательно поставленный индуктор на 20мкГн с практически нулевым резистивным должен решить мою проблемы.

PPS: так, на всякий случай, шины проводников в катушке у меня примерно 20квмм сечением, то есть сильно много снаружи чего-то поставить мне тоже не сильно просто.

PPPS: для блюстителей EMI хорошо экранированная (два слоя сетки) комната в полностью выкопанном в гранитной скале подвале для этих целей у меня имеется, я не сумасшедший просто так эфир засорять, иначе ко мне сразу приедут

Нет.
Теоретически можно установить средний ток, регулируя коэффициент заполнения импульсов, примерно так:
I_DC=D*V1/R
Амплитуда пульсаций тока будет определяться частотой коммутации (исходя из того, какие пульсации Вы считаете малыми):
I_AC=0,5*D*V1/(L*T)

А что за материал катушки? Что не медь - очевидно. Что за сплав? просто интересно.

почему же не медь, она самая. Лист 0.4мм шириной 5см, с силиконовым изолятором, внешним диаметром примерно 8см, то есть около 80 витков. Снаружи с боков и одного торца - водяное охлаждение.
Просто она греется, зараза, и из-за этого у нее сопротивление растет. У меди при комнатной температуре 17.5мОм на метр и квмм сечения, а при высокой температуре до 100мОм на метр и квмм сечения доходит. Из-за этого-то и все танцы с бубном.

iiv, для катушки с фиксированным магнитным полем пофиг сколько витков (с точностью до зазоров при их укладке), главное - сечение катушки по меди (площадь сечения обмотки). Ессно при той же общей геометрии обмотки.

Т.е. можно намотать 10 витков проводом с сечением 1, а можно 100 витков с сечением 0.1. Во втором случае ток катушки (при том же магнитном поле) будет в 10 раз меньше. При этом активное сопротивление обмотки будет в 100 раз больше, но выделяемая на нем мощность окажется той же - I^2*R.

Поэтому вы можете увеличить число витков так, чтобы напряжение на катушке (а оно определяется омиками обмотки) стало удобным - хоть 12В. Плюс при этом - снижения тока питания, увеличение индуктивности и снижение пульсаций магнитного поля - насколько я понимаю это важно для вас.

А для хорошего охлаждения и снижения дрейфа сопротивления можно намотать обмотку медной трубкой и пропустить через нее воду - при этом некоторое снижение эффективного сечения обмотки скомпенсируется улучшением эффективности ее охлаждения. Ну и для стабилизации температуры (средней) обмотки можно регулировать поток воды т.е. поддерживать среднюю температуру обмотки на нужном уровне.

при одной и той же температуре - вы правы, но я уже не один раз написал, что температура гуляет в больших пределах, из-за этого гуляет резистивное сопротивление. Так как основная функция этой катушки - создавать постоянное магнитное поле в диапазоне 0.1-1Т, а величина теплоотвода зависит от габаритов катушки, которые я не могу изменить - то есть впихиваемая мощность строго ограничена сверху 2500-3000Ваттами, то я должен менять входное напряжение, причем не заменой катушки, а именно на лету.

Кстати, по сопротивлению катушки (вернее по падению напряжения на ней) и контрольным сенсорам на поверхности катушки, решая задачу теплопроводности, я могу температуру по объему катушки измерять

Так как речь идет о 200-500А источнике питания мне реально вломы его разрабатывать так как такое чудо не реально купить по крайней мере быстро, поэтому и хочется убить двух зайцев, так как даже 1милиом где-то по глупости поставленный последовательно в этой конструкции при 500А начинает излучать 250Ватт тепла.


ruby_b за время моего участия на этом форуме с 2011 думаю, вы много раз видели мои посты и надеюсь, что понимаете, что такое тривиальное решение, если бы его можно было бы сделать, я бы сразу применил и не занимал бы время читателей нашего форума, и свое бы время бы сэкономил бы

Ну тогда, вьі где- то не договариваете не доизмеряете или просто фантазируете.
1. кусок прямого медного провода сечением 100мм2 длинной 2м уже имеет индуктивность > 2 uH, как у вашей катушки с длинной проводника 15метров получается 2uH????
2. температурный коєффициент меди 0,4%/градус. т.е при при увеличении температурьі катушки на 250град ее сопротивление увеличится на 100% т.е в 2 раза. какая ваша расчетная температура катушки если ее сопротивление изменяется в 5 раз, с учетом того что она охлаждается проточной водой ????
3. что за силикон с рабочей температурой больше 300 градусов ???

1. внутренний диаметр катушки 3мм, длина 5см, 80 витков, по формулам получается 1мкГн, в реале немного больше 2мкГн.
2. При 900С у меди сопротивление как раз 0.12Ом.
3. Силикон - это обобщенное название тетраэтоксисилана, который был нанесен на поверхность меди и размазан тонким слоем. После начала затвердевания скручен в катушку. Катушка без водяного охлаждения в вакууме была выгнана на 700-800С. Хвосты органики улетели, остался оксид кремния, который на химическом жаргоне иногда тоже силиконом называют Вот собственно все.

Ах да, один торец во время работы греется до 800-900С, а с боков и с другого торца - водяное охлаждение. Ну и сама катушка рассеивая 3КВатта хорошо нагревается, поэтому тепло надо хорошо отводить. Благо у меди теплопроводность очень хорошая, и 3КВатта утащить можно. Больше - уже не получается.

Из-за того, что с одного торца так и так 800-900С, заниматься внутренним водяным охлаждением не реально, поэтому трубки внутри катушки не применил. Градиент температуры получается более-менее равномерный, поэтому ничего там не трескается и не ломается - это тоже важно. Да, понятно, что если прозевать с охлаждением, то сопротивление поднимается в 3 раза, а при хорошем стечении обстоятельств - разброс получается только в 2 раза, но лучше заложиться на 3-4 раза. У меня критично если я просто выключу установку, тогда все надо выбрасывать и начинать с начала.

Но разброс в 2 раза - это тоже достаточно много, чтобы задуматься о регулировании, так как то, что есть под рукой - нерегулируемый источник питания на 12 или на 24В.

Ограничения 3КВатта еще вызваны тем, что иначе часть меди может перегреться за 900С и начнет при температуре 1080 плавиться. Пока не хотелось бы заморачиваться с молебденовыми листами в нагретой зоне в параллель с медными в не нагретой из-за сложности конструктива - не забываем про силу Лоренца при этих токах и этом магнитном поле!

Как я понимаю, то, что я сейчас написал - офф-топ, давайте, пожалуйста, исходный вопрос обсуждать

Влезть в ОС существующего БП, работы максимум на час. Ещё можно водой регулировать.

Ни разу не офтоп. Как подключены контакты к такой катушке? Рисунок/фото будут очень кстати. Желательно с <контрольными сенсорами на поверхности катушки>.


Тут явное противоречие с остальным описанием желаний. Например "(постоянное) опорное напряжение" подразумевает отсутствие его пульсаций (чистоту).

Как я понял такая индукция создаётся внутри катушки. Так почему бы не поместить её (катушку) в "железный" корпус (индукция насыщения более 1 Тл и в тыщи раз меньшая напряжённость чем у воздуха) в форме трубы, тем самым уменьшить в несколько раз длину магнитной силовой линии и соответственно ток и мощность выделяемую в катушке, а за одно и внешние помехи. Конструкцию сердечника и его материал можно обсуждать отдельно.
Всё это когда-то проходилось при создании плазмотронов.

у вас есть варианты как подключить 500А постоянного тока? У меня нет, и большинство тоже понимает, что это - что-то медное и толстое, чем толще, тем лучше.


а это зачем, я про теплоперенос тут вроде не спрашивал, какой смысл это показывать, поглазеть типа? Мне реально вломы это все из мокрого песка доставать и фотографировать, а потом сенсоры назад приклепывать и пасьянс из пяти примерно таких катушек снова собирать


можно нормально и адекватно понять что планируется. Нужно постоянное напряжение, с оценкой какие минимальные пульсации будут, если индуктор будет одновременно нагрузкой. В чем непонятность?

Я уже все понял, огромное спасибо советовавшим. Для любопытствующих детально рассказал что делается, наверное кому-то будет полезно и интересно.

Что за вопросы. Вы писали, что сию катушку уже подключали и запитывали от какого-то питальника. Она УЖЕ нагревалась до 900С и давала магнитное поле. Как были подключены контакты? Опишите хотя бы словами или не морочьте людям голову. Вы описав конструктив обошли в описании принципиальные вещи.

Кроме того, вопрос в первом посте плохо согласуется с этим:



Не поглазеть. А правильно ответить на поставленные вопросы. Без всяких "я думал..."

Магнитное поле внутри такой катушки будет пульсирующим, однонаправленным и с постоянной составляющей, за исключением резонансных колебаний индуктора и паразитных емкостей. Величина пульсаций будет падать прямо пропорционально максимальной длительности из двух: либо когда ключ накачивает ток, либо когда катушка отдает энергию в диод и в нагрев себя.
Если нужно, чтобы магнитное поле было постоянным и без пульсаций, нужен фильтр, в котором неизбежно будут потери. Хорошая новость - в отличие от Вашей катушки, такой фильтр можно сделать большим, сократив потери или, как вариант, можно сделать многофазную схему, распределив нагрузку между несколькими источниками, каждый со своим индуктором.
Плохая новость-источник должен давать ток, а не напряжение.
Если не секрет, зачем такой вычурный источник магнитного поля?

Corner ты делал многофазную схему?

Да. Управление от MAX10. Требовался широкий функционал. При установке ПЛИС ставить готовый контроллер нет смысла.

Коллега, на этом форуме принято уважительное обращение к собеседникам на "вы". Даже к знакомым. Кажется, я уже не раз обращал внимание.
Пожалуйста, придерживайтесь.