Jest sobie rdzeń toroidalny z materiału PC40 (mi=2300) o wymiarach 9x5x4mm, co daje średnią długość drogi magnetycznej = 22 milimetry. W rdzeniu wyciąłem szczelinę o długości 1,5mm i umieściłem w niej hallotron TLE405L. Do jego włączenia potrzeba max. 19mT. W praktyce następuje to dopiero przy aż ~20 amperozwojach, a spodziewałem się, że stanie się to przy sile magnetomotorycznej jakieś dwa rzędy mniejszej. Założyłem, że praktycznie całe B odłoży się w szczelinie, ale najwyraźniej tak nie jest. Więc jak to się poprawnie liczy?
Hmm, jakby nie liczyć, 20A*mi_0/1.5mm to niecałe 17mT
formatting link
*+(1+vacuum+permeability)+%2F+1.5mm Mniej niż maksymalna. Może z rozpędu wpisałeś
2pi*10^7 a nie 4pi*10^7 H/m jako przenikalność magnetyczną próżni?
A co do wpływu rdzenia, to w kontekście wytworzonego B dodaje on długość równą dlugości magnetowodu / przenikalność względna materiału.
Trzeba się cofnąć do Maxwella.
Siła magnetomotoryczna rozkłada się na H wzdłuż (dowolnej) krzywej:
Krazenie H = I*n
H leci przez L = 22mm magnetowodzie i l = 1.5mm w szczelinie.
H_s l + H_m L = In
Teraz zaminiamy na B. B = mi_r mi_0 H
B/(mi_0 mi_r) l + B/mi_0 L = I*n
B = I*n mi0 / ( L/mi_r + l )
( L/mi_r + l ) robi za efektywną długość, na której ma powstać pole.
22mm/2300 =~ 1/100 mm = 10um, poprawka pomijalna, więc intuicję, że wszytko w powietrzu, miałeś dobrą. O ile przy tym natężeniu ma te mu_r=2300, w ferromegnetykach ona dość szybko spada wraz z polem.
Amperozwoje podzielone przez długość drogi magnetycznej przeliczają się na natężenie pola magnetycznego (H) a indukcja (B) jest proporcjonalna do natężenia pola oraz przenikalności efektywnej całego obwodu magnetycznego. Dodając szczelinę radykalnie zmniejszyłeś przenikalność a co za tym idzie - indukcję. O dwa rzędy wielkości zapewne.
Oczywiście, literówka. Najbardziej typowy typowiec.
Nie, Bartku, gorzej. Przyjąłem przenikalność szczeliny równą przenikalności ferrytu. Nie umiem wyjaśnić, dlaczego. Chyba bardzo późno musiało być. A potem było wielkie dziwowanie... :-/
Twoja teoria znakomicie zgadza się z moją praktyką. Niestety, ze skutkiem śmiertelnym dla pomysłu, którym miał być niezniszczalny izolator galwaniczny dla bardzo wysokich napięć.
Jako zakres pracy liniowej dla dzisiejszych ferrytów przyjmuje się w praktyce ~200mT (nasycenie mają przy 400..600mT), więc to nie tu jest problem. Nieco sobie "poprawiłem" przenikalność powietrza.
Bardzo dziękuję za odpowiedź Twoją i Romana, to całkowicie wyczerpuje temat.
Użytkownik "RoMan Mandziejewicz" napisał w wiadomości grup dyskusyjnych: snipped-for-privacy@pik-net.pl.invalid... Hello Piotr,
Otoz to. Te 22mm/2300 odpowiadaja ~0.01mm w powietrzu. Mamy wiec drogi magnetycznej w powietrzu 1.51mm, co przy 20Azw daje ~13kA/m. Co w powietrzu daje 16.6mT ... czyli praktyka sie prawie zgadza z teoria :-)
Z efektow dodatkowych:
-w szczelinie strumien ulega poszerzeniu ... ale to akurat rachunkow nie zmieni, tylko strumien w rdzeniu bedzie nieco wyzszy niz zmierzony,
-czesc strumienia zamknie sie "po cieciwie" rdzenia, omijajac szczeline.
Choc tak mysle nad tym 2, mysle ... smiesznie te linie pola musza wygladac ...
Piotrze - ale wlasciwy hallotron jest bardzo cienki, im cienszy, tym lepszy. 15um starczy ... tylko jak je zrobic, nie majac fabrycznego laboratorium ?
A poza tym co to izolacja, gdy mamy milimetrowe wymiary - metr swiatlowodu to jest izolator, choc i tak mierny - lepsze 10m.
A nie ma czulszych ? Chodzi mi po glowie projekt, w ktorym sie zblizalo czujnik do przewodu ... z odpowiednim rdzeniem bylby czulszy
KMZ10 ma 0.5kA/m maksimum, a do kompasow sa chyba jeszcze czulsze.
Zacznijmy od tego, do czego to ma służyć. A służyć ma do zastąpienia optoizolatora przekazującego wolnozmienne sygnały binarne w celu zapewnienia znacznie większej trwałości i odporności na surge. W porównaniu do półprzewodników cewka jest nie do zajechania, zwłaszcza w kontekście przeciążalności krótkotrwałej. Do tego jest sprzężona z hallotronem niemal wyłącznie magnetycznie, bo pojemność wzajemna jest zaniedbywalna. Tylko w celu zapewnienia właściwej izolacji obu układów i ochrony cewki przed samą sobą uzwojenie trzeba nawinąć drutem w potrójnej izolacji. Wg dokumentacji przebicie następuje przy ~6-15kV, w zależności od producenta, co zdecydowanie wystarcza. Widziałeś kiedyś taki drut? Wygląda jak sprężysta żyłka średnicy 0,5mm i podobnie wygodnie sie tym nawija. Do pierwszego wyśliźnięcia się drutu z palców, potem możesz zacząć nawijanie od początku. To nie jest drut DNE, który jak przyciśniesz, tak leży. Jak na rdzeniu
6x3mm zrobisz tym 40 zwojów, to będziesz mistrzem. Można to swobodnie przyjąć za ograniczenie górne. Skoro ma być trwale, to nie wolno użyć żadnych złożonych układów elektronicznych do przetwarzania sygnału, bo z dodaniem każdego elementu niezawodność spada. Na szczęście są gotowe hallotrony z wyjściem cyfrowym. 1 element, prościej się nie da. Do tego miewają zakres napięć zasilania 3-28V, co dodatkowo upraszcza układ, bo nie potrzebujesz stabilizatora szeregowego, tylko równoległy transil na wypadek surge po stronie zasilania. Tylko czułość mają haniebną. No i przy takich ograniczeniach działamy, a właściwie wraz z rachunkami Bartka przestaliśmy działać...
Parafrazując klasyka, zapewne przy użyciu domowej maszyny do epitaksji z wiązek molekularnych, do nabycia w każdym sklepie z osprzętem do półprzewodników. A 15-mikrometrową szczelinę w rdzeniu ferrytowym z łatwością wykonamy przy użyciu kieszonkowej trawiarki plazmowej i imadła.
Może jednak porozmawiajmy poważnie... :-)
"Transoptorowa" izolacja na 3,75kV spokojnie mi wystarcza. O ile w tym zakresie będzie niezniszczalna.
Ale jak ktoś ma dziwne potrzeby, to pomysł jest dobry i znakomicie nadają się do niego tanie jak barszcz osprzęty do TOSLINK. Na 6 metrach plastykowego światłowodu powinno wytrzymac megawolty. Ale to nie ten przypadek.
Nie ma. Najczulsze hallotrony z wyjściem cyfrowym możliwe do nabycia w detalu mają czułość 2mT i w pdf-ie są nazywane "ultra-sensitive". A przy takiej konstrukcji 20mT i 2mT żadnej różnicy nie robi, uzwojenie i się jednakowo nie zmieści. Dopiero ~300uT byłoby sensowne, ale takich w handlu nie ma.
Owszem, ale to są czujniki analogowe, do których trzeba dorobić wzmacniacz i komparator. W porównaniu z gotowym trójkońcówkowym cyfrowym hallotronem unipolarnym znów wychodzi Rube Goldberg. I to razy, np., 60 kanałów.
Trwalsze (grube dekady!) i tańsze przy wykonaniu wielokanałowym. Tylko jeden element półprzewodnikowy, w odróżnieniu od elementów fotonicznych praktycznie niepodlegający zużyciu, a przy tym całkowicie odseparowany od prądów płynących w obwodzie izolowanym. Miejsca na płytce zajmie podobną lub nawet mniejszą ilość, bo konstrukcja jest 3D.
Z tego punktu widzenia transoptor to jest zwykła dioda IR LED, która traci emisyjność na skutek kumulowania defektów w strukturze. Oprócz tego pozostaje sprawa układu, do którego ten LED jest podpięty. To może byc wtórnik emiterowy, a może być 2x50 metrów kabla. W tym drugim przypadku życie zaczyna być naprawdę wesołe. Prąd z konieczności płynie przez diodę, a jaki to będzie prąd i w którą stronę, tego nikt nie wie. Przy polaryzacji zaporowej przebicie i uszkodzenie LEDa może nastąpić już przy kilku woltach. Trzeba dać albo transoptor AC, z symetryczną parą LEDów, albo dodać z zewnątrz diodę o polaryzacji przeciwnej do LED. To już 2 elementy. Przy solidnym EMP oporniczek ograniczający prąd albo wyparuje, albo dozna zwarcia, albo wytrzyma, ale i tak nic nie ograniczy, bo jest policzony na 12V, a nie na 3kV. Połączenie jest szeregowe, więc stosowny prąd zobaczy i dioda, promiennie kończąc żywot. Trzeba dobezpieczać dalej. Dla surge level 4 stosownie będzie dodać równolegle z przewodami i przed opornikiem rurkę wyładowczą GDT w celu skanalizowania większości energii impulsu, za nią szeregowo TBU (czyli zasadniczo 2 MOSFETy zubożone i połączone w topologii ogranicznika prądu AC) celem ograniczenia prądu, który przedarł się przez GDT, a za tym jeszcze transil jednokierunkowy. Razem 6 elementów, w tym kilka stosunkowo drogich. Skuteczne, ale skończylismy z dziełem godnym Rube Goldberga.
A teraz spróbuj ubić cewę. :) Dla prądów wolnozmiennych stanowi zwarcie w obwodzie, więc za darmo rozwiązuje kwestię odporności na elektrostatykę, a na EMP są bardzo porządne druty. Trwałe uszkodzenie cewki to stopienie drutu, a do tego paru dżuli trzeba. Sądzę też, że nawet ewentualne przebicie izolacji drutu nie będzie większym problemem, bo napięcia pracy w stanie ustalonym są za niskie, by istotny prąd popłynął nawet przez izolację zwęgloną.
Ale to można zrobic i bez hallotronu, tylko trzeba mieć źródło napięcia w.cz. Wzmiankowany rdzeń (bez szczeliny) zauważalnie nasyca się już przy
1Az, a przy 1,4Az nawet Stevie Wonder z latwością dostrzeże różnicę. :) Zaleta więc jest taka, że przy solidnym prądowym surge rdzeń się łatwo nasyci i cewka "zniknie" z obwodu, wada: pojawi się pojemnościwe sprzężenie uzwojeń i surge o stromych zboczach przejdzie tędy, a nie przez akcję transformatorową.
Wydaje mi się, że szlifowanie rdzenia + nawijanie uzwojenie + halotron nie może być tańsze od transoptora z osprzętem.
Jak w ubiegłym wieku robiłem pętle prądowe RS232-RS232 zasilane z RS to dla duplex przyjąłem prąd każdej pętli równy 2mA. Transoptor, który ma podany max prąd LEDa 20mA przy traktowaniu 2mA podejrzewam, że jest wieczny.
Oprócz
Mam wrażenie że nie bierzesz pod uwagę, że Surge jest common mode, a nad tym ile z niego zamieni się na różnicowe masz pewną władzę. P.G.
Że co? To Ci się dowcip udał. Oczywiście, że ferryty przewodzą prąd. Stanowi to poważny kłopot przy konstruowaniu transformatorów - trzeba stale pamiętać o tym, że rdzeń zawsze traktuje się jako będący na potencjale ostatniego uzwojenia nawijanego drutem gorszym niż TIW.
Szkolenie konkurencji (nie mojej tylko Ferystera): "Ferryty w zależności od materiału mogą przewodzić albo nie. Te na niższe częstotliwości przewodzą i omomierzem można to spokojnie sprawdzić". Biorę ferryt jeszcze innej konkurencji, malowany na żółto, do przetwornic 100-300kHz. Zdrapuję lakier - przewodzi i to całkiem mocno. Biorę inny, przeciwzakłóceniowy na 200MHz, nie jest malowany raczej (czarny na wierzchu), chociaż po potarciu pod spodem się metalicznie błyszczy, ale nie przewodzi wcale. Na zakresie megaomowym miernik pokazuje przewodność palców, ale ferrytu jakby nie było. Ferrytów Ferystera psuł nie będę, ale zakładam że jak polakierowany to raczej przewodzi. Kilka różnych takich czarnych różnych firm próbowałem - żaden nie przewodzi.
ElectronDepot website is not affiliated with any of the manufacturers or service providers discussed here.
All logos and trade names are the property of their respective owners.