thickman

Нанотрансформатор

72 сообщения в этой теме

thickman    137

В этой ветке буду ковыряться с сердечником из нанокристаллического материала АМАГ-200С. Только не спрашивайте, где такие сердечники можно приобрести, не знаю я этого.  Поставленная тут цель – раскрыть, насколько смогу, потенциал перспективного отечественного материала и сравнить его с популярным ферритом N87 при перемагничивании сердечников током треугольной формы, в идентичных условиях, близким к реальным. Последнее обстоятельство важно, поскольку "изворотливые производители" приводят лишь те цифры, которые получены в наиболее выгодных для данного конкретного материала условиях, не раскрывая всю подноготную.  
Для испытаний выбрал кольцо 40/24/16 от Эпкос и такого же типоразмера MSTN-40S-TH от Мстатор в пластиковом контейнере.  В контейнере вырезан сегмент, в него через термопасту непосредственно к наножелезяке прикреплена термопара. На ферритовом сердечнике под термопарой покрытие с сердечника тоже удалено.  Также будет измеряться температура снаружи на поверхности сердечника пирометром или тепловизором.
В первом эксперименте сердечники перемагничиваются через одновитковые обмотки, они подключены параллельно к источнику прямоугольного напряжения. По программам Старичка я подобрал тестовую частоту, при которой потери одинаковы для обоих кандидатов, она получилась равной 110кГц.  Форма тока в обмотках и частота – на осциллограмме. Измеренная термопарой температура наносердечника  составила 73С, а ферритового  - 78С… - упс, нету обещанного программой паритета:). Наш кандидат по величине потерь обставил породистый немецкий феррит. Надо подчеркнуть, что Старичок тут никак не виноват, - такие уж официальные данные по потерям приводит "изворотливый производитель". Ещё следует учесть, что наносердечник замурован в пластиковый контейнер, отвод тепла наружу заведомо хуже по сравнению с ферритовым соперником и по этой причине температура внутри контейнера завышена, на самом деле истинный отрыв по потерям ещё больше.
Далее планирую провести измерения на частотах 35-50 кГц. В планах также публично устроить ферриту хорошую взбучку – дожать индукцию до насыщения и проверить, пудрит ли тут нам мозг производитель. Думаю, полезно также будет провести измерения для сердечников с отверстием Фомина, чтобы удостовериться, насколько сильно негативное влияние на потери оказывает отхваченная от полезного сечения площадь охваченная короткозамкнутым витком.

110.gif

1.gif

Изменено пользователем thickman
  • Одобряю 1

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
Starichok    1 238

по поводу потерь и производителя.

я подозреваю (практически я уверен), что производитель дает потери на синусе определенной частоты, а не на прямоугольном сигнале.

когда-то я проводил эксперимент на сердечнике ETD34, материал N87. и на ощупь (какого-либо специального термометра у меня нет) нагрев был выше, чем я ожидал. соответственно, я сделал вывод, что на прямоугольнике нагрев заметно выше, чем на синусе.

и по поводу "на ощупь". на газовой колонке с термометром я определил, что при мытье посуды для моих рук пределом является 42 градуса, выше уже терпеть не могу.

но определил я это гораздо позже, чем когда проводил эксперимент на сердечнике. и когда я мучил сердечник, я ориентировался на общую информацию, что рука терпит до 60 градусов.

теперь, когда я определил возможности моих рук, вполне возможно, что нагрев сердечника был не так уж велик, как мне тогда показалось, и возможно, что более-менее соответствовал расчету.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
KRAB    4 630

Для многих ферромагнитных материалов температура 90-120 - РАБОЧАЯ, при которой как раз параметры ОПТИМАЛЬНЫ ... 

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
next sound    68

почему обязательно на треугольнике?

пусть синус, пусть меандр

красивая табличка для сравнения

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
UTSource

Найдите миллионы труднодоступных

электронных компонентов

thickman    137
36 минут назад, Starichok сказал:

теперь, когда я определил возможности моих рук

Воду и феррит нельзя адекватно сравнить на ощупь. Теплопроводность разная.  Попробуйте, пардон,  в бане посидеть сначала на деревянной полке, а потом на металлическом (лучше всего на медном или аллюминиевом) тазике.
Данные по потерям на синусе  приводил Эдуард Фоченков, ещё раз прикрепил катинку. Его измерения сильно разнятся с данными от Эпкос, и опять не в пользу именитого феррита:  http://ferrite.ru/uploads/pdf/products/epcos_mat/PDF_N87.pdf
два этих документа и побудили меня провести прямые сравнения.

АМАГ200  2000НМС9.jpg

Изменено пользователем thickman

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
Starichok    1 238

м-да... табличка впечатляет...

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
thickman    137
В 17.05.2018 в 17:04, Starichok сказал:

табличка впечатляет

Я пока использую сердечники в пластиковом контейнере, у них Кзап поменьше.  Для исследуемого тут MSTN-40S  эффективное сечение всего 56мм^, у ферритового 40/24/16 по даташиту Ae=116мм^. При одинаковых внешних размерах – двойная разница в сечении! Однако наносердечник всё равно уделывает ферритовый, и с хорошим отрывом.

В 17.05.2018 в 16:06, KRAB сказал:

Для многих ферромагнитных материалов температура 90-120 - РАБОЧАЯ, при которой как раз параметры ОПТИМАЛЬНЫ

На умеренных частотах (45-55кГц) нагреть феррит до такой температуры можно лишь увеличением рабочей индукции. Давайте проведём тест на частоте 48кГц с индукцией в ферритовом сердечнике равной  0.34Тл На первой картинке измерения сделаны при комнатной температуре, в наносердечнике намагничивающий ток небольшой, поэтому масштаб выбран в пять раз меньше – 200мА/кл (синий луч). У ферритового (жёлтый) - 1А/кл. Для ферритового виден незначительный заход в нелинейную зону, хотя производитель обещает индукцию насыщения аж 0.49Тл. Ну ладно. Ждём один час, пока температура перестанет расти и устаканится……. Через час работы температура наносердечника – 79С,  ферритового -115С, причём ферритовый в приличном насыщении, для него это уже нерабочий режим! Чуть шаг в сторону, и авария, например, снижение частоты всего на пять процентов приводит к залёту в глубочайшее насыщение, резкому росту тока и срабатыванию аварийной защиты.  Это при индукции всего 0.34 Тл:D . Производитель обходит стороной важное обстоятельство – теплопроводность феррита невелика, внутри тушка горячее, нежели снаружи, поэтому индукция насыщения в таких условиях оказывается меньше расчётной,  это становится заметным  для крупных сердечников.
У наносердечника в этих же условиях  индукция зашкаливает за 0.74Тл, при этом чувствует себя он превосходно, не перегревается, и способен на гораздо большее.

27С.gif

115с.gif

Изменено пользователем thickman

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
Starichok    1 238
13 минуты назад, thickman сказал:

хотя производитель обещает индукцию насыщения аж 0.49Тл

ключевое слово - НА-СЫ-ЩЕ-НИЕ.

а загиб тока намагничивания начинается намного раньше, и при 0,49 Тл ток намагничивания (напряженность поля = 1200 А/м) достигает заоблачных высот...

потому ты и выбрал 0,34 Тл, когда загиб только начинается.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
thickman    137

"Заоблачная высота" - понятие очень сильно растяжимое. Производитель трактует его по своему, как ему выгодно. Для потребителя оно не имеет практического смысла. На картинке макс индукция 0.4Тл, при комнатной температуре отснято, напряжённость около 200 А/м. Как вы считаете, теперь есть насыщение? Даже при безумных заоблачных 1500 А/м вы не сможете получить обещанные 0.49Тл, никто этого не смог повторить, ну кроме самих специалистов Эпкос:D

А наносердечник с эффективным сечением в два раза меньшим в тех же условиях - несгибаемый,  этот факт виден на картинке:

на-сы-ще-ни-е.gif

Изменено пользователем thickman

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
DedLogoped    72

В своё время работал на маслобойке... Вобщем, если не ошибаюсь, у сои оптимальный выход масла когда она поджарена до 142 градусов. Берёшь в руку несколько горошин, в руке тепло, не обжигает. Но как только рука в масле, или просто влажная - тут же волдыри вылазят... Так что щупание на сухую и на мокрую - разные вещи...

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
Starichok    1 238
4 часа назад, thickman сказал:

Как вы считаете, теперь есть насыщение?

в практическом смысле это называется "заход в насыщение".

4 часа назад, thickman сказал:

вы не сможете получить обещанные 0.49Тл, никто этого не смог повторить, ну кроме самих специалистов Эпкос

а ни у кого, кроме специалистов, нет оборудования для измерения индукции при определенной напряженности.

4 часа назад, thickman сказал:

На картинке макс индукция 0.4Тл

это расчетная величина или измеренная? может, у тебя есть оборудование для измерения индукции?

формула, которой мы пользуемся для расчета числа витков в обмотке, полагает ЛИНЕЙНОЕ изменение тока и индукции при прямоугольном приложенном напряжении.

твоя нелинейная картинка для феррита уже не гарантирует, что индукция будет 0,4 согласно расчета. но по измеренной амплитуде тока в этом пике можно посчитать напряженность поля, а по графику кривой перемагничивания в даташите можно приблизительно определить индукцию.

а вообще, феррит и твой "нано" - совершенно не сопоставимые материалы по величине индукции. у этого "нано" допустимая индукция гораздо выше, чем у ферритов, а потому при (примерно) равной индукции ток у "нано" остается линейным. поэтому сравнивать при равной индукции бессмысленно и пустая трата времени...

имеет смысл сопоставлять эти материалы только по потерям. и в результате сопоставления по потерям можно узнать, а во сколько раз можно меньше мотать витков на "нано, чем на феррите, для получения одинаковой мощности потерь (или одинаковой температуры трансформатора).

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
thickman    137

Индукцию смотрю по вашим программам, в первом приближении полагаюсь на линейную зависимость, обещанную производителем. Затем снимаю осциллограмму на макете, если вижу явное насыщение где его быть ещё не должно, значит данные производителя – лажа. Понятно, что при насыщении истинное значение будет меньше расчётного, но меня, как практика, не интересует точное значение индукции, причем критерии производителя не устраивают по двум причинам. Первое, - при напряжённости 1500 А/м  ток холостого хода сравним или даже больше рабочего. Кому оно надо? Второе – при работе на такой индукции с частотами в несколько десятков килогерц ферритовый сердечник перегревается, особенно его внутренние области, Bs при этом снижается и даташитное значение, снятое при комнатной температуре, вообще никакого практического смысла не имеет.

 Для наноматериала дело обстоит по-другому. Зависимость Bs от t очень слабая, седло потерь тоже слабо выражено, сами потери невелики и поэтому вполне допустима работа при индукции близкой к насыщению.

7 часов назад, DedLogoped сказал:

Так что щупание на сухую и на мокрую - разные вещи.

Ну да, "пальцами и яйцами в соль не торкать" (С), поэтому запасся термопарами. Удобен тепловизор, но прибор на работе пока занят, надеюсь попозже выложить картинки.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
Starichok    1 238

ну, на 1500 А/м никто и никого не заставляет залезать. да и даташиты того же Эпкоса приводят кривулины до 1200 А/м.

по даташиту на всеми нами любимый N87 хорошо видно, что загиб начинается выше 0,3Т, а при 100 градусах - даже еще раньше. поэтому я в своих программах ограничил амплитуду индукции величиной 0,3Т.

и еще одна, даже первостепенная, причина такого моего ограничения - потери приводятся для индукции не более 0,3Т, и это для низких частот. для высоких частот данные по потерям кончаются раньше - до 0,2Т и до 0,1Т, в зависимости от частоты.

и кривулины в даташите даются для частоты 10 кГц. а какая будет кривулина, например, на 100 кГц и где она загнется - не знает никто...

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
thickman    137

Пока данные по температуре с одинаковым числом витков в обмотках, частота 50кГц, расчётная индукция для ферритового сердечника 0.27 Тл. Температура "нано" и "ферро"– 56С и 78С соответственно. Позже, уменьшая число витков в обмотке нанотрансформатора, подгоню под одинаковые температуры.

50к.gif

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
Starichok    1 238

хорошо, будем ждать результата количества витков для разных материалов при одинаковой температуре.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
thickman    137

Стенд низковольтный, обмотки маловитковые, поэтому выровняться по температуре сложновато. Для N87 выставил индукцию 0.3Тл. Действительно, как и говорил Старичок, начинает появляться загиб (жёлтым). Четыре витка на N87 и три - на АМАГ200. Наносердечник тоже слегка загнулся (синим). Тепература нано и ферро 73С и 79С  соответственно. Для более точных измерений придётся дорабатывать стенд.

32.gif

33.gif

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
Starichok    1 238

ну, все равно, уже какой-то результат есть.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
thickman    137

 Немного приподнял частоту. Температура замерялась термопарами после полуторачасового прогона, показания для обоих сердечников совпали, T=89С. Тепловизор также показал близкие значения. Потери, рассчитанные по программам Старичка для этого случая, с неравным числом витков, тоже практически совпали для обоих сердечников (4.8Вт и 4.98Вт). Старичку – респект в очередной раз за адекватный софт, он хорошо подходит для оптимизации и сравнительных оценок "нано" и "ферро" .

сравнение.gif

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
Starichok    1 238

ну вот, и добрый результат.

и самое приятное и ценное, что у "нано" индукция почти в 3! раза выше получилась!!!

и я так понял, что это у сердечников внешние размеры одинаковые, а площадь сечения у "нано" примерно в 2 раза меньше?

примерно 2 умножить на 4/3 получим примерно 2,67. видимо, еще из-за каких-то причин индукция получилась почти в 3 раза, то есть, ощутимо выше, чем 2,67...

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
thickman    137

Да, сердечники я специально подобрал с одинаковыми внешними размерами, сечение ферритового по данным Эпкос  - 116.2мм^,  у  MSTN  эффективное сечение 56.16 мм^. Пластиковый контейнер сожрал прилично, у проклеенного сердечника без контейнера сечение было бы побольше при тех же габаритах.
 Приятно удивило довольно точное совпадение расчетов по программам с практическими результатами – температура по замерам  и потери в прогах одинаковы.
Теперь на картинках два наносердечника, один с отверстием Фомина. Ток перемагничивания сердечника с ОФ немного больше (синим на осцилограмме, на термограмме он слева), что понятно. На горячие красные пятна не следует обращать внимание, крышки с контейнеров сняты, под ней на сердечнике капли силикона, под ними сердечник хуже охлаждается. В целом, температура сердечника с ОФ повыше – охваченная короткозамкнутым витком  часть сердечника снижает эффективное сечение. Тем не менее, следует помнить, что при введении контроля намагничивания не нужно закладывать запас по индукции на всякие непредвиденные штатной работой случаи. Следовательно, в укороченной  обмотке снижаются потери в меди.  

оф..gif

оф.gif

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
Starichok    1 238

а вот интересно, а как повлияет такой контейнер на индуктивность рассеяния в трансформаторе, когда собственно сердечник находится "далеко" от обмоток?

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
thickman    137

Да никак. Вы провоцируете на очень острую дискуссию. Не получится, я не поддамся :D

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
Starichok    1 238

не провоцировал я...

раз ты считаешь никак, значит никак...

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
Ed 01    11
В 25.05.2018 в 16:45, Starichok сказал:

а вот интересно, а как повлияет такой контейнер на индуктивность рассеяния в трансформаторе, когда собственно сердечник находится "далеко" от обмоток?

 

В 25.05.2018 в 17:32, thickman сказал:

Вы провоцируете на очень острую дискуссию.

В 25.05.2018 в 19:00, Starichok сказал:

не провоцировал я...

Тема действительно не простая. :). Володя правильно понимает, что контейнер бесполезно увеличивает длину провода и это портит дело в плане индуктивности рассеяния. Это правда, она будет больше, чем без контейнера. С другой стороны индуктивность рассеяния сильно зависит от проницаемости, которая для нано на порядок выше феррита. Поэтому индуктивность рассеяния для нано, даже в одежде,  намного ниже чем у феррита. И это позволяет делать такие вещи как разнесение обмоток по тору для гальванической развязки, применение магнитопроводолв с большой средней линией и т.п. Для феррита это дает печальные результаты.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
Starichok    1 238

спасибо, Эдик, за ответ.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Создайте аккаунт или войдите в него для комментирования

Вы должны быть пользователем, чтобы оставить комментарий

Создать аккаунт

Зарегистрируйтесь для получения аккаунта. Это просто!

Зарегистрировать аккаунт

Войти

Уже зарегистрированы? Войдите здесь.

Войти сейчас