Разработка и изготовление макета генератора - Страница 4

kreking · 11.03.2023, 12:06

Сообщение от Valentin52

...Но думаю, что при известных размерах и параметрах катушки можно смоделировать различные воздействия импульсные на эту катушку и посмотреть ее поведение, состояние, отклик и т.д...

Как правильно заметили, на просторах интернета можно найти всё или почти всё. Для начала можно скачать "Программа для расчета параметров и магнитного поля системы колец Гельмгольца..." версии 1.1, и подбирать параметры. Потом поделитесь впечатлениями. Кстати там есть и другие программы, не менее полезные.
Не знаю, учтён скин слой или нет, если нет, то надо ток разделить на сечение скин слоя. На одной картинке при 10 кГц, на другой 200 кГц., но даже эти цыфры заставляют задуматься. Не знаю, кто так лихо за полчаса советов надавал

Сообщение от Valentin52

...Я эти параметры катушек посчитал вчера вечером за полчаса. Благодаря консультанту с другого форума...

, в лабораториях года уходят только на создание катушек. При таких гигантских полях, и силы будут немерянные, кто будет рассчитывать конструкцию соленоидов.

kreking · 12.03.2023, 09:59

При таких размерах катушек (220 мм - диаметр) и одного витка шиной 60х60 мм, не получается создать систему последнего генератора с катушками Гельмгольца. С увеличением витков, увеличивается индуктивность катушек, что приведёт к запредельному увеличению напряжения. На частоте 10 кГц индуктивность витка составила 1,6 мкГн, ток 453 кА при напряжении 45 кВ. Поскольку этот ток будет циркулировать и через конденсаторы, нужна батарея конденсаторов с максимальным током выше 500 кА. Отсюда вывод - нужна другая система катушек, более сложная и способная эффективно рассеивать мегаватты выделяемой мощности. На 200 кГц эти катушки дадут поле 0,1 Т.

Valentin52 · 12.03.2023, 12:55

Очень интересно! А почему вы взяли шину 60х60? Я планировал делать 2000 витков ПЭВ-2-1,0.
Скин-эффект не учитывался.
С программой расчета буду разбираться, большое спасибо за ссылку!

kreking · 12.03.2023, 19:27

Сообщение от Valentin52

...Я планировал делать 2000 витков ПЭВ-2-1,0...

Почему 60х60, индуктивность ниже, а при 2000 витков, смотрите на картинке. 1 Генри индуктивность на частоте 10 кГц - громадное сопротивление. С программой Helmholtz Coils V1.1 ещё надо разбираться, но даже в этом случае расчёты не утешительные. Можно попробовать в Elcut v 6.6, но она студенческая, не знаю какие результаты там будут. Ещё остались Solidworks+EMS и ANSYS, но там сложнее сделать расчёт.

Valentin52 · 12.03.2023, 19:34

В этих расчетах не учитывает явление резонанса. А я на него очень рассчитываю.
При раскачке тяжелой качели достаточно небольших усилий, но синфазно и синхронно подаваемых.
Хочется и здесь сделать что-то похожее.

kreking · 12.03.2023, 21:09

Сообщение от Valentin52

В этих расчетах не учитывает явление резонанса. А я на него очень рассчитываю...

Ёмкости очень маленькие, напряжения высокие. При 500 В заряженной ёмкости, пиковое напряжение более 1 МВ, а при 5000 В, зашкаливает за 10 МВ. Пробивное напряжение провода с изоляцией 3100 по паспорту. Coil64 дал 46 слоёв, значит в слое 43 витка, а это приведёт к напряжению между слоями (10 кГц 500 В на ёмкости) 21,5 кВ. Если увеличить изоляцию между слоями, катушки будут не оптимальные, малоэффективные и возможно магнитное поле будет искажено. Не даром на aliexpress продаются катушки Гельмгольца по цене более 200000 руб. (Высокооднородная комбинированная Магнитная индукционная катушка Helmholtz) при (30 Гаусс [Гс]) 0,003 тесла [Тл].

Valentin52 · 12.03.2023, 22:13

Очень интересно! Спасибо!
Общая индуктивность двух катушек Гельмгольца равна сумме их индуктивностей + какая-то еще взаимная индуктивность. Это при последовательном и синфазном включении.
Интересно, а при противофазном включении индуктивности катушек будут вычитаться?
Кто-нибудь может ответить обоснованно?
Боюсь, придется число витков уменьшать, диаметр провода увеличивать...

Вот еще вопрос, для меня совершенно неясный: как схемно решить задачу добавления энергии в такой колебательный контур?
По идее, надо добавлять по чуть-чуть, раскачивая резонанс в этом контуре. Но вот как это реализовать практически?
Я планировал использовать микросхему CD4046, но вот как энергию в контур добавлять?
Пока что у меня только одна идея - дополнительные катушки рядом с основными, с меньшим числом витков, меньшим диаметром провода... как-то так.
У меня Coil64 дала несколько иные результаты:
https://folding2-‹br /› my.sharepoi..._XORQ?e=ezK12v
https://folding2-my.sharepoint.com/:...91jhw?e=Ue6iA2

kreking · 13.03.2023, 00:04

Сообщение от Valentin52

У меня Coil64 дала несколько иные результаты:
[IMG]https://folding2-

Картинки и файлы можно добавить используя "Расширенный режим", нажимаете на скрепку и в новом окне добавляете файл или ссылку на файл, после закрываете окно. Рекомендую ознакомиться с программой Elcut, там, если есть необходимость, можно попросить разработчиков провести все расчёты в профессиональной версии без ограничений на количество узлов, но геометрическую модель должны сами составить и указать тип задач. Elcut позволяет рассчитать и смоделировать практически все задачи. На YouTube есть видео "Моделирование электромагнитных катушек в ELCUT"

Видео:

Досмотрите до конца и выясните, какие Вам нужны задачи. На счёт геометрии, действительно неудобно создавать, но есть импорт из других CAD программ. И на последок, у Вас сырое предложение, попробуйте разбить на несколько предложений или тем, форумчане, думаю, откликнуться и на предложения по работе и на вопросы изготовления катушек.

kreking · 19.03.2023, 12:01

Сообщение от Valentin52

...По идее, надо добавлять по чуть-чуть, раскачивая резонанс в этом контуре. Но вот как это реализовать практически?..

Изначально контур не нагружен, нет нагрузки. Начальные потери в проводниках, диэлектриках и конструкции держателей катушек, должны компенсироваться мощностью генератора. До определённой мощности потери будут приемлемыми, но с увеличением мощности, будут влиять изначально малозначимые потери. Дальше нужно увеличивать мощность и той мощности, заявленной Вами, окажется недостаточно. Смысл катушек Гельмгольца - создать однородное поле в некотором объёме пространства. При внесении образца в поле воздействия катушек, добротность и резонанс будут меняться, зависимость будет в соответствии с материалом исследуемого вещества. Чем тоньше катушки Гельмгольца, тем равномернее магнитное поле.

Valentin52 · 19.03.2023, 12:14

Спасибо за отклик!
Это все понятно и действительно, я тоже так думаю.
Если мощность раскачивающего генератора будет больше потерь в контуре - то возникнут незатухающие колебания, верно?
При увеличении раскачивающей мощности автоколебания в контуре будут пропорционально возрастать. Конечно, возбуждающий источник имеет конечную мощность 300-500 Вт. Это действующая мощность, в импульсе, если нужно, можно получить гораздо больше. А раскачка контура производится ведь импульсами, верно? Можно ли считать, что при соотношении длительности возбуждающего импульса к его периоду, например, 1:10 (скважность =10) мгновенная мощность в импульсе будет около 3-5 кВт? Ну это максимальная, конечно.
Мне пока не ясен схематический принцип подключения возбуждающего генератора к катушкам? Что можете посоветовать?
Если делать с каждой катушкой еще и возбуждающую катушку (с меньшим количеством витков?), то на нее ведь тоже будет наводится ЭДС от основной катушки, верно? А это будет сильно мешать и даже, может быть, отвлекать магнитное поле на эту возбуждающую катушку. Или нет?
Может быть как-то через разделительный конденсатор большой емкости?
Или есть еще какие-то схематические решения?
Заранее благодарен за ответ и ваше время!