הרוויה היא תמיד נושא הן בתכנון שנאי והן במשרנים. אם אנו הולכים לבזבז כסף על ליבת ברזל כבדה ויקרה, אנו רוצים לעבוד אותה הכי קרוב לרוויה שאנחנו יכולים.

הסיבה שהמשרנים פעורים, והשנאים אינם, היא שהם מנסים לעשות דברים שונים.

מטרת המשרן היא לאגור אנרגיה. משמעות הדבר היא שכדי להתקרב לליבה לשדה B יש לקחת כמה שיותר H, כלומר סיבובים אמפריים ככל האפשר. זה צריך נתיב מגנטי בעל רתיעה גבוהה.

מטרתו של שנאי היא להעביר אנרגיה, עם כמה שפחות מאוחסן בשנאי. למעשה, אחסון אנרגיה בשנאי הוא דבר רע , הזקוק לסנוברים כדי להגן על כונני המהפך. זה זקוק לנתיב רתיעה נמוך, כך שלא יהיה פער אוויר, חדירות גבוהה ככל האפשר.

הנה אנלוגיה שאני אוהב להשתמש בה והיא קצת מוזרה, אז אני מגניב אם לא יותר מדי אנשים חורקים אותה, זו אנרגיה מכנית. באנלוגיה זו, מתח הוא המקבילה לשדה B, ולכן רמת הרוויה שקולה למתח השבירה של חומר. המתח, ההתארכות, שינוי האורך, שווה ערך לשדה H, האמפר מסתובב. הנוקשות שקולה לכן לחדירות. פער אוויר הוא חבל גומי, שלוקח הרבה שינוי באורך כדי להגיע למתח הגון. ליבת ברזל היא חבל פוליפרופילן, אשר דורש מעט מאוד עומס בכדי להעלות אותו למתח.

עכשיו, באיזה חבל היית משתמש למערכת גלגלות? ברור שאינו נמתח. אתה לא רוצה לאגור אנרגיה בחבל שבין הגלגלות, אתה רק רוצה שהקלט יהפוך.

באיזה חבל היית משתמש לאחסון אנרגיה? הגומי. אם גם לחבל הפולי וגם לחבל הגומי היה אותו זן שבירה, אתה יכול לאחסן פי 100 את האנרגיה באמצעות חבל הגומי, אם הוא נמתח פי 100 יותר מחבל הפולי.

סימני בונוס.מדוע אנו משתמשים בברזל בכלל במשרן?זה קשור לגודל החדירות, לאובדן נחושת וכו '. כך קורה שלא קל לזרם' לתפוס 'את האוויר סביב מוליך.זה דרך ארוכה סביב המוליך, שדה H נמוך מאוד לכל זרם נתון.זה צריך הרבה זרם כדי לקבל תחום הגון.זה שווה ערך לחבל הגומי שלנו ארוך מאוד ודק, ולכן עלינו להשתמש בחבל פולי כלשהו כדי "להעביר אותו" לסוג של מרחקים וכוחות שתואמים יותר את שאר המערכת שלנו.ליבת הברזל מרכזת את שדה H עד לפער האוויר הקטן.

מדוע אנו רוצים פער בחומר הליבה בזמן תכנון המשרן?

ו ...

הסיבה היחידה להשאיר פער הגיוני היא להגדיל את מספר פרמטרים עיצוביים כדי להשיג השראות כתוצאה מקרוב ערך בסוף. אני לא מוצא שום סיבה אחרת להשאיר פער.

יש סיבה עיקרית וזה ברור מהנוסחאות שאתה מצטט: -

מה שרווי משרן הוא יותר מדי זרם ויותר מדי סיבובים עבור גאומטריית ליבה נתונה וחומר ליבה. עם זאת, על ידי הוספת פער אנו עשויים לחצות את חדירות הליבה ומשמעות הדבר היא ש היינו יכולים להכפיל את המגברים (או להכפיל את הסיבובים) כדי להשיג את אותה רמת רוויה שהייתה לנו קודם, אך ההשראות יהיה חצוי כשחצינו את החדירות.

למרבה המזל, כאשר אנו מחצאים את חדירות הליבה, בכדי להחזיר את הערך המקורי של ההשראות, עלינו רק להגדיל את מספר הסיבובים ב- \ $ \ sqrt2 \ $ כך שאם חצינו את החדירות בפער, הפוטנציאל להימנעות מרוויה השתפר ב- \ $ \ frac {2} {\ sqrt2} \ $ = \ $ \ sqrt2 \ $.

משמעות הדבר היא שאתה מקבל את אותה ההשראות אך כעת תוכל לקבל זרם תפעולי שהוא גבוה יותר \ $ \ sqrt2 \ $ לאותה רמה של רוויית ליבה כאשר הליבה לא נפרצה.

מה שאני מבין משתי הנוסחאות הללו הוא, אורך הפער משפיע גם על צפיפות השטף המגנטי ועל ההשראות עם אותו פרופורציה

ו ...

בכך שאנחנו עוזבים את הפער, אנו מפחיתים את צפיפות השטף המגנטי ואת ההשראות עם אותו מקדם

לא; תסתכל על הנוסחה הראשונה שלך - היא אומרת לך שההשראות היא פרופורציונאלית לסיבובים בריבוע ואילו בנוסחה השנייה שלך, השטף הוא פרופורציונאלי לסיבובים (ללא מונח ריבועי) אז לא, הם לא משתנים עם אותו פרופורציה או מקדם.

אם פער גורם להתאוששות לחצי, צפיפות השטף הולכת ומחצית גם לאותו זרם תפעולי, אך כדי להחזיר את ההשראות למה שהיה קודם, על הסיבובים לעלות ב- \ $ \ sqrt2 \ $ ומכאן שהשורה התחתונה היא שצפיפות השטףירד ב- \ $ \ sqrt2 \ $ עבור אותו זרם הפעלה.זה יתרון וגדול.

אתה צודק שההשראות המרבית מושגת ללא פער, אך לחומרי הליבה יש חדירות משתנה עם שינויים בחוזק השדה המגנטי.ראה את התרשים למטה:

יש גם שינוי בחדירות לטמפרטורה.

אתה יכול לראות שללא פער, ערך ההשראות ישתנה במידה רבה ככל שהזרם דרך המשרן שלך השתנה.עם זאת, החדירות של שטח פנוי (μ0) קבועה.אפילו עם אורך פער קטן, הערך של ℓg / μ0 יכול להיות הרבה יותר גדול מ- ℓc / μc, כך שתרומת גיאומטריית הפער במשוואה שלך יכולה לשלוט על השונות של חומר הליבה.זה מאפשר לבנות משרן עם ערך השראות קבוע למדי על פני מגוון רחב של זרמים וטמפרטורות.

מכיוון שכמעט כל האנרגיה המגנטית מאוחסנת בפער האוויר!

צפיפות האנרגיה היא BxH.B זהה באוויר ובברזל אבל H הוא גורם 1 / mu_r גדול יותר בפער האוויר, כך שזה נחשב.במקום פער אוויר אתה יכול גם לבחור פריטה עם ערך mu_r נמוך, מה שאני חושב עליו כליבה "אוורירית".

רק אם אינך צריך לאחסן אנרגיה מגנטית, כמו במקרה של שנאי בו הכוח עובר מבלי להיות מאוחסן, עליך להשתמש בליבה ללא פער אוויר.

תשובתו של אנדי אקה הייתה מאירה עבורי. ואכן, כאשר אנו מוסיפים פער ומקטינים את החדירות היעילה הכוללת \ $ \ left (\ mu_e = \ dfrac {\ mu_0 \ mu_c (\ ell_c + \ ell_g)} {\ mu_0 \ ell_c + \ mu_c \ ell_g} \ right) \ $ , אנו מקטינים את צפיפות השטף ומקבלים יותר שולי רוויה. לכן, אנו מצליחים להוסיף עוד סיבובים לפיתול. ומכיוון שההשראות גדלות בריבוע מספר הסיבובים, אנו מגדילים את ההשראות המקסימלית שניתן להשיג מבלי להרוות את הליבה. במקרה הקיצוני, אם אנו מסירים לחלוטין את חומר הליבה, ההשראות המקסימלית ללא רוויית הליבה הופכת לאינסופית.

הנוסחאות להשראות וצפיפות השטף המגנטי הן:

$$ L = \ dfrac {N ^ 2A_c} {\ dfrac {\ ell_c} {\ mu_c} + \ dfrac {\ ell} {\ mu_0}}, \ quad B = \ dfrac {N I} {\ dfrac {\ ell_c} {\ mu_c} + \ dfrac {\ ell_g} {\ mu_0}} $$

אם אנו רוצים לשמור על צפיפות השטף קבועה מבלי לשנות את כמות הזרם המבוקשת, עלינו לשמור על היחס הבא קבוע למקדם, נגיד \ $ k \ $ span >.

$$ \ dfrac {N} {\ dfrac {\ ell_c} {\ mu_c} + \ dfrac {\ ell_g} {\ mu_0}} = k $$

סידור מחדש של התנאים:

$$ \ ell_g = \ dfrac {\ mu_0} {k} N - \ dfrac {\ mu_0} {\ mu_c} \ ell_c $$

מסכם את זה,
אנו משאירים את הפער במטרה להגדיל את ההשראות מבלי להרוות את הליבה. זה מושג על ידי העובדה ש \ $ B \ propto N \ $ ו- \ $ L \ propto N ^ 2 \ $ למרות זאת \ $ B \ propto \ mu_e \ $ ו- \ $ L \ propto \ mu_e \ $ .

מדוע אנו רוצים פער בחומר הליבה בזמן תכנון המשרן?

מכיוון שאין לנו את החומרים האידיאליים הזמינים, כדי להפוך משרן טוב.

בסדר, אז מה משרן טוב?

אנו הולכים להשתמש בחומרים יקרים, ולכן עבור כל כמות מוגבלת מהם, אנו רוצים את ההשראות הגבוהה ביותר, את אחסון האנרגיה הגבוה ביותר, מתוך כמות קבועה כלשהי. חומרים שונים מגבילים את אחסון האנרגיה בדרכים שונות.

ספר לי עוד על מגבלות אלה

נחושת מגבילה את הזרם שנוכל לדחוף דרך משרן בגלל חימום. אם אנו מייצרים משרן ליבת אוויר, זה תמיד הדבר שמגביל את אחסון האנרגיה המרבי. אם היינו רוצים להפעיל זרם גבוה יותר, היינו יכולים לעשות זאת בקצרה לפני שהסליל מתחמם יתר על המידה.

חומרים פרומגנטיים כמו ברזל או פריט מגבילים את שדה B בליבה. ברגע שפגענו ברוויה, החדירות יורדת, ואנחנו לא מקבלים שום תועלת נוספת מהליבה. היתרון הוא שזה נותן לנו הרבה B- שדה עבור ה- ampere-Turns שלנו (שדה H). החדירות של חומרים אלה היא בתחום 1000, כלומר יש צורך במעט מאוד זרם בכדי להרוות אותם. מאחר שהאנרגיה המאוחסנת היא תוצר של שדה H ו- B, ברצוננו להגדיל את שדה H ללא גידול שדה B מתאים.

מדוע הגבולות חשובים לתכנון משרנים טוב?

משרן טוב מוגבל באותה מידה גם על ידי הנחושת וגם על ידי החומר המגנטי.

עם חומר מגנטי חדיר נמוך כמו אוויר, הזרם מוגבל על ידי חימום סלילי. אנו יכולים לאחסן יותר אנרגיה עם שדה מגנטי יותר, ולכן נרצה באופן אידיאלי להגדיל את החדירות לקבל יותר שדה B עבור הזרם שלנו. למרבה הצער, עם ההתנגדות של נחושת, חדירות האוויר והגיאומטריות האופייניות של סליל / ליבה שאפשריים, החדירות האידיאלית מתבררת בשנות ה -10 עד 100 המאוד נמוכות.

לחומרים חדירים גבוהים, פריט וברזל יש נתונים בטווח של 1000 ו 1000 בהתאמה, נוטים להגיע לרוויה בזרם סליל נמוך יותר ממה שהסליל יכול להתמודד עם חימום. עלינו למצוא דרך להשתמש בזרם יותר. מה שאנחנו צריכים זה ליבת חדירות נמוכה יותר כך שזרם גדול יותר יגדיל את שדה H מבלי להגדיל את שדה B. פער אוויר סדרתי מפחית את החדירות היעילה מטווח 1000 לטווח 10-100.

האם ישנם חומרים אחרים שנוכל להשתמש בהם במקום ליבה עם פער אוויר?

כן. אנו יכולים לסנתז חומרים עם חדירות יעילה בתפזורת בטווח של 10 עד 100 באמצעות אבקה מגנטית קשורה לשרף. זה נותן לנו את מה שמכונה חומרי פער אוויר מבוזרים. כשרואים התייחסות לליבת 'אבקת ברזל', או לטורואידים פריטים עם חדירות בשנות העשור, זה מה שקורה. ליבה מוצקה עם פער אוויר זולה יותר וגמישה יותר לייצור.

זכור, הנחושת הייתה חשובה לא פחות בקביעת החדירות האידיאלית, באמצעות הפסדיה. אם היה לנו מוליך ללא הפסדים, היינו יכולים להשתמש בליבת חדירות נמוכה יותר, מכיוון שנוכל להשתמש בזרם גבוה בהרבה. זה מה שקורה בסולנואידים מוליכים-על, כפי שמשמשים במכונות MRI ו- LHC. שדות אלה עוברים לטסלה רבים, מעל לרוויה של פריט וברזל כאחד.