Resonante Solenoide De Controladores

Question

A través de los años siempre me he preguntado por qué no hacemos más uso de la resonancia cuando la conducción cosas como solenoides y relés.

Todos usamos el circuito por debajo ad-infinitum y solo tolera la actual y la pérdida de energía que intervienen en la celebración del solenoide o relé en el lugar. Poder que en realidad no funciona.

^{simular este circuito – Esquema creado mediante CircuitLab}

Ella siempre me ha parecido que, desde la bobina es un bonito inductor de todos modos, se podría utilizar un oscilador resonante a la unidad de lugar? Quizás algo como un típico Colpitts.

Ahora concedido, la bobina tendría que ser diferente. La mayor inductancia y menor resistencia en serie de sus típicas off-the-shelf relés y solenoides. Pero me parece que con el derecho de bobinas y condensadores se podría mantener que la bobina activada por un tiempo muy largo, mientras que el uso de una mínima cantidad de corriente para mantener el circuito resonante.

El campo magnético sería, por supuesto, oscilante y de menor intensidad en promedio, pero las frecuencias involucradas sería lo suficientemente alta como para estar más allá del tiempo de reacción de la mecánica, y la intensidad de la cosa puede ser compensados en el ca de diseño.

Yo, por supuesto, darse cuenta de que usted todavía tiene que reemplazar el IR pérdidas.

Mi instinto me dice que hay algo fundamental que me estoy olvidando o no considerar aquí. De hecho, estoy teniendo un tiempo difícil conseguir que mi viejo en la cabeza envuelta alrededor de cuál es el mecanismo y cómo el IR pérdidas se refieren a la resonancia de la corriente VS. La corriente de DC. Buscando en internet no ha dado nada útil.

¿Qué sería de evitar que esto funcione? Alguien ha probado esto en la práctica?

Answer 1

En ningún caso una bobina impulsado en la resonancia ser mejor que una impulsada con la DC.
Esta es la suposición de que el trabajo de la bobina es hacer un campo magnético, y que este requisito existe independientemente de cómo la bobina es impulsado.

Dado lo anterior, de una manera o de otra corriente que debe mantenerse fluyendo a través de la bobina para producir el resultado deseado. Eso significa que la energía se desperdicia debido a la I²R pérdidas. Esto significa que usted quiere que el más bajo de la corriente RMS que todavía hace que la deseada campo magnético, no importa lo que la actual es causada por el circuito externo de la bobina.

Con DC, puede proporcionar exactamente esa corriente que hace que el Amplificador*turnos de campo magnético que requieren. La relación de la corriente RMS a mínimo actual es de 1.

Incluso si usted no tiene cuidado acerca de la polaridad del campo magnético, usted todavía tiene que tener el mismo promedio(abs(actual)) sea cual fuere la forma de onda de utilizar. Si que es otra cosa que una línea plana (DC), el RMS(actual) será más alto que el promedio(abs(actual)) que impulsa el campo magnético. Sin embargo, el I²R las pérdidas de energía de uso el valor RMS de I.

Creo que usted está considerando resonancia porque se imagina que el reciclaje de la energía en la bobina. Mientras que la resonancia hace que sea posible para ahorrar la energía de un ciclo y la utilización de nuevo en la próxima, que no se puede obtener alrededor de la física básica de la I²R pérdidas. La resonancia es realmente un truco en la conducción de los circuitos, no se nada de la bobina en sí "ve". Tenga en cuenta que con una buena DC sistema de conducción, la energía en la inductancia es continuamente re-utilizado. Sólo la energía para superar el I²R pérdida se agrega a lo largo del tiempo.

Usted también puede estar pensando que son el ahorro de energía mediante la reducción de la resistencia, por lo tanto, menor I²R pérdidas. Eso es cierto, pero se aplica igual de bien a cualquier unidad de la forma de onda. Por ejemplo, un buen convertidor buck sería menos corriente desde la fuente a la unidad de un solenoide de baja R a la misma corriente como uno con mayor R. El ahorro de energía de menor R se pasa a la parte de arriba de la fuente de energía.

Vamos a ver en el extremo de un super-realización de solenoide con 0 DC resistencia. Se puede decir que con un eficiente condensador, puede mantener el solenoide contratado por formar parte de un circuito tanque. Idealmente, no más de la potencia de entrada es necesario para mantener el solenoide comprometidos. Sin embargo, el mismo ahorro se aplica simplemente cortocircuito en el solenoide de una vez la corriente deseada se construye. La corriente circula por siempre y para producir un campo magnético constante.

No hay necesidad de cubrir de la energía de ida y vuelta entre un condensador y el inductor para guardarlo. Usted puede simplemente dejarlo en el inductor igual de bien. El último es el más sencillo, permite una más fácil y más eficiente de la unidad de circuitos, y es más óptimo en términos de I²R las pérdidas en el solenoide.

Ejemplo

Digamos que un solenoide requiere de 100 mA a mantenerse a cabo todo lo que su operación deseada. Polaridad magnética no importa. La bobina tiene una resistencia DC de 50 Ω.

Con 100 mA DC a través de la bobina, que se disipa (100 mA)²(50 Ω) = 500 mW.

Vamos a comparar que a la conducción de la bobina con una onda sinusoidal. Vamos a analizar uno a la mitad de la onda del seno. El promedio de una sinusoidal de 0 a Π es 2/Π = 0.637. Los picos por lo tanto, habría que ser Π/2 = 1.571 de la media, o 157 mA. El RMS de este seno es 1/sqrt(2) del pico = 111 mA. El I²R pérdida es así (111 mA)²(50 Ω) = 617 mW.

Simplemente no hay forma de engañar a esto de la física básica de la potencia disipada en la bobina en sí.

Esto no dice nada acerca de las pérdidas en la conducción de los circuitos. En algunos casos, una particular forma de onda pueden ser producidos de manera más eficiente que otro que resulta en una baja general en las pérdidas del sistema con una condición sine. Sin embargo, esto todavía tiene que superar inherente a la mayor eficiencia de la DC a través de la bobina para producir el mismo promedio de campo magnético de magnitud.

Circuitos para producir DC son generalmente más fáciles de hacer eficiente que la que producen AC, por lo que encontrar un triunfo con AC sería inusual en la práctica. Yo no veo una victoria con el CA, ya sea mantenida por resonancia o no, en cualquier caso normal.

Respuesta a comentario

Para un solenoide de cd, una vez que la corriente se establece que las pérdidas son puramente I2R, decir 50R. Para un resonante solenoide, para la misma tensión de alimentación puede hacer uso de la resonancia la impedancia de diseño para establecer el mismo efectivo para el mismo voltaje de la fuente (de nuevo decir 50R ignorando el promedio de tiempo de los efectos). Sin embargo, en el último caso, la R es MUCHO menor (Decir 2R), y pérdidas I2R son mucho menos. IV del curso es el mismo, sin embargo, en el resonador, el actual sólo se suministra brevemente en los picos de resonancia, de modo que la potencia total es reducida.

Yo podría estar empezando a ver lo que usted está consiguiendo. Desea utilizar la reactancia de la bobina para permitir la conducción con un razonable voltaje, mientras que el mismo voltaje DC causaría demasiado actual. La bobina para minimizar DC resistencia y la reactancia dominaría.

Sí, el I²R las pérdidas serían menores, pero eso es puramente debido a la menor R, no el hecho de que la conducción de la forma de onda es sinusoidal, o que el uso de resonancia para capturar la energía de un ciclo a re-energizar el solenoide en el siguiente ciclo.

Parece que su concepto se reduce a dos puntos:

El viento de la bobina de manera que su inductancia domina útil para la conducción de frecuencias. Esto incluye hacer la resistencia DC de baja.

El uso de resonancia para capturar la energía de un ciclo y, a continuación, ser capaz de restaurar la energía en la bobina en el siguiente ciclo. La única potencia neta de entrada a este sistema es superar el I²R pérdidas, lo que sería un corto espacio de cada ciclo.

OK, tanto las estrategias de trabajo en el aislamiento, pero no hacer de CA de la unidad, incluso si la perfección de resonancia, mejor que DC de la unidad.

El verdadero ahorro de energía proviene de la menor resistencia DC. Eso es definitivamente una buena cosa que hacer para poder sabio. La razón por la que los solenoides no están hechos con arbitrariamente de baja resistencia es la que cuesta tanto dinero y tamaño.

Imaginar arbitraria en el solenoide con N vueltas, R la resistencia, y I es la corriente necesaria para activar. Ahora ir a través del proceso de pensamiento de reducir a la mitad la resistencia. Puedes empezar doblando el alambre de área de la sección transversal. Ahora el alambre tiene R/2, pero el doble de la de cobre costos. Ahora el viento el mismo número de vueltas y ya tienes tu R/2 solenoide, a pesar de la bobina de la toma de hasta dos veces el volumen como antes.

Pero digamos que usted intenta conseguir inteligente y pensar "Espera, voy a utilizar la mitad de la longitud de alambre y cambiar la especificación para el doble que el actual". Que usted obtiene el mismo campo magnético en el mismo espacio la misma cantidad de cobre. Incluso mejor, usted ahora tiene R/4.

Lamentablemente, sin embargo, la potencia perdida en la resistencia es proporcional al cuadrado de la corriente. Usted tiene 1/4 de la resistencia, pero el doble que el actual. En el extremo, usted tiene la misma disipación como antes, sólo una bobina que se ejecuta en la mitad de la actual y dos veces el voltaje pero con el mismo poder.

Todo esto fue un largo aliento manera de mostrar que su punto #1 está muy bien, pero económica y las limitaciones de espacio hacen que elegir un equilibrio en algún lugar.

En la final, nada de esto importa para la evaluación de resonancia de la unidad frente a la unidad de corriente continua. De una manera o de otra, tiene una bobina con una cierta resistencia de DC, y una cierta inductancia, que requiere de un determinado medio de corriente para funcionar. El cuadrado de la corriente de los tiempos de la resistencia es la pérdida de potencia no se puede hacer desaparecer.

La resonancia es simplemente uno de los medios de accionamiento de CA tan eficiente como sea posible. No hacer de CA de la unidad más eficiente que la unidad de CC. Me mostró sobre cómo seno de la unidad siempre resulta en una mayor pérdida en el solenoide de la unidad de corriente continua.

Así, el chapoteo de la energía entre la bobina y un condensador es una forma inteligente para no perder toda la energía en cada ciclo, pero es aún más eficiente que nunca mover la energía de la bobina en el primer lugar. Incluso si su resonancia mecanismo es eficaz al 100%, siempre tendrá la inherente 23.4% pérdida de potencia mayor del seno de la unidad en relación a la unidad de corriente continua.

Su plan sería útil si eran difíciles de hacer eficiente la unidad de corriente continua circuitos en comparación con AC circuitos resonantes. Sin embargo, la inversa es probablemente más cierto. Fuentes de alimentación conmutadas con fijo DC voltaje o corriente de salida son relativamente fáciles de hacer eficientes. Esto es especialmente cierto de la conducción de un solenoide, donde la bobina puede ser utilizado como inductor de la conmutación de la fuente de alimentación.

Voltear las eficiencias de alrededor, DC unidad disipa el 81% de la energía del seno de la unidad en el solenoide. Dicho de otra manera, cualquier fuente de CC de más de 81% de eficiencia ineludiblemente latidos de CA de la unidad, no importa cuán eficiente, y si se utiliza la resonancia o no.

Answer 2

Para el solenoide/relé para hacer su trabajo, que necesita para producir una cierta cantidad de promedio de H campo, lo que significa Amperios.Cambia, lo que significa que el actual.

Dado que nuestra bobina tiene una resistencia, que los medios actuales de la disipación de energía. Como el H de campo varía linealmente con la corriente, y la disipación como el cuadrado de la corriente, una variación de corriente de CA generará más de disipación de una constante corriente de DC, cuando se está produciendo el mismo promedio de H campo.

La mayoría de las bobinas se especifican de una manera que hace que se disipe más de lo que necesitan, si estuviera en el modo simple. Hay dos factores para ello.

• Ellos tienden a ser especificado con un voltaje de la unidad. El voltaje tiene que ser lo suficientemente alta como para causar suficiente flujo de corriente cuando la bobina está a alta temperatura, así que es un poco excesivo en condiciones normales de temperatura.

• Ellos necesitan más actual para tirar en el que alojarse en. Una vez tirado en el circuito magnético de mejora, y mucho menos corriente que se necesita. La corriente especificada por tanto, es muy excesivo una vez que el relé ha tirado en.

El uso de un smart conductor actual constante, preferiblemente de modo de interruptor, podría resolver ambos problemas, y mucho menos de poder ser tomado por un estándar de bobina de CC que de costumbre. Esto es más caro que un simple conductor. Por lo tanto, existe un equilibrio entre el coste de compra inicial, y el coste de funcionamiento.