¿Cómo se construyen típicamente los inductores de núcleo de aire?

Estoy considerando aprender a construir inductores de núcleo de aire para aplicaciones de energía.

Por ejemplo, actualmente quiero un estrangulador de 0,5-1 mH capaz de manejar 50 amperios durante dos segundos. Bobinar mi propio núcleo de aire parece que podría ser una solución rentable, pero no tengo claro cómo se construirían físicamente y se mantendrían juntas bobinas tan grandes como esa.

He usado bridas para cables antes, pero es una solución económica y rápida, no es algo que me gustaría usar para la producción, especialmente en cualquier tipo de entorno de alta vibración.

¿Hay una forma estándar en que tales cosas se construyen típicamente?

Editar: estos estranguladores están diseñados para usarse en sistemas de ~ 600 VCA, por lo que el aislamiento tendrá que tener clasificaciones de resistencia bastante altas.

Vaya a DigiKey o Mouser y obtenga un núcleo de aire clasificado para su tamaño. Hablando en serio, 500 uH a 50 A será un inductor de núcleo de aire muy grande. ¿Por qué necesita ser núcleo de aire? La ferrita sería mucho más pequeña. Además, si desea producir estas cosas en volumen, consiga una empresa que haga lo que ya sabe cómo hacerlo. Puede hacerlo usted mismo por una sola vez, pero reinventar la rueda suena un poco tonto.
¡Esos distribuidores no tienen lo que quiero, o no estaría pidiendo! (A menos que esté bien escondido). Por lo general, tratamos cosas de bajo volumen en 10-1000 kW. Muchas empresas de magnetismo no están interesadas en absoluto. Los pocos que hay pueden tardar semanas en obtener una cotización, más semanas en obtener prototipos y el costo final suele ser más alto de lo que me gustaría. Estamos optimizando por costo y tiempo, no por tamaño físico, así que estoy buscando otras formas. Bobinar nuestro propio estrangulador puede tener sentido en algunos casos. Y aunque agregar núcleos obviamente hace que las cosas sean más pequeñas, agrega una parte exótica y hace que la construcción sea más compleja. Por lo tanto, núcleo de aire.
También me interesa saber por qué considera no usar material de ferrita. Es probable que tenga una frecuencia de resonancia propia más alta y pérdidas más bajas con ferrita, aunque se debe tener cuidado al elegir el mejor material y separarlo.
Y cuando digo bajo volumen, me refiero a que cincuenta al año sería una tasa de ventas alta. A veces solo queremos tres, SIEMPRE. Las empresas de magnetismo también tienen que pagar por su tiempo de diseño, por lo que el costo unitario de cada inductor aumenta drásticamente en esos volúmenes. Ser capaces de hacer nuestros propios estranguladores de una sola vez rápidamente sería una gran ventaja. También estoy optimizando los recursos de diseño. Para diseñar y construir inductores alrededor de los núcleos, nosotros, como empresa, tendremos que aprender un nuevo y profundo conjunto de habilidades, que probablemente no se pagará por sí mismo en nuestros volúmenes. Los núcleos de aire son mucho más simples de diseñar y construir.
¿Cuál es su rango de frecuencia? Si no es demasiado alto, puede usar un alambre magnético de gran calibre, que mantiene su forma sin bobina. De memoria, los chicos de car audio usan grandes estranguladores de alta corriente para cruces de subwoofer pasivos. Pruebe con distribuidores de audio como Parts Express. parts-express.com/pe/showdetl.cfm?partnumber=255-250
En este momento estoy apuntando a 4 kHz más o menos.
¡Los distribuidores de audio son una idea interesante! Sin embargo, ¿tiene alguna idea sobre sus clasificaciones de voltaje? Supongo que no están clasificados para cientos de voltios...

Respuestas (4)

Es tan simple como usar una forma o armadura sobre la cual enrolla su cable. Una vez que esté en la armadura y enrollado, puede pegarlo o incluso pintarlo con una pintura epoxi que le dará fuerza. Sin embargo, tendrá que tener en cuenta la producción de calor. En algunos casos, es posible que desee dejar el coli en la armadura del devanado, si ha elegido el m r para ser ~ = 1, esto también podría guardarse.

Si está utilizando alambre litz, probablemente tendrá que dejarlo en la armadura.

Hay empresas que venden brackets y clips para este tipo de cosas. el término que estará buscando y aquí hay un enlace a una página que da hardware . hay muchos competidores.

Estos deben estar fácilmente disponibles; son componentes básicos en el mercado de los altavoces de alta fidelidad y profesionales (PA y grabación).

50A está un poco por encima de la clasificación de corriente promedio, pero para pulsos de corta duración (2 s) en un ciclo de trabajo bajo (no menciona el ciclo de trabajo), la potencia media será relativamente baja.

Un par de proveedores bien conocidos: Wilmslow Audio y Solen , este último con una hoja de datos bastante buena .

El 10AWG 0.68mh de Solen, por ejemplo, muestra una resistencia de CC de 0.08 ohmios, o una caída de 4 V o una disipación de 20 W (editar: vaya, 200 W) a 50 A. Eso probablemente sería insostenible al 100% del ciclo de trabajo; puede evaluar los resultados en su caso de uso.

No parece que valga la pena enrollar el tuyo propio, para mí.

Las clasificaciones de voltaje pueden ser un problema. Solen enumera un "voltaje de prueba" de 1000 VCA, que supongo que es una clasificación de alto potencial. No he visto ningún otro que enumere una clasificación de voltaje en absoluto. No especifiqué una clasificación de voltaje en mi pregunta; añadiendo ahora.
Clasificaciones de voltaje más altas: ¿cuál es la preocupación? presumiblemente, lo que le preocupa es el voltaje de pulso, a través de la inductancia, sin una ruptura del aislamiento de giro a giro: es posible que puedan proporcionar una bobina de varias secciones (sería efectivamente varios inductores más pequeños, en serie, de modo que el voltaje a través de cada está dentro de la calificación) Voy a sugerir que se comunique con Solen con una especificación más completa. Creo que solían hacer vientos personalizados para compañías de audio y es posible que aún lo hagan.
¡Solen fue sorprendentemente útil en comparación con la mayoría de los fabricantes de imanes! Me dieron la hoja de datos de su cable (¡clasificación de aislamiento de 6 kV!) y se ofrecieron a darme un certificado. de cumplimiento de cada envío. ¡Muy útil! Gracias por el consejo.

Aquí hay una imagen de cómo enrollar una bobina con núcleo de aire: -

ingrese la descripción de la imagen aquí

Hice algunos cálculos basados ​​en 50 vueltas con un diámetro de bobina de 10 pulgadas y una longitud de solenoide de 25 pulgadas. La inductancia salió a 219uH. Supuse que con la necesidad de realizar 50A, cada giro se repetirá en un espacio de 0,5 pulgadas.

Tal vez puedas hacer el espacio un poco más pequeño y obtener 500uH.

¿Este tamaño es excesivo para lo que necesitas? Solo tú puedes decidir.

La gente hace bobinas de este tamaño cuando construye bobinas de Tesla para generar arcos/plasmas de alto voltaje.

Tal vez compare el tamaño usando un núcleo: -

ingrese la descripción de la imagen aquí

¿Se adapta mejor a tus necesidades? Disponible en Farnell.

¡Gracias por eso! Una cosa a tener en cuenta es que solo necesito dos segundos, no continuos, por lo que el calibre de su cable es probablemente mucho más grande de lo necesario. Corte que debería reducir en gran medida el radio, lo que reducirá aún más la longitud.
Un radio más grande significa una inductancia más grande: mire la fórmula; es R al cuadrado arriba y solo R abajo. Si puede reducir los espacios de la bobina a la mitad, entonces está en aproximadamente 481uH. La inductancia tiene que ver con el área y la forma óptima del área es un círculo. Largo y delgado no es muy bueno. Más giros también son buenos.
Ah, así es, mi error.

he hecho esto No para conversión de energía, sino para PFN. Para los solenoides de una sola capa, lo más fácil es conseguir una tubería de PVC en la tienda de construcción local. Viene en una variedad de diámetros, cortados a la medida. Envuelva el alambre magnético de manera uniforme alrededor y a lo largo de la tubería. Veo que Andy te dio una fórmula. Aquí hay otro si te gusta la métrica.

L = 9.8425  10 -6  diámetro 2 Nuevo Testamento 2 4.5  diámetro + 10  Len

dónde:

  • Diámetro = diámetro (m)
  • nt = número de vueltas
  • Longitud = longitud (m)
  • L = inductancia en Henries

Editar:

Sobre enrollar. Usamos alambre magnético de 14 AWG, envuelto en un tubo de PVC de ~8 pulgadas por ~3 pies. Ya no recuerdo cuánta inductancia era, pero eran mili-henrios. A ver, usando la ecuación: habría sido por unas 580 vueltas (14AWG es 14,9 tpi), y 375 metros de cable, habría sido unas 14mH.

Como en el comentario de Connor Wolf, perforamos 2 orificios (aproximadamente 1/2 pulgada de distancia) en cada extremo de la tubería. Los orificios se achaflanaron para relajar el radio de curvatura y no tensar el cable allí. Para comenzar en un extremo, pase el cable a través de un orificio lejos del borde de la tubería y vuelva a sacar el segundo orificio más cerca del borde. Eso arregló el cable para el comienzo. Luego simplemente enrolle alrededor de la tubería manteniendo el nuevo devanado junto al anterior y manteniendo la tensión en el cable. Mantenga las cosas un poco apretadas a medida que avanza. El alambre tomará la forma de la tubería. Después de enrollar hasta el otro extremo del tubo, corte el cable y páselo por los dos orificios restantes como al principio. También colocamos un par de tiras de cinta adhesiva de doble cara a lo largo de la tubería, para ayudar a estabilizar el cable mientras se enrollaba, pero no creo que fuera necesario.

Se necesitaron tres personas para hacer esto, algo ad hoc. Dos manejaban la rotación de la tubería y uno manejaba el cable y mantenía las cosas alineadas y lo suficientemente apretadas. Una vez que el cable estuvo en su lugar, quedó muy estable y no se movió, no se necesitó barniz.

Primero construimos algunos inductores más pequeños para practicar, como 4 pulgadas de diámetro por 1 pie de largo, usando la misma técnica.

Editar: un par de pensamientos adicionales.

No teníamos fácil acceso a un torno. Si lo hace, podría convertir esto de una tediosa operación de 3 personas en una tarea no tan mala para 1 persona. El torno podría usarse para manejar la tubería (bobina). Además, podría preparar la superficie de la tubería. Se podría cortar una ranura helicoidal (roscando la tubería) para crear un canal en el que colocar el cable. No es un maquinista, pero según la experiencia con el fresado de plástico, si enhebrara la tubería, probablemente querría:

  • utilice una herramienta afilada.
  • gire lentamente para evitar que el PVC se caliente.
  • controlar la humedad para mantener la estática a raya.

Buscar en Google el torneado de PVC produce esto .

¿Cómo se estabiliza físicamente el alambre magnético en la tubería?
@Remiel: normalmente, cosas como esa se envuelven en el núcleo (la tubería en este caso) y luego se pintan con laca, que básicamente lo pega a la tubería. Cualquier otro adhesivo no conductor probablemente también funcionará (el pegamento caliente es fácil, si no duradero). También puede perforar orificios a través de la tubería al final de la bobina y pasar el cable nuevamente a través de los orificios para capturar los extremos. Sin embargo, en su caso, el cable es tan pesado que probablemente se estabilice solo.