Inductanta bobinelor

[ola_nicolas]

Aveti "rezultate" mai bune ca programele profesionale...

 

Credeam ca exista un adevar lesne de vazut de catre oricine priveste prin prisma unei logici normale. Si anume ca internetul este plin atat de lucruri de foarte buna calitate, dar in acelasi timp si de lucruri indoielnice. Adevarata lupta pe internet este cea cu sine insusi, adica sa fii capabil sa stabilesti foarte rapid ce anume este valoros si ce este balast in toata cantitatea de informatii de pe internet. Daca reusesti sa faci acest lucru, atunci vei sta in mod foarte serios sa analizezi care unealta este profesionala si care nu. Dau aici doua exemple de teorii ale variatiei ariei unui intrefier magnetic. Prima teorie se bazeaza pe materialul: https://pearl-hifi.com/06_Lit_Archive/15_Mfrs_Publications/Texas_Instruments/Magnetics_Design_for_Switching_Power_Supplies.pdf, unde la pagina 48 a documentului se gaseste esenta acestei teorii marcate de mine in prima imagine cu un chenar rosu. O alta teorie este pusa in evidenta la pagina 4 a documentului pdf de la adresa: https://www.comsol.com/paper/download/199469/polit_paper.pdf, reluata de mine in imaginea a doua. Este evidenta (pentru mine cel putin) diferenta dintre cele doua teorii. Prima este de-a dreptul simplista (desi logica) iar utilizarea ei  asa cum este descrisa in documentul respectiv, duce la rezultate satisfacatoare, pana se depaseste o anumita valoare a intrefierului, dupa care rezultatele se indeparteaza de adevar intr-un mod grosolan. Cea de a doua este o invitatie la gandire creativa pentru oricine este interesat de subiect, pe baza unei scheme logice foarte bine detaliata. Probabil in baza ei a gasit Michele Sclocchi acel algoritm specific exemplelor sale ilustrate in MathCAD. Tot inspirat de aceasta schema am incercat si eu sa gasesc alti algoritmi care sa se apropie si mai mult de adevar. Atata timp cat rezultatele se indeparteaza de la asteptari, acel program executabil pentru calculul intrefierului pentru miezuri Ferroxcube, este unul fara valoare practica in opinia mea, nicidecum unul profesional. Argumentele le-am adus prin calcule comparative.

 

[ola_nicolas]

Atasez la acest mesaj, un nou fisier de calcul SMath, revizuit si cu performante mai bune. Valoarea intrefierului calculat cu fisierul vechi este de aceasta data de o acuratete superioara - l_i=1,725 mm / i δ_i=0,863 mm si corespunde unei apropieri in limita de -2,485 % de valoarea reala a inductiei dorite, adica L=14,627 uH in loc de 15 uH. Acuratetea se poate inbunatati si mai mult prin reglaje de diferite tipuri. Spre exemplu, daca in locul miezului E40/27/12 + I40/7.5/12 se alege miezul E33/23/13 + I33/5/13 (pozitia 7 din lista de miezuri) atunci acuratetea creste la -2,375 %. Prin cresterea numarului de spire de la 12 la 19, acuratetea creste si mai mult, la -0,967 %. Iar cei interesati pot face operatiuni de cercetare a variantei celei mai bune, in conditiile stabilite de ei. In atasamentul 1, este o imagine a noului look al fisierului, iar in arhiva din atasamentul 2 este fisierul propriu-zis. Intrucat manipularea datelor de catre un operator neavizat, poate duce la erori permanente ale functionarii  programului de calcul, am protejat de aceasta data ariile colapsabile de calcul prin parole la deschidere. Inputul inductantei dorite se efectueaza in doua casete diferite. O casta este pentru partea intreaga a valorii inductantei, iar caseta a doua poate introduce si o fractie formata dintr-o singura zecimala, dupa virgula. In vectorul principal de afisaj, am introdus si unele date care ar putea fi utile proiectantului de transformatoare, sau de bobine de soc cu miez magnetic si intrefier. Succes in utilizarea noului fisier.

 

 

Intrefier EI-pr.zip

Editat Decembrie 10, 2018 de ola_nicolas

[covaci ioan]

Credeam ca exista un adevar lesne de vazut de catre oricine priveste prin prisma unei logici normale. Si anume ca internetul este plin atat de lucruri de foarte buna calitate, dar in acelasi timp si de lucruri indoielnice. Adevarata lupta pe internet este cea cu sine insusi, adica sa fii capabil sa stabilesti foarte rapid ce anume este valoros si ce este balast in toata cantitatea de informatii de pe internet. Daca reusesti sa faci acest lucru, atunci vei sta in mod foarte serios sa analizezi care unealta este profesionala si care nu. Dau aici doua exemple de teorii ale variatiei ariei unui intrefier magnetic. Prima teorie se bazeaza pe materialul: https://pearl-hifi.com/06_Lit_Archive/15_Mfrs_Publications/Texas_Instruments/Magnetics_Design_for_Switching_Power_Supplies.pdf, unde la pagina 48 a documentului se gaseste esenta acestei teorii marcate de mine in prima imagine cu un chenar rosu. O alta teorie este pusa in evidenta la pagina 4 a documentului pdf de la adresa: https://www.comsol.com/paper/download/199469/polit_paper.pdf, reluata de mine in imaginea a doua. Este evidenta (pentru mine cel putin) diferenta dintre cele doua teorii. Prima este de-a dreptul simplista (desi logica) iar utilizarea ei  asa cum este descrisa in documentul respectiv, duce la rezultate satisfacatoare, pana se depaseste o anumita valoare a intrefierului, dupa care rezultatele se indeparteaza de adevar intr-un mod grosolan. Cea de a doua este o invitatie la gandire creativa pentru oricine este interesat de subiect, pe baza unei scheme logice foarte bine detaliata. Probabil in baza ei a gasit Michele Sclocchi acel algoritm specific exemplelor sale ilustrate in MathCAD. Tot inspirat de aceasta schema am incercat si eu sa gasesc alti algoritmi care sa se apropie si mai mult de adevar. Atata timp cat rezultatele se indeparteaza de la asteptari, acel program executabil pentru calculul intrefierului pentru miezuri Ferroxcube, este unul fara valoare practica in opinia mea, nicidecum unul profesional. Argumentele le-am adus prin calcule comparative.

 

Variatia ariei intrefierului 1.PNGVariatia ariei intrefierului 2.PNG

Am icercat si cu aceasta relatie rezultatele sunt ceva mai bune pentru lungimi ale intrefierului intre 0.1-1,5mm mai ales daca inmultim lungimea intrefierului cu 1,6 astfel (a+L_i *1.6)_*(b+l_i*1,6).

Dupa ce am facut mai multe calcule am observat ca  variatia inductantei  nu este lineara cu cu variatia lungimi intrefierului, de aceeia pentru domenii largi de variatie a lungimi intrefierului sunt necesare alte relatii de calcul mult mai complexe.

[ola_nicolas]

Cred ca te referi la relatiile din primul document citat de mine. Teoria compensarii ariei intrefierului de acolo nu este una liniara ci una patratica. Problema este ca se porneste de la o premisa nu prea bine fundamentata. Si anume de la ideea ca conturul zonei de intrefier depaseste in mod constant conturul miezului magnetic cu o jumatate din valoarea intrefierului pe fiecare latura, sau eventual pe circumferinta ariei sectiunii cilindrice. Intrucat graficul unei ecuatii de gradul doi este o parabola, rezulta ca el admite undeva un punct de maxim/minim. Astfel aria intrefierului este compensata in mod corespunzator pana cand se atige acel punct extrem, dupa care el incepe sa involueze. Exact acest fenomen se observa la rezultatele pe care le da programul executabil pentru miezurii Ferroxcube, despre care am discutat mai sus. In realitate compensarea ariei intrefierului trebuie facuta in mod  gradual. La relatia utilizata de Michele Sclocchi, variatia relatiei de compensare are loc dupa o curba logaritmica. Se pare insa ca aceasta variatie favorizeaza miezurile cu sectiune circulara, nu si pe cele rectangulare. In fisierul SMath pe care l-am atasat in postarea #62 am realizat o compensare multivariata pentru miezuri cu sectiunea rectangulara (E+I) care avantajeaza in primul rand zona intrefierurilor mari. Daca luam acelasi exemplu pe care l-am utilizat mai sus cu bobina de 15 μH, pentru acelasi miez E40 + I40, dar in loc de 12 spire vom bobina 20 de spire, se vede din sceenshoot-ul din atasament ca acuratetea calculului creste semnificativc, de la -2,485 %, la -0,915 % (sub 1 %) pentru un intrefier de 4,792 mm, sau de 2,396, daca intrefierul se prevede si pe portiunile de jug magnetic. Asta inseamna ca pentru acest intrefier, vom obtine o inductanta reala a bobinei de aproximativ 14,863 μH - foarte apropiata de 15 μH. In realitate ne vom indeparta putin de aceasta valoare, in primul rand din lipsa mijloacelor mecanice pentru realizarea precisa a unei asemenea dimensiuni de intrefier, dar si din lipsa mijloacelor de masura cu o acuratete suficient de mare pentru a masura pana la precizii de +/-1 ?m. Iti recomand asadar sa utilizezi cu incredere fisierul de calcul SMath de la postarea #62.

 

Editat Decembrie 10, 2018 de ola_nicolas

[gsabac]

Este bine ca dorim sa ne autodepasim, dar trebuiesc si verificari din afara sistemului propriu de calcul,

 care se pot efectua cu alte programe sau metode de calcul.

In poza sunt prezentate aceleasi calcule cu un miez asemanator, dar cu programul profesional TDK-Epcos.

 

Sunt obtinute rezultate, cum era de asteptat, ca si in cazul programului Ferroxcube.

In programul TDK sunt aratate simultan, rezultatele obtinute cu doua metode de calcul, unul fara

  metoda fluxului de margine si unul cu metoda fluxului de margine.

Deci care este precizia rezultatelor obtinute de @ola_nicolas in comparatie cu programele de firma? 

In atasament este un material cu metoda Sclocchi, calcule ce pot fi efectuate si manual.

 

@gsabac

sclocchi.pdf

Editat August 2, 2018 de gsabac

[ola_nicolas]

Salutari.

 

... Deci care este precizia rezultatelor obtinute de @ola_nicolas in comparatie cu programele de firma? ...

 

Inductanta realizata de un miez gapat dupa calculul cu instrumentul TDK prezentat de dumneavoastra este calculata in imaginea atasata

 

acuratetea=(marime realizata - marime dorita)/marime dorita. Despre precizie nu discutam. Ea reprezinta o alta calitate a calculului.

 

acuratete_TDK=(L_e-L)/L=(14,267-15)/15=-0,04887  -  adica -4,887 %;

 

acuratete_{ola_nicolas}=(L_ei-L)/L=(14,627-15)/15=-0,02485  -  adica -2,485 %;

 

Semnul minus din relatiile de mai sus inseamna ca marimea realizata este mai mica decat marimea dorita. Privite din punctul de vedere al valorilor absolute, 2,485 % este o valoare mai mica decat 4,887 %. Cu alte cuvinte acuratetea unui rezultat aflat la 2,485 % distanta de tinta este mai mare decat acuratetea unui rezultat aflat la 4,887 %. As putea spune chiar ca acuratetea in cazul calculului efectuat cu fisierul meu este de doua ori mai mare fata de cea a calculului realizat cu calculatorul TDK. Pe de alta parte, daca intrefierurile de 2,73 si 2,78 erau la peste 38 % distanta de tinta, atunci rezultatul de 2,9, probabil trece la peste 40 % distanta fata de tinta. Tinta fiind inductanta dorita de 15 uH.

 

Sunt si eu de aceeasi parere si o eroare de +/-20 % este foarte buna ...

 

Pai cum spuneti dumneavoastra ca eu ar trebui sa imi verific calculele dupa niste valori care depasesc cu mult 20 %, valoare limita cu care ati spus ca sunteti de acord ?! In primul caz, ati sustinut ca rezultatul meu nu este bun pentru ca existau alte doua surse care dadeau alte rezultate in aparenta foarte apropiate intre ele, dar in realitate foarte departe de tinta prin cei peste 38 %. Eu am spus ca voi verifica calculul si daca rezultatul meu nu se incadreaza in cei 20 % voi revizui fisierul meu de calcul. In urma verficairii, a rezultat ca intrefierul meu de 1,43 mm este de fapt la o distanta +16 % fata de tinta.

 

Inchipuiti-va un sistem de axe cartezian, in care cu compasul in origine, desenam 10 cercuri concentrice pe care le notam cu 10 %, 20%, ..., 100 %. Tinta fiind originea sistemului, rezultatele invocate de dumneavoastra se situau in partea stanga a tintei foarte aproape de cel de-al 4-lea cerc, in timp ce rezultatul meu se afla in partea dreapta a originii, cam pe la mijlocul distantei dintre primul si al doilea cerc, adica mult mai aproape de tinta. In cazul calculatorului TDK - versus fisierul meu, ambele rezultate se afla in partea stanga a tintei si in interiorul primului cerc, insa rezultatul meu este in mod evident mai aproape de tinta. Sunt sigur ca dumneavoastra stiati toate aceste lucruri. Asadar, intrebarea pe care mi-o pun in mod legitim este ce doriti de fapt sa demonstrati cu toate aceste false polemici? Atunci cand m-am documentat pentru a scrie articolul Calculul intrefierului unui transformator, eu am cautat si am studiat foarte multe dintre aceste instrumente de calcul pe care dumneavoastra le aduceti in discutie, numindu-le profesionale, sau de firma. Poate ca sunt, sau poate nu, insa daca exista probleme in ceea ce priveste rezultatele din articolul citat (adica in acuratetea de calcul a instrumentelor pe care le-am prezentat eu acolo) atunci va invit sa le semnalati la rubrica comentarii a articolului. In ceea ce priveste acest topic, sa ne spunem fiecare opinia in mod civilizat, fara a aprecia opiniile celuilalt si sa-i lasam sa aleaga pe cei interesati. Altminteri aveti tot respectul meu.

 

ola_nicolas.

Editat August 2, 2018 de ola_nicolas

[covaci ioan]

Este bine ca dorim sa ne autodepasim, dar trebuiesc si verificari din afara sistemului propriu de calcul,

 care se pot efectua cu alte programe sau metode de calcul.

In poza sunt prezentate aceleasi calcule cu un miez asemanator, dar cu programul profesional TDK-Epcos.

 Rezultate TDK-Epcos.jpg

Sunt obtinute rezultate, cum era de asteptat, ca si in cazul programului Ferroxcube.

In programul TDK sunt aratate simultan, rezultatele obtinute cu doua metode de calcul, unul fara

  metoda fluxului de margine si unul cu metoda fluxului de margine.

Deci care este precizia rezultatelor obtinute de @ola_nicolas in comparatie cu programele de firma? 

In atasament este un material cu metoda Sclocchi, calcule ce pot fi efectuate si manual.

 

@gsaba

Am facut cateva calcule manuale cu relatia din link-ul postat de dumneavoastra iar rezultatele sunt idientice cu cele ale Ferroxcube. Aceasta este relatia,,minune,, pe care eu o tot cautam, si pe care am gasito cu ajutorul dumneavoastra.

 Va multumesc foarte mult!

[gsabac]

Toata stima pentru prietenul de forum @ola_nicolas, ambii colaboram pentru obtinerea de rezultate

 teoretice mai bune. Eu sunt amator in problemele teoretice despre magnetism si ca inginer doar cu greu

 reusesc sa aplic unele rezultate teoretice sau practice in acest domeniu si nu numai.

In acest caz, precizia precizia de calcul ar trebui sa fie buna, daca intrefierul ar fi extrem de mic,

  poate < 0.05 mm, cind relatia din poza incercuita cu un chenar albastru este valabila.

  

Dupa mine, pentru intrefier mai mare, in scopul verificarii, trebuie folosita metoda inversa, considerind

 si aportul fluxului de margine (fringing flux) dar nu isi are rostul, deoarece programele sau masuratorile

 de inductanta si numar de spire cu intrefier sunt multumitoare. Poate aceste calcule pot fi introduse

 in lucrari de diploma, de masterat sau chiar de doctorat cum au facut-o altii, destul de sumar si neclar.

O metoda practica pentru un miez oarecare (custom) poate fi interpolarea, obtinuta din valorile

 oferite de producatorul de ferite. De exemplu pentru ferita din postarea #4, se dau 3 valori pentru intrefier (gap)

 si marimea Al corespunzatoare. Pentru feritele din postarea #6 se dau chiar 6 valori.

   

Se traseaza manual 2 curbe, in abscisa cu intrefierul si in ordonata cu Al si Ue, unind punctele cu un florar.

Daca se opteaza pentru o metoda de calcul se poate face o interpolare de tipul "spline",

  bineinteles intre punctele oferite de fabricant. Poate chiar o interpolare lineara sa dea rezultate bune.

 

@covaci ioan, cu siguranta nimic nu este perfect si in multe cazuri abaterile calculelor pot fi destul de mari, dupa cu

 am descoperit de mai multe ori. Totul este sa stii cum sa folosesti aceste calcule in favoarea unui anumit rezultat practic.

 

@gsabac

Editat August 2, 2018 de gsabac

[ola_nicolas]

Apropos de acuratete versus precizie:

Apropos de profesionism - exemplu posibil de profesionisti (nu numai in Romania):

 

Am facut cateva calcule manuale cu relatia din link-ul postat de dumneavoastra iar rezultatele sunt idientice cu cele ale Ferroxcube. Aceasta este relatia,,minune,, pe care eu o tot cautam, si pe care am gasito cu ajutorul dumneavoastra ...

 

Imi cer scuze, dar acel link duce catre o imagine. Poate sunt eu miop, dar nu vad nici o relatie in acea imagine. Poate poti sa o dezvalui tuturor intr-o postare pe acest topic - daca nu sunt prea pretentios.

Editat August 3, 2018 de ola_nicolas

[covaci ioan]

La Link-ul din postarea #65 a domnului  @gsabac, de  acolo se poate descarca un fisier pdf cu aceasts relatie , cu care am facut cateva calcule si am observat ca este foarte precisa,  practic cea mai precisa relatie de calcul manual.

[ola_nicolas]

 

Daca este vorba despre expresia de mai sus, atunci F_FF, vine de la fringing flux factor, care se traduce aproximativ prin factorul de tivire al fluxului. Tivirea are acelasi inteles ca si in croitorie, unde inseamna imprejmuirea ariei utile a unei panze cu un tiv. Asadar expresia din atasamentul de mai sus, reprezinta o cantitate supraunitara cu care ar trebui inmultita aria efectiva a unui miez feromagnetic pentru a corecta aria intrefierului. cantitatea care se adauga la unitate are o variatie logaritmica, asa dupa cum scriam si mai sus. Michele Sclocchi si-a dat seama ca expresia nu este prea utila decat daca privesti intregul proces ca pe unul iterativ. De aceea a propus pe baza ei relatia iterativa (recursiva) din atasamentul urmator. Aceasta a fost si principala lui inovatie.

 

 

Aceasta relatie a fost scrisa in mod riguros matematic si explicata de mine in articolul Calculul intrefierului unui transformator. Ea este o relatie care se reia in mod iterativ de un numar de 5 ori  Pe baza ei am studiat in articolul citat si un intreg exemplu de calcul. Totusi dupa studiul pe care l-am facut eu, relatia este utila in special atunci cand miezul are coloana centrala de forma cilindrica si este mult mai indepartata de tinta cand sectiunea miezului este rectangulara (forma de dreptunghi). In plus acuratetea ei scade pe masura ce valoarea intrefierului creste. Cu ajutorul acestei relatii, eu am gasit valoarea intrefierului in cazul mult disputat mai sus al miezului E40 + I40 in jurul valorii de 2,116 mm. Aceasta valoare este cam la limita celor 20 % acceptabili ca acuratete, dar este mult mai apropiata de valoarea probabila de aproximativ 1,7 mm a intrefierului in acest caz, decat valorile de 2,73 mm, 2,78 si mai ales 2,9 mm. In articolul citat mai sus am prezentat inclusiv cum se poate manevra relatia astfel incat sa apelam la calculul manual cu creionul pe hartie. Totusi sfatul meu este de a se descarca programul matematic SMath Studio de la adresa specificata de mine in postarea #20 si a se incerca recuperarea cunostintelor de matematica din liceu, cu ajutorul carora in mod normal ar fi suficient ca sa se poata utiliza programul, inclusiv in sensul proiectarii matematice.

Editat August 3, 2018 de ola_nicolas

[gsabac]

Apropos de acuratete versus precizie:Acc-Pec.PNG

 In poza parca este o tinta dintr-un laborator de incercari, folosit pentru obtinerea de precizie mare si acuratete mare.

 Imi place idea apropierii treptate de solutii mai bune, desi este mult de experimentat si de muncit.

 

@gsabac

[covaci ioan]

Oricat de perfecte ar fi relatiile de calcul, practic nu poti obtine o bobina cu inductanta exact cu valoarea rezultata din calcul, de aceeia oricum tot trebuie sa facem mici ajustari in lungimea intrefierului pentru ca sa obtinem inductanta exacta,

De aceeia eu cred ca aceea relatie e cea mai precisa si mai simpla in cazul in care vrem sa determinam inductanta unei bobine prin calcule manuale .

Editat August 3, 2018 de covaci ioan

[ola_nicolas]

Atasez inca odata fisierul SMath din postarea #62 putin modificat, in sensul ca au fost introduse in calcul si constantele miezului cu intrefier. Pentru o acuratete mai mare a valorilor c₁ si c₂, cei care doresc pot face urmatoarea manevra: Click pe caseta de afisaj a marimilor c₁ si c₂, pentru a o selecta, click dreapta + click pe optiunea Decimal places. Apare o noua caseta de dialog, unde se va da click pe numarul de zecimale dorit a fi afisat dupa virgula - spre exemplu 6.  Aceeasi operatie poate fi facuta si pentru vectorul principal de afisaj din dreapta. Dupa aceste operatii, se va salva fisierul in noua forma.

 

P.S. - Se pare ca manevra pe care am descris-o eu mai sus duce la niste erori structurale. Aceste erori se datoreaza insuficientului studiu la care a fost supusa de catre realizator, varianta de program SMath pe care o folosesc eu. De aceea, am facut eu modificarile pe care le-am descris mai sus si am inlocuit in timp util fisierul. Recomand de asemenea sa se evite manevre asemanatoare, sau altele, a caror actiune este insuficient cunoscuta utilizatorilor. Recomand de asemenea sa se stocheze undeva la o adresa cunoscuta un fisier de siguranta, cu care sa se poata inlocui oricand un eventual fisier corupt in urma unor manevre ale caror consecinte nu sunt suficient cunoscute. Succes in utilizarea fisierului.

 

 

Intrefier EI-pr.zip

Editat August 4, 2018 de ola_nicolas

[ola_nicolas]

Inca o mentiune pentru utilizarea fisierului de mai sus. Acesta se va utiliza numai in cazurile in care miezul E nu este prevazut din fabricatie cu fanta pentru aplicarea intrefierului numai pe coloana centrala. Acest lucru este o consecinta a faptului ca in calculul de mai sus, lungimea totala a liniei medii de camp magnetic se obtine prin insumarea lungimii l_m a liniei medii de flux al miezului fara intrefier si a lungimii l_i a intrefierului. In cazul asocierii dintre un miez E prevazut cu posibilitatea gaparii pe coloana centrala, lungimea l va fi egala cu l_m, de unde va rezulta o eroare. Daca totusi exista utilizatori care vor sa asocieze un miez E prevazut cu fanta de intrefier pe coloana centrala cu un miez I corespunzator, atunci ii rog sa ia legatura cu mine si vom incerca sa gasim o solutie corecta de calcul pentru acel caz. Cu alte cuvinte, fisierele de calcul de la postarile #62 si #74, se vor utiliza doar in cazul intrefierului aplicat atat pe coloana, cat si pe jug avand lungimea δ_i=0,5l_i.

Editat Decembrie 10, 2018 de ola_nicolas