Ausschalten (Reduzieren des Feldes) großer Induktivitäten

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Bei einer völlig unabhängigen Suche nach etwas, nach dem ich gesucht habe, stieß ich auf einen Artikel der EPA, in dem die Untersuchung der Bodeneigenschaften durch einen großen Induktor für die Geophysik beschrieben wird.

https://archive.epa.gov/esd/archive-geophysics/web/html/time-domain_electromagnetic_methods.html

Was mich beeindruckt hat, ist, dass die Prämisse des Projekts ist, dass Sie ein Feld mit einer großen induktiven Schleife in die Erde einbringen und dann die Ergebnisse lesen. Es hängt jedoch vollständig von der Tatsache ab, dass Sie ein Feld sofort reduzieren können (Abbildung 4 im obigen Link, der jetzt unten angehängt ist).

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Wie würde man in der Praxis tatsächlich ein großes Feld schnell zusammenbrechen lassen? Ich suche nach den Nuancen des Zusammenbruchs einer induktiven Last, die groß ist und möglicherweise einen Rückschlag von 1 kV + aufweist.

Ich fand einen vagen Hinweis auf 10 Windungen in einem Quadrat von 10 mx 10 m für 6-Gauge-Kabel für 100 V bei 100 A für ein System, das mit 120 Hz läuft. Wenn ich einen Widerstand über den Induktor lege, um ihn schnell zu kollabieren, würde er im Grunde eine Million Volt über den Widerstand legen. Es muss etwas Eleganteres geben, um das Feld in einem Induktor aufgrund dieser Spannungsspitze schnell zu entfernen. Es kann jedoch so einfach wie ein Widerstand sein.

Update: Ich erwähnte "sofort", wie die Abbildung zeigt. Mir ist bewusst, dass dies unrealistisch ist.

Update 2: Da ich mehr Systeminformationen gefunden habe, ist mir nicht einmal klar, dass die Spule in einen stabilen Zustand gelangen könnte (was ich damit meine, ist, dass der Fluss bereits in der Erde ist und die Spule dadurch 100 V bei 100 A erreicht hat ). Ich fange an zu denken, dass die Systemspezifikationen eher theoretisch als pragmatisch sind.

b degnan
quelle
"Elegant" impliziert die Einholung einer Meinung. Mein "klobiger" mag dein "eleganter" sein.
TimWescott
Um die Spannung zu ermitteln, müssen Sie auch den Strom oder das Magnetfeld kennen, das durch den Induktor fließt, bevor Sie ihn abschalten.
Spannungsspitze
@ Laptop2d 100V bei 100A!
b degnan
@ HarrySvensson Ich habe die Frage aktualisiert, um klarer zu sein
b degnan
Der stationäre Zustand ist für eine solche Anwendung bedeutungslos. Um eine brauchbare EM-Wellenfront zu erzeugen, möchten Sie die schnelle Abschaltung und würden auf die Ergebnisse dieser Ausbreitung "warten".
Jack Creasey

Antworten:

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Wie würde man in der Praxis tatsächlich ein großes Feld schnell zusammenbrechen lassen? Ich suche nach den Nuancen des Zusammenbruchs einer induktiven Last, die groß ist und möglicherweise einen Rückschlag von 1 kV + aufweist.

Wie Sie in Ihrer ersten Aktualisierung Ihrer Frage bestätigt haben, ist es unrealistisch, den sofortigen Zusammenbruch des Magnetfelds zu erwarten, das durch den "aufregenden" Induktor erzeugt wird. Unter Berücksichtigung einiger unvermeidbarer Nichtidealitäten der Schaltung können Sie jedoch die Abfallzeit in der Induktivität innerhalb angemessener bis recht niedriger Werte steuern und auch den induktiven Rückschlag (oder möglicherweise einen Vorteil daraus) und eine übermäßige Verlustleistung vermeiden.

Vor einiger Zeit hatte ich das gleiche Problem beim Antrieb einiger Magnetventile: Wir mussten den elektrischen Teil der Ausschaltverzögerung gegenüber dem mechanischen Teil vernachlässigbar machen (die Zeit, die die "Feder" zum Schließen der Düse benötigt). Dies impliziert die Notwendigkeit, die Energie schnell zu übertragenE. im Induktor gespeichert L. des Solenoids (+ etwas mechanische Energie aufgrund des elastischen Potentials der "Feder", aber dies ist im aktuellen Kontext nicht relevant, so dass ich es hier nur der Vollständigkeit halber und nicht mehr im folgenden Text zitiere), dh

(1)E=12LIo2
wo Io ist der Induktionsstrom im eingeschalteten Zustand, und dies impliziert wiederum die Notwendigkeit, große Leistungen zu entsorgen.

Der Kern der von uns entwickelten Schaltung wird hier mit der offensichtlichen Bedeutung der Induktivität gezeigt L. und von seinem Streuserienwiderstand R.s::

schematisch

simulieren Sie diese Schaltung - Schema erstellt mit CircuitLab

Es handelt sich um einen Halbbrückentreiber, der den von Jack Creasey und Laptop2d vorgeschlagenen Vollbrückenschaltungen ähnelt, mit einem wesentlichen Unterschied: den Freilaufdioden D.1 und D.2 sind nicht an dieselbe Stromversorgung angeschlossen, die die MOSFETs speist, sondern an eine andere mit einem höheren Spannungspegel, d. h V.D.D.V.stÖ. Dies führt zu einem Abschaltverhalten, das analytisch vorhersehbar ist (zumindest soweit wir die Anodenspannung einer Diode als nahezu konstant betrachten können) und durch das Verhältnis gesteuert wirdV.stÖ/.V.D.D.: mal sehen wie.

Das Ausschaltverhalten der Schaltung
Wenn die MOSFETsM.1 und M.2 ausgeschaltet sind, entspricht die obige Schaltung der folgenden:

schematisch

simulieren Sie diese Schaltung

Der Anfangsstrom ich(0+) entspricht ichÖ=V.D.D./.R.s, da der Induktor dazu neigt, die darin gespeicherte magnetische Energie konstant zu halten: daher die beiden Dioden D.1 und D.2 beginnen zu leiten und kann als zwei Spannungsgeneratoren mit gesehen werden V.EIND.1=V.EIND.2=V.γ. Schreiben Sie die Netzgleichung auf, die wir haben

V.stÖ+V.EIND.1+V.EIND.2+R.sich(t)+L.dich(t)dt=0V.stÖ+2V.γ+R.sich(t)+L.dich(t)dt=0
Anwenden der Laplace-Transformation auf die Gleichung, die wir erhalten
V.stÖ+2V.γp+R.sich(p)+pL.ich(p)- -L.ich(0+)=0
und nach dem Lösen nach ich(p) und Anwenden der inversen Laplace-Transformation, die wir haben
(2)ich(t)=V.D.D.R.se- -R.sL.t- -V.stÖ+2V.γR.s[1- -e- -R.sL.t]]
Diese Gleichung ist (fast) nur für Werte von t für welche ich(t)0: Auf der anderen Seite wollen wir die Kollapszeit wissen tcdh die benötigte Zeit für ich(t) gehen von ichÖ zu 0, da dies genau die Zeit ist, die das Magnetfeld benötigt, um zusammenzubrechen, dh um den magnetischen Energiezustand Null in zu erreichen (1)::
ich(tc)=0V.D.D.+V.stÖ+2V.γR.se- -R.sL.tc- -V.stÖ+2V.γR.s=0e- -R.sL.tc=V.stÖ+2V.γV.D.D.+V.stÖ+2V.γ=[1+V.D.D.V.stÖ+2V.γ]]- -1(3)tc=L.R.sln(1+V.D.D.V.stÖ+2V.γ)
Wie oben angegeben, ist das Verhältnis umso größer V.stÖ/.V.D.D. Je kleiner die Kollapszeit tcIdealerweise so nahe wie nötig an Null. Beachten Sie auch, dass abgesehen von der Dissipation aufD.1, D.2 und R.sder größte Teil der Energie(1) wird an die Stromversorgung zurückgemeldet V.stÖ, was die Effizienz enorm steigert η des Stromkreises: Somit wird der induktive Kick verwendet, um die gespeicherte Energie des Induktors in eine Stromversorgung zurückzuführen (Hinweis: Die Stromversorgung muss in der Lage sein, den Strom abzusenken), wobei sowohl die übermäßige Verlustleistung eines Dämpfungskreises als auch der Ausfall des Stromkreises vermieden werden MOSFET M.2.

Anmerkungen

  • Einige Notizen:
    • das D.1 und D.2 muss schnell sein ichÖNenndioden. In diesem FallichÖ100EIN: Jedoch sind Schottky-Dioden mit sehr hohem Strom in Si- oder SiC-Technologie leicht verfügbar, und daher ist dies kein Problem.
    • Der MOSFET sollte in der Lage sein, sehr großen Drain-Source-Spannungen standzuhalten, d. H. V.D.S.V.stÖ: Auch dies ist kein Problem, da wir Totempfahlanordnungen und SiC-Bauelemente verwenden können, um die erforderliche Leistung zu erzielen. Neue Bearbeitung : Wie Jack Creasey in seinen Kommentaren bemerkte, können Sie in Anwendungen, in denen eine Feldinversion erforderlich ist (wie es scheint, der Fall ist), dasselbe Konzept auf einen Vollbrigadentreiber anwenden, vorausgesetzt, Sie vermeiden die Auswirkungen des Körpers. Drain-Diode der oberen MOSFETs, dh der Kurzschluss der Anschlüsse der Schleifeninduktivität zuV.D.D.während des induktiven Kicks. Dies kann grundsätzlich auf zwei Arten erreicht werden
      1. Setzen Sie eine Diode mit den gleichen Eigenschaften von D.1 in Reihe zu jedem oberen MOSFET geschaltet und parallel zu dieser Anordnung eine Freilaufdiode angeordnet: dies erhöht jedoch die Verlustleistung der Schaltung.
      2. Platzieren Sie zwei MOSFETs in Antiserien anstelle jedes oberen MOSFETs und setzen Sie erneut eine Freilaufdiode parallel zu dieser Anordnung: Dies erhöht möglicherweise die Komplexität der Treiberschaltungen.

schematisch

simulieren Sie diese Schaltung

  • Anfangs haben wir diese Schaltung mit ausprobiert V.D.D.=24V. und mit verschiedenen Zenerdioden: Wir haben das Gesuchte erreicht tcWert zum Preis einer großen Verlustleistung. Danach haben wir ein Netzteil verwendet und das Problem gelöst.
  • Die Tatsache, dass wir in der Lage sind, immer niedrigere Werte von zu erhalten tcimpliziert kein unphysikalisches Verhalten der Schaltung: Schließlich handelt es sich um elektromagnetische Felder, die ein "Schock" -Verhalten zulassen, dh extrem schnelle Änderungen ihrer Intensität. Was eine unrealistische augenblickliche Variation der Felder ausmacht, sind die realen Eigenschaften der Mittel, mit denen sie erzeugt werden, nicht beschränkt auf, sondern einschließlich Schaltungen.
Daniele Tampieri
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Sehr schön erklärt. Ein paar Anmerkungen 1) Sie benötigen kein separates Netzteil. Sie können einen vorgeladenen Kondensator verwenden (groß genug, um die induktive Energie aufzunehmen). Dadurch können Sie die Energie über einen viel längeren Zeitraum abführen (die Kappe entladen) . 2) Sie können dies auch mit einer H-Brücke tun. Sie benötigen lediglich eine Seriendiode von der Antriebsversorgung und die Seriendiode zum Kappenspeicher.
Jack Creasey
@ JackCreasey danke für deine Beobachtungen. Ich war mir der Möglichkeit bewusst, einen polarisierten Kondensator zu verwenden, ähnlich der von DirkBruere vorgeschlagenen Möglichkeit: Ich habe ihn (in meiner früheren Anwendung) nicht gewählt, da wir im selben System Stromversorgungen mit höherer Spannung haben und die gesamte Energie verbrauchen wollten wir erholen uns. Andererseits habe ich die Verwendung einer Vollbrückenschaltung nicht untersucht.
Daniele Tampieri
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Wenn Ihre 24-V-Versorgung über einen Regler erfolgt, würde ich vorschlagen, dass Sie einfach den Ausgangskondensator als Reservoir verwenden. Die größte Komplexität besteht darin, dass die von Ihnen verwendete Klemmenversorgung in der Lage sein muss, die Stromspitze zu senken, ohne die Toleranz zu überschreiten (wenn es sich um einen Regler handelt). Die H-Brücke wird nur dann erforderlich, wenn Sie das projizierte Feld umkehren möchten. Wenn ein unipolares Feld ausreicht, funktioniert Ihre Schaltung einwandfrei.
Jack Creasey
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@ SunnyskyguyEE75 Nein, ich nicht. Die Informationen in diesem Dokument zeigen deutlich eine induktive Schleife (die in keiner Weise mit Masse verbunden ist). Ich habe keine Ahnung, was Sie in Ihrer Antwort vorschlagen.
Jack Creasey
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@ SunnyskyguyEE75 Sie versuchen, ein anderes Problem zu lösen ... nichts mit der gestellten Frage zu tun. Bei der gestellten Frage geht es darum, ein Magnetfeld zu projizieren. Der spezifische Widerstand des Bodens wird nicht direkt gemessen. Ob eine Methode besser ist als eine andere, ist nicht Teil der Frage (oder des Papiers). Obwohl ich einige Probleme mit dem Inhalt des Papiers habe, war die Frage spezifisch und bezog sich auf die Erzeugung einer Magnetwellenfront.
Jack Creasey
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Ich möchte auf eine Sache hinweisen, die die anderen Antworten ignorieren oder zumindest beschönigen.

Bei dieser Messung stoppen wir den Stromfluss in unserer Induktivität, und dies führt dazu, dass Strom in der Erde darunter fließt. Das heißt, wir nutzen die Erde selbst effektiv als Sekundärspule eines Flyback-Transformators .

In einem Flyback-Transformator kann der Primärstrom tatsächlich sehr schnell abgeschaltet werden, gerade weil der Magnetfluss in der Lage ist, sich mit dem Sekundärstrom zu koppeln und dort einen Strom zu erzeugen, und wir die gespeicherte magnetische Energie auf der Primärseite nicht absorbieren müssen Schaltung zum Löschen des Stroms.

Die typischen Wellenformen für einen typischen Flyback-Transformator (mit einem Kupferdraht anstelle von Erde) sehen folgendermaßen aus

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

( Bildquelle )

In dem Maße, in dem das Experiment funktioniert und wir einen Strom in der Erde erzeugen, benötigen wir keine Spannungsbegrenzungsvorrichtung an der Primärwicklung, um sicherzustellen, dass wir den Strom löschen können. Der Widerstand der Erde wird schließlich die Energie absorbieren, die im Magnetfeld gespeichert wurde.

Es kann eine gute Idee sein, eine Funkenstrecke oder eine andere Spannungsbegrenzungsvorrichtung einzubauen, um den primärseitigen Stromkreis vor Beschädigungen zu schützen, falls der Erdungswiderstand sehr hoch ist oder die Vorrichtung versehentlich in Luft anstatt in Bodennähe betrieben wird. Wenn dieser Spannungsbegrenzer jedoch tatsächlich funktioniert, wird er wahrscheinlich die Messung stören, so dass wir kein Ergebnis erhalten, das zur Bestimmung der Eigenschaften der untersuchten Erde verwendet werden kann.

Sie sollten diesen Absatz auch auf der Seite beachten, auf die Sie verwiesen haben:

In 4 und in dieser Diskussion wurde angenommen, dass der Senderstrom sofort ausgeschaltet wird. Dies tatsächlich mit einer großen Schleife aus Senderkabel zu erreichen, ist unmöglich, und moderne Sender schalten den Strom mit einer sehr schnellen linearen Rampe ab. Die Dauer dieser Rampe wird so kurz wie möglich gehalten (es kann gezeigt werden, dass sie einen ähnlichen Effekt wie die Verbreiterung der Messgatterbreiten hat), insbesondere bei flachem Klang, bei dem der Übergang zu frühen Zeiten sehr schnell abfällt. Die Dauer der Senderabschaltrampe (die auch in modernen Inversionsprogrammen enthalten sein kann) wird normalerweise durch die Größe der Senderschleife und / oder den Schleifenstrom gesteuert.

Das Photon
quelle
In einem eng gekoppelten Metall- oder Ferrittransformator ist das, was Sie sagen, richtig. Dies ist jedoch ein lose gekoppelter Luftkerntransformator, und die Primärspannung steigt irgendwo auf eine sehr hohe Spannung und einen Überschlag, wenn Sie versuchen, das Antriebsgerät auszuschalten.
Jack Creasey
@ JackCreasey, beachte das Zitat, das ich aus dem Quellmaterial beigefügt habe. Sie versuchen nicht wirklich, den Strom sofort abzuschalten. Und ich habe in meiner Beschreibung der Funktionsweise des Flyback-Transformators absichtlich "sehr schnell" und nicht "sofort" gesagt.
Das Photon
Nichts funktioniert sofort, das ist kaum erwähnenswert. Es ist immer noch nicht wie ein Transformator im eigentlichen Sinne. Wie ich in der Antwort gezeigt habe, dass Sie die Gegen-EMK steuern müssen, reicht die Erdungskopplung NICHT aus, um die Entwicklung ultrahoher Spannungen zu verhindern. Dies ist also NICHT wie bei einem Flyback-Transformator IMO.
Jack Creasey
@ JackCreasey, wenn es kein Transformator ist, funktioniert es nicht so, wie es das Quellmaterial vorschreibt. Auf der verlinkten Seite von OP: "Der Vorgang des abrupten Reduzierens des Senderstroms auf Null induziert gemäß dem Faradayschen Gesetz einen kurzzeitigen Spannungsimpuls im Boden, der bewirkt, dass eine Stromschleife in unmittelbarer Nähe des Senderdrahtes fließt , wie in Abbildung 3 gezeigt. "
The Photon
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Ich habe nie gesagt, dass es nicht wie ein Transformator wirkt. Ich sagte, es sei ein Luftkerninduktor und verhalte sich ganz anders als ein Transformator mit Metall- oder Ferritkernmaterial zwischen Primär- und Sekundärkern. Die Kopplung ist in diesem Fall sehr gering, so dass die Sekundärlast nur einen geringen Einfluss auf die Primärlast hat.
Jack Creasey
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Können Sie ein Induktivitätsmagnetfeld sofort kollabieren lassen?

NEIN ... Sie können ein Magnetfeld weder sofort erzeugen noch kollabieren, da immer eine L- und R-Zeitkonstante beteiligt ist.
Sie können die Spannung an einem Induktor auch NICHT umkehren (zumindest nicht in einem praktischen Stromkreis) und erhalten niedrigere Entladezeiten.

Vielleicht kann ein einfaches Beispiel helfen:

schematisch

simulieren Sie diese Schaltung - Schema erstellt mit CircuitLab

In der obigen Schaltung ist der Induktor ein sehr niedriger Wert und kann typisch für das sein, was Sie in einer großen Luftkernschleife haben könnten, obwohl der Wert nicht wirklich wichtig ist.

Hier habe ich gezeigt, dass der Induktor einen Widerstand von etwa 0,5 Ohm hat und von einem Widerstand von 0,5 Ohm von 12 V gespeist wird. Es gibt eine L- und R-Zeitkonstante, um das Magnetfeld aufzubauen, und wenn Sie den M1-Antrieb ausschalten, habe ich einen Zener-Gate-Rückkopplungsantrieb gezeigt, um die Energie so schnell wie möglich abzuleiten.
In dem obigen Schema und den obigen Werten dauert es ungefähr 500 us, um den L1-Strom auf 10 A zu erhöhen, und ungefähr 20 us, um ihn auf Null zu verringern.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Die praktische Grenze ist hier die Spannung, die Sie über M1 entwickeln können. Durch Erhöhen der Spannung wird die Zeit zum Entladen von L1 verringert.

Update: Wenn Sie in die Mathematik bei der Charakterisierung und Auswahl von Komponenten beteiligt vertiefen wollen, Versorgungsspannung usw., diese ST-Anwendungshinweis möglicherweise lesenswert.

Es ist nichts wert:

  1. Die Verwendung einer Funkenstrecke jeglicher Form ist eine unwahrscheinliche Methode zum Entladen eines Induktors, da dieser eine Triggerspannung und eine Aufrechterhaltungsspannung aufweist (was die Kollapszeit tatsächlich verlängern würde). Selbst mit einer professionellen Vakuum- / Gasfunkenstrecke benötigen sie Zeit für den Betrieb, normalerweise im 1us-Bereich für kleine Einheiten. Einmal ausgelöst, halten sie jedoch eine viel niedrigere Spannung (normalerweise 70-100 V) aufrecht, bieten also nicht die erforderlichen Funktionen (halten Sie eine hohe Spannung aufrecht).

  2. Die Ausbreitung eines EM-Feldes ist immer geringer als die Licht- und Mediumgeschwindigkeit (siehe Maxwells-Gleichungen). Ein konstantes Feld unterliegt keiner Ausbreitungsverzögerung, sondern nur einem sich ändernden Feld. Daher muss sich der Strom tatsächlich kontinuierlich ändern, um EM-Wellenfronten zu erzeugen.

Update: Da der Kommentar, dass die Spannung an einem Induktor umgekehrt werden kann, einige Aufregung verursacht hat, möchte ich Folgendes hinzufügen:

Sie können natürlich zum Beispiel eine H-Brücke verwenden, um einen Induktor zu speisen, und dies kehrt die Spannung um, bietet jedoch in keinem praktischen Schaltkreis eine kürzere Entladezeit, und der Punkt der OP-Frage bestand darin, das Feld zu kollabieren schnell.

Hier ist ein Schema für eine H-Brücke mit 100 V, aber nur 10 A (aufgrund der zu simulierenden FETs):

schematisch

simulieren Sie diese Schaltung

Die Wellenformen sehen folgendermaßen aus:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Beachten Sie, dass die Anstiegs- und Abfallzeiten des Induktorstroms gleich sind und es nicht möglich ist, sie zu ändern, ohne die angelegte Spannung zu ändern.
In meiner ursprünglichen Schaltung betrug die Abfallzeit 0,1 der Anstiegszeit und konnte durch Ändern der Klemmspannung noch weiter gesenkt werden.

Die einzige Möglichkeit, die Zeit bis zum Erreichen des maximalen Stroms zu verkürzen, besteht darin, die Klemmspannung zu erhöhen oder den Widerstand (des Induktors) zu verringern. Wenn Sie die Spannungspolarität auf L1 schalten, sind die Anstiegs- und Abfallzeiten immer gleich.
Nur wenn Sie die Gegen-EMK des kollabierenden Feldes auf eine viel größere Spannung als die Versorgung klemmen, können Sie die Abfallzeit reduzieren.

Jack Creasey
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Vielen Dank für Ihre Antwort; Ich suchte jedoch nach etwas mehr im Einklang mit 100V, 100A (das ich später hinzugefügt haben könnte). Dies ist eine Art Kaninchenbau-Frage, da sie außerhalb meines unmittelbaren Wissens im Anwendungsbereich liegt.
B Degnan
@bdegnan Natürlich, und Sie haben die Parameter später hinzugefügt. Jetzt wissen Sie jedoch, was erforderlich ist, und können auf jede gewünschte Spannung oder jeden gewünschten Strom skalieren.
Jack Creasey
Da die Geophysiker glauben, dass Sie es schnell zusammenbrechen können, selbst wenn Sie 1 Sekunde sagen, um das Feld zusammenzubrechen, ist das eine Menge Energie, die Sie abbauen müssen. Ich denke, dass Ihre Gasfunkenstrecke das sein könnte, was kommerziell gemacht wird.
B Degnan
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Sie können die Spannung an einem Induktor nicht umkehren? Sicher kannst du. Verstärker der Klasse D, BLDC-Motortreiber usw. tun dies ständig. Sie können den Strom nicht umkehren, aber Sie können die angelegte Spannung umkehren oder tatsächlich jede Spannung anlegen, die Sie jederzeit erzeugen können. Man kommt einfach nicht um V = Ldi / dt herum.
Mkeith
@mkeith Sie können die Spannung an einer Induktivität wie dieser in keinem praktischen Schaltkreis umkehren, da es einen Punkt in der Frequenzweiche gibt, an dem keine der Antriebsvorrichtungen (wie z. B. eine Hbridge) eingeschaltet ist und die Spannung mit den Dioden in der H- klemmt. Brückengeräte. Dies wird Ihre Wellenfront verzerren, was Sie nicht tun möchten. Kombinieren Sie die Einfachheit eines Class-D-Verstärkers nicht mit dem, was bei 100 V / 100 A versucht wird. Ich habe sorgfältig "in jedem praktischen Kreislauf" geschrieben. Wenn Sie einen praktischen Weg finden, dies zu tun, posten Sie es auf jeden Fall. Ich werde es gerne positiv bewerten, wenn es so aussieht, als ob es funktionieren könnte.
Jack Creasey
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Eine andere Möglichkeit, das Feld zu kollabieren - schließen Sie es an einen Kondensator an. Warten Sie, bis die Kondensatorspannung auf einen Spitzenwert ansteigt, und trennen Sie sie dann. Die Spannung kann aus der Energie des Induktors berechnet werden, z

L.ich2=C.V.2.
Die Abfallzeit wird als die Hälfte einer Sinuswelle bestimmt, deren Frequenz ist
f=12πL.C.
Sie können auch den größten Teil der Energie für den nächsten Zyklus sparen.

Dirk Bruere
quelle
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Sinuswellen funktionieren nicht gut für die Systemidentifikation, es sei denn, Sie fegen sie, auch bekannt als Chrip. Rechteckwellen haben viel Frequenzinhalt.
Spannungsspitze
@ Laptop2d Außer du wirst nie eine Rechteckwelle bekommen, nur Kanten, die eine hochfrequente Sinuswellenkomponente haben. Wenn Sie eine höhere Frequenz wünschen, verwenden Sie einen kleineren Kondensator mit einer höheren Spannung.
Dirk Bruere
Sie benötigen mehrere Frequenzen, nicht nur eine, um eine Systemidentifikation durchzuführen. Dies bedeutet, dass Sie Ihre Kapazitätswerte fegen müssten, was sich als schwierig erweisen könnte
Voltage Spike
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  1. Sie kollabieren kein Feld sofort. Bestenfalls ist es durch die Lichtgeschwindigkeit begrenzt; In Wirklichkeit erzeugen sie eine Hochspannungsentladung oder die Energie des Feldes wird in den Boden abgeleitet.
  2. Im Freien entladen Sie die Spule in eine Funkenstrecke. "Sofort" ist buchstäblich falsch, aber im übertragenen Sinne ist es "sofort genug", wenn Sie die Spulenstärke in kürzerer Zeit auf Null senken, als Sie benötigen, um interessante Modi in dem zu testenden Objekt anzuregen.
TimWescott
quelle
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Sie können die Polarität des Ansteuersignals zur Spule umkehren und den Rückstrom zum Laden einer Batterie verwenden.
Scorpdaddy
Ich bin mir dessen sehr wohl bewusst, weshalb ich dachte, ich sollte fragen.
B Degnan
Es scheint, dass der Sinn dieses Instruments darin besteht, die Erde selbst als (sehr schlecht leitende) Sekundärwicklung eines Rücklauftransformators zu verwenden. Sie möchten also wirklich, dass die Primärenergie in die Erde übertragen wird, nicht in eine Funkenstrecke oder ein anderes Gerät.
Das Photon
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@ThePhoton Erstens, wenn der Boden leitfähig genug ist (was ist "genug"? Ich weiß nicht), dann gibt es keinen Funken. Zweitens interagiert die Spule auch bei einem Funken mit dem umgebenden Boden. Ich gehe davon aus, dass durch die Verfolgung der relevanten Papiere weitere Details gefunden werden könnten.
TimWescott
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Hier ist ein Schema von anderen, die TDEMs für Forschungszwecke verwenden. Hierbei handelt es sich um eine H-Brücke mit TVS-Dioden, um die hohen Spannungen kurzzuschließen, die beim Trennen des Induktors auftreten können:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Quelle: https://www.researchgate.net/post/How_to_evaluate_the_performance_of_a_time_domain_electromagnetic_TDEM_or_TEM_system

Dies wäre ein Ausgangspunkt für eine Schaltung, aber für die hohen Ströme und hohen Spannungen eines 100V 100A-Designs müssten einige Modifikationen vorgenommen werden.

Dies sind einige Empfehlungen (ich habe noch nie einen so hohen Spannungskreis entworfen, 60 V sind mein Maximum bei H-Brücken, aber die Prinzipien sind dieselben):

  • Das erste ist der Gate-Antrieb, nmos eignen sich am besten für die Anpassung und die häufigsten Mosfets. Das Gate muss eine höhere Spannung als die Quelle des Mosfets haben, sonst wird es nicht eingeschaltet.

  • Die Schaltzeit ist wichtig, Mosfets können von einigen mΩ Widerstand auf mehr als 10 ^ 9Ω steigen. Das Problem liegt zwischen diesen beiden Werten. Der Widerstand des Fet kann erhebliche Wärmemengen abführen. Sie möchten also, dass der Fet vollständig ausgeschaltet oder vollständig eingeschaltet ist, jedoch nicht dazwischen. Gate-Treiber können dieses Problem beheben.

  • Stellen Sie sicher, dass die Drain-Source-Spannung höher als 100 V ist. In Ihrem Fall möchten Sie eine deutlich höhere Spannung, wenn die Spannung des Induktors ansteigt.

  • Wählen Sie FETs aus , die einen Strom von mehr als 100 A verarbeiten können, oder parallel zu diesen (wenn Sie kleinere wie 50 A haben, können Sie zwei oder drei davon verwenden, um 100 A oder 150 A zu erhalten. Ich würde wahrscheinlich eine höhere Stromstärke als wählen Bei Bedarf mit parallelen Fets sind die 100A-Fets teuer.

  • Die Schalter in der h-Brücke (vertikales Paar) dürfen niemals gleichzeitig eingeschaltet werden. Verwenden Sie daher Treiber, in die Logik integriert ist, oder in die integrierte Logik des Controllers, um dies sicherzustellen. Dies umfasst das Ein- und Ausschalten des Systems (manchmal kann die Logik beim Ausschalten oder Hochfahren die Gates einschalten). Verwenden Sie Pull-Up oder Pull-Downs, um sicherzustellen, dass dies nicht geschieht.

Wenn Sie noch nie eine H-Brücke gebaut haben, kann dies zu einer Herausforderung werden. Dies sind die Grundlagen des H-Bridge-Designs. Es gibt Geräte wie Schweißer und Wechselrichter, die mit h-Brücken höhere Ströme und höhere Spannungen schalten.

Spannungsspitze
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Die Dioden werden verwendet, um Energie in einem Kondensator zu speichern, um die Hochspannung zu begrenzen. Sie müssen keine TVS sein und die Dioden klemmen die Spannung nicht.
Jack Creasey