elektromagneten van magnetrontrafo

Die droeftoeter heeft het nog niet helemaal begrepen; hij gebruikt de primaire wikkeling, die bestaat bij een magnetron transformator uit dikker draad dan de secundaire, die veel meer windingen heeft, aangezien de secundaire spanning veel hoger is dan de primaire.

De "houdkracht" bij een gesloten veld is iets TOTAAL anders dan de kracht die je kunt opwekken met een significant luchtgat. Probeer het eens eens met zo'n elektromagneet met een stukje papier tussen de kern en het ijzer; dat kost je al een groot deel van die kracht, en vervolgens wordt dat nog veel erger als de afstand groter wordt.

Op 5 december 2015 22:03:48 schreef SparkyGSX:
Die droeftoeter heeft het nog niet helemaal begrepen; hij gebruikt de primaire wikkeling.....

Hij zegt primair maar geeft aan dat hij bedoelt secundair @ 0:27:

Op 5 december 2015 22:03:48 schreef SparkyGSX: De "houdkracht" bij een gesloten veld is iets TOTAAL anders dan de kracht die je kunt opwekken met een significant luchtgat. ...

Ja dat is bekend, de kracht neemt heel erg af met grotere afstand. Maar betekent dat, dat mijn doel van 50N @ 20mm niet haalbaar is ?

Wat ben je van plan? Ik heb een paar zware elektromagneten van een 2 a 3 kW staan die een veld kunnen genereren, tot zelfs 2,5 Tesla.

Wil je in dat sterke magneetveld meten of wil je een instelbare kracht maken?

Hij beweert dat de primaire wikkeling degene is met de dunste draad, en dat is gewoon niet waar.

50N met een 20mm luchtgat is best haalbaar, maar dan heb je wel een hele forse spoel en/of een hele forse stroom nodig. De kern van zo'n magnetron transformator heeft een afstand tussen de poten die al minder is dan 20mm, wat betekend dat de magnetische reluctantie niet noemenswaardig gaat veranderen als je op 20mm afstand nog een stuk magnetisch materiaal aan gaat brengen. Je moet ervoor zorgen dat het magnetische pad door het ijzer dat je wilt aantrekken veel korter is (een lagere reluctantie heeft) dan elk alternatief pad.

Wat is het doel van deze oefening eigenlijk? Als je een stuk ijzer IN een spoel kunt trekken, zoals een normale solenoid, is 50N bij 20mm beweging niet zo moeilijk.

EDIT @Hoeben: holy crap wat een apparaat!

Op 5 december 2015 23:17:27 schreef Hoeben:
Wat ben je van plan? Ik heb een paar zware elektromagneten van een 2 a 3 kW staan die een veld kunnen genereren, tot zelfs 2,5 Tesla.
Wil je in dat sterke magneetveld meten of wil je een instelbare kracht maken?

Ja, een instelbare kracht maken is het doel. 50N @20mm. kortere afstand minder kracht dmv pwm. Maar wat jij laat zien is hopelijk overkill

Op 5 december 2015 23:21:28 schreef SparkyGSX
...50N met een 20mm luchtgat is best haalbaar, maar dan heb je wel een hele forse spoel en/of een hele forse stroom nodig. ...

Wat is het doel van deze oefening eigenlijk? ...

Het doel: Nagaan of twee elektromagneten, tegenover elkaar, elkaar kunnen aantrekken met 50N, met tussenruimte van 20mm.

@SparkyGSX : zie mail

Voor hoe lang? Alle elektrische energie wordt namelijk omgezet in warmte.

Je moet je ook realiseren dat je een onstabiele situatie hebt: als de afstand kleiner wordt, wordt de aantrekkingskracht groter. Dat gaat volgens een hyperbolische kromme.

Dat houdt in dat:

- je de spoelen vast zult moeten zetten, waarmee het nut van je opstelling wellicht opgeheven wordt (?);

- Als de spoelen niet vast staan: je een actieve PID regeling i.c.m een positiemeting zou moeten toepassen waarbij de stroom verminderd wordt als de afstand kleiner wordt.

[Bericht gewijzigd door joopv op zondag 6 december 2015 08:59:20 (76%)]

Op 6 december 2015 08:33:56 schreef joopv:
Voor hoe lang?...

- Als de spoelen niet vast staan: je een actieve PID regeling i.c.m een positiemeting zou moeten toepassen waarbij de stroom verminderd wordt als de afstand kleiner wordt.

50N op 20mm is het maximum dat nodig zou kunnen zijn, die kracht is misschien niet of slechts kort nodig. Het is dus wat ruim genomen.

En inderdaad, positie feedback naar een PID controller is het idee, maar dat is voor later.

Tja....

De magnetische krachten zijn evenredig met de stroom. Een experiment met "1A" kan je opschalen naar "10A" om 10x zo veel kracht te krijgen. Of je draden dat ook aankunnen is maar de vraag, maar zo kan je met een experiment wel snel te weten komen waar je aan moet werken om het doel te bereiken.

Op 5 december 2015 22:03:48 schreef SparkyGSX:
Die droeftoeter heeft het nog niet helemaal begrepen; hij gebruikt de primaire wikkeling,

Op 5 december 2015 22:56:36 schreef Foefjesman®:
[...]Hij zegt primair maar geeft aan dat hij bedoelt secundair @ 0:27:

De filmmaker is zelf in verwarring. In het filmpje gebruikt hij de primaire wikkeling: 1. Dat is duidelijk te zien; 2. Hij zegt in de comments ook dat eentje voor 120V het beter doet dan een voor 240V. Dat verschil heb je alleen bij de primaire; 3. Verder zegt hij dat je de secundaire wel weg kunt leggen, 'die bestaat uit heel veel windingen fijn draad'.

De aantrekkingskracht tussen twee spoelen kun je ook van te voren berekenen uit een energieoverweging. Het komt erop neer dat je de verandering in onderlinge inductie bepaalt per verandering in afstand.
Voor deze ijzerkernspoelen is dat helaas lastig te berekenen, maar als @TS toevallig met bv. Fasthenry of dergelijke software kan werken, is hij zo klaar.

Dat heeft weer te maken met het aantal amperewindingen. Een 240V spoel heeft 2x zoveel windingen en is dus 2x zo lang. Het oppervlak van het draad is 0,5x zo groot. De weerstand is dus 4x zo groot. Bij aansluiten van een 1,5V batterij heb je dus bij een 120V-spoel een 4x zo grote stroom bij 0,5x zoveel windingen dan bij een 240V-spoel. Het magnetisch veld bij een 120V-spoel is dus 2x zo sterk als bij een 240V-spoel.

Aangenomen dat de DC spanning gelijk blijft natuurlijk. Als je de spanning verdubbeld, is de stroom door de 240V spoel nog steeds maar de helft, en zowel het opgenomen elektrisch vermogen als de magnetische veldsterkte precies gelijk.

@FET: ik heb recentelijk een beetje met FEMM zitten spelen, een gratis open-source pakket (met een waanzinnig slechte geometry editor) voor elektrostatische en magnetische simulaties, daarmee zou je iets dergelijks ook wel kunnen ontwerpen, denk ik. Het is op zijn minst een handige manier om wat met verschillende configuraties te spelen, en ze onderling te vergelijken.

Die spoelen om de gewenste aantrekkingskracht te krijgen, zijn nog tot daar aan toe; afhankelijk van wat daar allemaal aan zit, en vooral de dynamica van dat hele systeem, zou een controller wel eens verdomd ingewikkeld kunnen worden.

[Bericht gewijzigd door SparkyGSX op zondag 6 december 2015 19:52:18 (16%)]

Berekenen van mijn systeem/doel met software, dat is denk ik te complex en onzeker voor mij. Ik ben niet voldoende onderlegd om met dit soort software te werken helaas.

Op 6 december 2015 19:28:38 schreef SparkyGSX:
...
Die spoelen om de gewenste aantrekkingskracht te krijgen, zijn nog tot daar aan toe; afhankelijk van wat daar allemaal aan zit, en vooral de dynamica van dat hele systeem, zou een controller wel eens verdomd ingewikkeld kunnen worden.

De dynamica, feedback, controller, ja dat zal vast ingewikkeld worden. Maar dat is dus iets voor later.

Belangrijk voor nu is de praktische aanpak voor mijn proof of concept. Zou ik die 50N @ 20mm kunnen bereiken met :

- TWEE trafo elektromagneten tegenover elkaar
- Door gebruik te maken van de kern en de primaire wikkeling? Ik noem de primaire wikkeling omdat die vast meer stroom aankan (dikker draad).

Ja, de primaire wikkeling heeft dikker draad, maar ook minder windingen; dat valt precies tegen elkaar weg. Uiteindelijk gaat het op de totale massa aan koper, aangenomen dat je elke willekeurige voedingsspanning kunt gebruiken, natuurlijk.

Nee, ik denk niet dat het zomaar met het ijzerpakket van een magnetron transformator kan, omdat de ruimte tussen de buitenste poten en de binnenste poot te klein is, in verhouding met de gewenste afstand.

Denk je eens in dat het veld van de buitenste poot naar de binnenste moet; een deel daarvan gaat min of meer recht door dat luchtgat, en een deel gaat met een boogje door de ruimte tussen de 2 kernen. De velddichtheid neemt af naarmate verder van de kern vandaan gaat, en het pad van de ene kern, door het luchtgat, door de tweede kern, en weer terug door het luchtgat is significant langer dan het directe pad, waardoor het grootste deel van het veld door het directe pad zal lopen.

Als je ervoor zorgt dat het direct pad veel groter is dan 2x het luchtgat tussen de kernen (magnetisch gezien is de afstand die je door de kern aflegt nauwelijks relevant), zal een groot deel van dat veld dus door die tweede kern lopen, en daarmee een aantrekking veroorzaken.

Je kunt het ook anders zien, zoals FET al aangeeft: de verandering van de inductie van elke spoel, afhankelijk van de aanwezigheid van de tweede kern, geeft je een idee van de mate van aantrekking (maar dan voornamelijk relatief). Als je een LCR meter hebt, kun je daar wat eenvoudige experimenten mee doen.

Eerlijk gezegd zou ik niet direct weten hoe je de aantrekkingskracht in zo'n situatie moet berekenen, zeker aangezien er geen arbeid verricht wordt.

Wat je zou kunnen proberen, is de middelste poot uit elke kern te zagen, en een nieuwe spoel om de resulterende C-kern te wikkelen. Hiermee komt de afstand tussen de 2 poten in ieder geval in de orde van grootte van 40mm.

Maar het doel van dit geheel is blijkbaar nog heel erg geheim.

zoals FET al aangeeft: de verandering van de inductie van elke spoel, afhankelijk van de aanwezigheid van de tweede kern, geeft je een idee van de mate van aantrekking (maar dan voornamelijk relatief).

Valt mee; ook kwantitatief; hoewel hier waarschijnlijk niet praktisch omdat we dan toch nog iets zouden moeten meten, nl. de zelfinducties.

Ik zal een voorbeeld geven met luchtspoeltjes, omdat ik daaraan wel kan rekenen en niet hoef te meten.
Stel, je hebt twee spoelen van 5 cm lang en 5 cm dik, ieder met 100 windingen. De onderlinge afstand is 2 cm. Wat is hun onderlinge aantrekkingskracht als er door beide een stroom van 16 A loopt?
Dit kunnen we uitrekenen door te kijken wat er zou gebeuren als de onderlinge afstand met een klein stukje verminderd wordt. Laten we zeggen (het gaat maar om het idee) met 1 mm, dus van 2 cm naar 1,9 cm.

Voor luchtspoelen kan ik de zelfinductie vrij goed berekenen. Op een onderlinge afstand van 2 cm is de totale L= 725,3 µH; op een onderlinge afstand van 1,9 cm is dat 727,2 µH.
(De formules doen er hier even niet toe, maar staan bijv. in het Radiotron Designers Handbook, zie vooral p.447.)

Goed, stel dat de spoelen in serie staan, en er loopt 16 A door terwijl ze 2 cm uit elkaar staan. De veldenergie is 0,5 LI² = 92833 µJ.
De spoelen trekken elkaar aan. Als ik ze elkaar tot 1,9 cm laat naderen - waarbij de spoelen dus arbeid verrichten -, wordt de zelfinductie iets groter.
In eerste instantie zal de flux onveranderd blijven, en zal de stroom dus iets moeten zakken naar 15,96 A. De veldenergie is dan 92590 µJ, een verschil van 243 µJ.

Nu is arbeid = kracht maal weg. De weg is 1 mm, en de arbeid is 243 µJ. De gemiddelde kracht was dus 0,243 N, ofwel het gewicht van een massa van ongeveer 25 gram.

Nu zul je zeggen: maar in een gewone opstelling zal de stroom na de verplaatsing toch 16 A blijven? Ja, maar dan moet de voeding de (dan toenemende) energie dus aanvullen. Als je alles met elkaar verrekend hebt, is de uitkomst weer hetzelfde.

Door de verplaatsing in gedachten heel klein te nemen, wordt de berekening nauwkeuriger. Wiskundigen nemen hier de differentiaal.
Het leuke van deze methode is, dat de verplaatsing in werkelijkheid niet hoeft te gebeuren; de kracht is er evengoed. Dit heet het principe van de virtuele arbeid.

Van de magnetronspoelen kan ik de inducties niet uitrekenen. Als je het zou opmeten, kun je de krachtberekening wel doen. Maar dan kun je al bijna net zo goed meteen de kracht rechtstreeks meten.
Het enige voordeel zou zijn dat je de inductiemeting kunt doen bij kleine stromen (waarbij je de kracht zelf nog niet kunt meten), om dan de kracht bij grote stromen uit te rekenen (nog voordat je de grote voeding gebouwd hebt ).

De theorie gaat helaas een beetje boven m'n pet ben ik bang.

Maar wat ik begrijp uit Sparky's post is dat ik moet gaan zagen

Op 6 december 2015 22:19:46 schreef SparkyGSX:... Wat je zou kunnen proberen, is de middelste poot uit elke kern te zagen, en een nieuwe spoel om de resulterende C-kern te wikkelen. Hiermee komt de afstand tussen de 2 poten in ieder geval in de orde van grootte van 40mm.
...

Kijk even naar een van de filmpjes van Colin Furze, die heeft magneto schoenen zo gemaakt.

https://www.youtube.com/watch?v=OqLi6lrOCzs

Daar heeft de TS dus weer niets aan, want ook dat is een magneet die vooral sterk is als het magnetische pad gesloten is. Op het moment dat hij die magneet tegen de stalen plaat zet zie je ook dat hij vrijwel niets doet totdat hij de plaat bijna raakt.

@TS: ik durf niet met zekerheid te zeggen dat dat gaat werken, maar ik denk dat je een redelijke kans hebt, en het zal in ieder geval een stuk sterker zijn dan de huidige constructie.

Die primaire wikkeling is gemaakt voor zo'n 4A. Je hebt niet verteld of je die kracht voor lange tijd nodig hebt, en voor lange tijd ook over de maximale afstand. Kortstondig kun je best een eind over die 4A heen gaan zonder problemen, als de spoelen niet de kans krijgen oververhit te raken. Vanwege de verzadiging krijg je voor een grotere stroom wel steeds minder extra kracht terug. Beide spoelen kunnen in serie gezet worden. Beschik je over een labvoeding met instelbare stroom die 5A of nog iets meer kan leveren?

Op 7 december 2015 23:51:17 schreef SparkyGSX:....

Die primaire wikkeling is gemaakt voor zo'n 4A. Je hebt niet verteld of je die kracht voor lange tijd nodig hebt, en voor lange tijd ook over de maximale afstand. Kortstondig kun je best een eind over die 4A heen gaan zonder problemen, als de spoelen niet de kans krijgen oververhit te raken. Vanwege de verzadiging krijg je voor een grotere stroom wel steeds minder extra kracht terug. Beide spoelen kunnen in serie gezet worden. Beschik je over een labvoeding met instelbare stroom die 5A of nog iets meer kan leveren?

Die kracht van 50N @ 20mm is vrij ruim genomen en zal niet continu nodig zijn. Het opwarmen zal dan hopelijk meevallen. Ik heb geen labvoeding waar ik mee kan experimenteren.

Maar ik zou sowieso eerst trafo's moeten regelen, de middelste kern eruit zagen, opnieuw wikkelen.

Wat dat wikkelen betreft en praktische vraag. Als ik hiervoor die primaire spoel gebruik, gaat de coating op dat draad dan niet breken, met risico op kortsluiting ? Kan ik anders installatiedraad gebruiken ?

Al met al zal dit een kwestie zijn van testen in de praktijk.

installatiedraad heeft een dikke laag plastic isolatie. Dat zorgt voor ruimte verspilling op je spoel - Als trafo-ontwerper wil je zoveel mogelijk windingen in de beschikbare ruimte. Tevens maakt het de warmte afvoer lastiger.

Het wikkeldraad hergebruiken kan, maar je moet oppassen voor beschadigingen. De isolatie is enigzins elastisch, dat moet ook wel natuurlijk anders kon de trafo in eerste instantie al niet werken na gewikkeld te zijn.

Zonder labvoeding hieraan willen beginnen verbaast me nogal trouwens. Hoe had je zelf in gedachten om aan de benodigde gelijkspanning te komen?

Scoor eens een 2dehands oventje op mp en begin met schroeven en slopen. Kijk eerst maar eens of je de trafo wel uit elkaar kunt halen - ik meen dat die dingen wel eens dichtgelast worden.

Ja ik zal eerst eens trafo's moeten zoeken. Ze schijnen inderdaad een lasnaad te hebben die je moet doorslijpen.

De voeding: Kan ik niet gewoon een pc voeding gebruiken (12V)?

Update:

Na bijna een jaar weer verder gegaan met het project en goede resultaten behaald

Ik heb nu twee e-kernen tegenover elkaar:

Nu:
- 24V/20A voeding
- Weerstand van de spoelen is 2 Ohm en 2.4 Ohm.
- Stroom 24/2 = 12A en 24/2.4 = 10A
- De spoelen worden nu snel heet.

Om de stroom te beperken wil ik naar 3 Ohm.
Kan ik hiervoor gewoon vermogensweerstanden gebruiken ? Ik zie dat ze bestaan in 0.33 Ohm, dus ik zou denken:
2 + 0.33 + 0.33 + 0.33 = 2.99 Ohm
2.4 + 0.33 + 0.33 = 2.99 Ohm = 3.06 Ohm

Gaat dat werken of zie ik iets over het hoofd ?

Ik schreef 10 maanden geleden dat de krachten evenredig zijn met de stromen. Hoe groot is de kracht die je meet?

De spanning over de spoelen verlagen op een andere manier dan met weerstanden verstoken naar warmte is efficienter.

Heb nog niet exact kunnen meten maar met 20mm MDF ertussen kan ik de een met de ander nét optillen. Gewicht is 2.25kg * 9.81 = 22N

Op welke manier zou ik de spanning kunnen verlagen ?

Het is trouwens een test, dat het niet efficient is maakt niet uit nu.

Spanning verlagen zou ik met een instelbare voeding doen; zeker voor experimenten is dat handig.