Beveiliging van zeer grote elektromagneet

Ik ga meten met een erg grote watergekoelde elektromagneet (Oxford N100), een ding van 500 kg. Met een gap van een 7cm is hij al 288 mH. En dan mag hij 14A hebben.

Maar hij begint al te verzadigen bij 2 tot 6 A (hangt af van de gap die ik instel).

Ik ga hem aansturen met een Delta SM7020-D. Waarbij ik eigenlijk niet boven 3A wil gaan (dan zit ik al boven 2 Tesla). Ook bij 70V is de stroomstijging met dergelijke inductie erg traag.

Maar hier komt het probleem: stel dat de netspanning uitvalt. Of dat ik een kabelprobleem heb. De energie van de spoel moet ergens naartoe. En niet in mijn voeding, dat is dan enkele richting schroothoop.

Weet iemand een oplossing, iets wat de spanning boven 70V opvreet maar wel tegen het pulsvermogen kan? En wat snel genoeg is? Soort remweerstand boven 70V, of TVS van meerdere kilo?

EricP

mét CE

Is het niet een beetje een theoretisch probleem? Dat kabelprobleem kun je ook hebben met datgene waar je de energie in dumpt.
Als die netspanningsuitval voorkomt, dan is een (knappe) UPS lang genoeg in leven om een fatsoenlijke shutdown te doen.

Dan de prijs van die voeding. Laat het ding eens €1000 kosten. Hoe groot is de kans dat je het ding molt? Hoe erg is het als je €1000 opstookt? Risico is tenslotte een combinatie van de kans dat iets fout gaat met de gevolgen.
De kans lijkt me erg klein (zeker achter een UPS). Het bedrag is niet leuk, maar wel te overzien. Conclusie: niet te moeilijk doen.

Daarnaast... is een eigenschap van een spoel niet dat de stroom min of meer constant blijft (als je de tijd kort maakt en het model ff simpel houdt). Welnu, dan zou je stroom ook niet meer dan 3A moeten worden. Alleen zal die wel een tijdje blijven lopen. Dat zou je eigenlijk met een forse diode al moeten kunnen halen. Of zit ik ff mis?

Bijkomend probleem is dat bij omlaag regelen van de stroom de magneet een verhoogde spanning gaat geven. Ook dat is heel gevaarlijk. Een beetje te snel aan de potmeter en hij is opgeblazen.

Ik heb al een goedkope Chinees opgeblazen. Die werd instabiel door de inductiviteit, regelde de uitgang terug en dan blaast zo'n magneet duizenden volt je voeding in.

Eigenlijk moet zo'n voeding 4-kwadrant zijn. Maar dat is onbetaalbaar.

Een beveiliging is echt nodig om ermee te kunnen werken.

Ik heb ook gekeken naar dumpen in elco's maar dat is ook bijna niet haalbaar.

Sine

Moderator

Hmm, een stevige vrijloopdiode en een actieve zener?

Met condensatoren gaat het slingeren, dat lijkt me ook niet de bedoeling.

Ook een vier kwadrant PSU gaat waarschijnlijk naar de vaantjes als je hem bot uitzet.

[Bericht gewijzigd door Sine op dinsdag 20 juli 2021 22:42:38 (61%)

Tijdconstante met dempweerstand R=10 Ohm wordt R/L is 50 ms. (edit: foutje, L/R is tau is 29 ms). En een stroom van 10 ampere in 10 Ohm (via een vrijloop diode) in pakweg 50 ms geeft ca. 30 Joule maar wel een piekvermogen van 1 kW gedurende die 50 ms.

Met een heel grote zener zou het kunnen, maar een iets slimmer circuit is vast mogelijk. Een actieve clamp met vrij normale mosfets (100 volt en 20 ampere) en een vermogensweerstand van 25 Watt. Zo vaak wordt die weerstand niet belast.

@Sine: die actieve zener, ja.

Weet je zeker dat de inductie maar 288 milliHenry is?
Dan is de opgeslagen energie niet zoveel.

Sine

Moderator

@Brightnoise,

De DC weerstand van de spoelen zelfs is ook nog iets van 13R

Wat zegt de leverancier hierover? Hoe zet de leverancier die magneet aan en uit? Als het zo'n groot probleem is als jij zegt dan heeft de leverancier daar gewoon een oplossing voor. Anders heeft elke klant een zeer groot probleem en dus een onbruikbare magneet.

Op 20 juli 2021 23:00:05 schreef floppy:
Weet je zeker dat de inductie maar 288 milliHenry is?
Dan is de opgeslagen energie niet zoveel.

Dat is met airgap van denk ik wel 10 cm. Bij kleinere airgap zal dat flink omhoog gaan.

Tenminste, dat is wat mijn Philips meter aangeeft.

Hoe krijg ik dat gemeten?

Tidak Ada

Golden Member

Waar dient di magneet voor?
Is het een dump ding dat in je handen is gekomen of moet je hem voor en opdrachtgever installeren?

Ik ken dat soort magneten uit de oogheelkunde. Ze werden/worden(?) o.a. gebruikt om staalsplinters uit ogen te halen. Hoe dat tegenwoordig gaat, weet ik niet. Had de bijlagen niet gezien.
Ik denk dat dit ding voor natuurkunde onderwijs of een andere experimentele toepassing is ontworpen.

Moet hij op DC draaien of op AC? Naar ik mij herinner hadden we ook zoiets in het natuurkunde lokaal. Die werd bediend vanuit "de kast". Daarin zat een eenvoudige selenium brug, die geregeld werd met een variac. Daarmee vermijd je het probleem van TS, vermits je langzaam regelt. wat er bij een shutdown van het net gebeurt werd er niet bij verteld. Misschien een surge arrestor over de spoel?

Rommelige werkplek? In de natuur is wanorde de meest stabiele toestand; de entropie is dan maximaal. Het handhaven van "orde" kost daarom altijd energie. ----> TUBE COLLECTORS ASSOCIATION - †

Op 20 juli 2021 22:38:33 schreef Sine:
Hmm, een stevige vrijloopdiode en een actieve zener?

.

daar dacht ik ook aan. ten slotte loopt er maar enkele ampère tijdens het gebruik. tijdens het uitschakelen loopt er dus zeker niet meer dan die stroom. Pulsvermogen is er dan ook niet van betekenis. dat krijg je enkel als je de keten onderbreekt en de spanning laat oplopen, zoals ts reeds ervaren heeft :-)..

Op 20 juli 2021 23:19:51 schreef Hoeben:
[...]

Dat is met airgap van denk ik wel 10 cm. Bij kleinere airgap zal dat flink omhoog gaan.

Tenminste, dat is wat mijn Philips meter aangeeft.

Hoe krijg ik dat gemeten?

Kijken hoe snel de stroom stijgt als je er een spanning op aansluit.
Ik vroeg dat omdat het onwaarschijnlijk klein lijkt.
De energie bij 3A is 0.5I2L dat is ca 2.5 Joule, net genoeg om 1 gram water 0.5 graad op te warmen.

Op 20 juli 2021 22:19:26 schreef Hoeben:
Bijkomend probleem is dat bij omlaag regelen van de stroom de magneet een verhoogde spanning gaat geven.

??? Als de stroom afneemt dan wordt de spanning negatief. Dat kun je opvangen met een vrijloopdiode en een Power-Weerstand. Makkelijk genoeg volgens mij.

1 Henry is niet echt spectaculair. De Power-weerstand moet de energie opvangen. Als je 6A uitschakelt dan krijg je 6A in je vrijloopdiode / PowerWeerstand. Bij kleine weerstand (1 Ohm bijv) krijg je dan 6V over de weerstand (dus 36 Watt).

Bij grotere weerstand krijg je meer spanning en dus meer power, maar die is dan ook weer sneller weg. Totale energie blijft hetzelfde.

Veel voedingen zijn niet berekend op een negatieve uitgang-spanning. De betere voedingen hebben een clamp diode over de uitgang, maar die is meestal niet berekend op zoveel energie. Dus dan moet je de vrijloopdiode over de uitgang van de voeding zetten, en de power-weerstand in de power-lijn. De diode zorgt dan dat de voeding niet negatief wordt, en de weerstand vangt de energie op.

PS:
De spoel heeft zelf al een DC-weerstand van 13 Ohm. Dus dan kan de spoel zelf het vermogen wel dissiperen en heb je dus geen extra power-weerstand nodig. Maar wel de clamping diode als je de voeding heel wilt houden.

Testen van Hall sensoren. Homogeen magneetveld in een gap van een paar cm tot 10cm van klein veld tot 2.4 Tesla.

Ik denk ook dat mijn meter liegt. Maar hoe krijg ik dat gemeten. De kern is massief, ik denk dat daarom de meter het niet doet. Een PM6303 werkt met 1 kHz en dan heb ik wervelstroomverliezen. Ik moet iets met DC doen. Stijgtijd of zo.

Hier is een foto.

Maar inderdaad moet een vrijloopdiode al veel doen. Wel moet ik de spanning kunnen omkeren, remanent veld gaat een probleem worden.

Dan moet ik nog een regeling maken, ik ga met een gecalibreerde sensor het veld meten en regelen.

[Bericht gewijzigd door Hoeben op woensdag 21 juli 2021 00:24:53 (19%)

Je hebt speciale gas discharge buisjes om dergelijke pieken op te vangen. Die zullen gegarandeerd voor jouw toepassing bestaan.
Of de moderne variant, een pittige Tranzorb/TVS zoals al werd voorgesteld.

Een kleine vonkbrug kan als laatste redmiddel ook nog werken. Neem een vorkvormige van 0,1mm, dan slaat ie tussen de 100 en 300v door. Afstellen met een voelermaatje. Zorg wel dat het zeker is dat als de spanning weg is, dat ie ook wegblijft tot de boog gedoofd is.

Nog een creatieve oplossing: een elcobank parallel, zodat de spanning langzamer wegzakt en de piekspanning dus kleiner wordt?

[Bericht gewijzigd door Ledlover op woensdag 21 juli 2021 00:30:24 (12%)

Ik neem op kleine schaal reparaties van buizen-elektronica aan voor een heel aardig uurtarief. Interesse? Mail me!

Volgens mij heeft die Delta al wel de nodige beveiligingen aan boord.
Dus die kun je rechtstreeks gebruiken.

En magneet ompolen kun je dan aan de kant van de magneet regelen. Met een schakelaar.

Sine

Moderator

Op 21 juli 2021 00:29:32 schreef Ledlover:
Je hebt speciale gas discharge buisjes om dergelijke pieken op te vangen.

Tegen dat de spanning zo hoog is dat zo'n buisje ontsteekt is je voeding al toast.

Nog een creatieve oplossing: een elcobank parallel, zodat de spanning langzamer wegzakt en de piekspanning dus kleiner wordt?

Dan heb je een LC kring die gaat slingeren, ook ver van optimaal.

Op 21 juli 2021 00:30:08 schreef deKees:
Volgens mij heeft die Delta al wel de nodige beveiligingen aan boord.
Dus die kun je rechtstreeks gebruiken.

En magneet ompolen kun je dan aan de kant van de magneet regelen. Met een schakelaar.

Eeeh ... domweg ompolen is een HEEL slecht plan, dan heb je de inductie piek opeens positief tov je voeding, ofwel je gaat een flinke hoge spanning met de zelfde polariteit als je voeding terugleveren.

Dat is gegarandeerd een gebakken voeding.

Ja, niet in bedrijf omkeren natuurlijk. Eerst uitschakelen en wachten tot het veld weg is.

Volgens mij heeft een beetje net-trafo al meer zelfinductie op zijn primaire kant. Ooit eens eentje getest. Die kwam op 400 mH.

Ooit aan een machine met flinke kleefmagneten gewerkt, daar zat parallel een flinke weerstand model straalkachel overheen. Beetje lomp en niet energie zuinig maar werkte daarna zonder problemen. Daarvoor branden de relais contacten 1 x per maand vast.

EricP

mét CE

Dat bij terug regelen de energie *ergens* heen moet, is evident. Ik ging er eigenlijk vanuit dat je dat zelf al verzonnen hebt.
Maar goed... een weerstand is een optie.

Een andere vraag: hoe vaak moet dit op- en afgetuigd gaan worden? En door wie? Als het 10x en alleen door jou is, dan zou je de discipline nog op kunnen brengen om het 'goed' te doen. Moeten er meerdere mensen mee werken, dan gaat dat natuurlijk fout.

Andere insteek: wat gebeurt er als de boel 'uit' moet en je sluit de magneet botweg kort (terwijl de PSU er nog aan zit)? De PSU kan daar wel tegen (zeker in CC mode :) ). Tegen de tijd dat de mangeet 'door heeft' dat-ie kort gesloten is, heeft-ie geen enkele kans meer om ellende de voeding in te jassen.

joopv

Golden Member

Op 21 juli 2021 06:24:55 schreef Peter112:
Ooit aan een machine met flinke kleefmagneten gewerkt, daar zat parallel een flinke weerstand model straalkachel overheen. Beetje lomp en niet energie zuinig maar werkte daarna zonder problemen. Daarvoor branden de relais contacten 1 x per maand vast.

Misschien kun je uitzoeken welke techniek er gebruikt wordt bij bv. hijsinstallaties met elektromagneten, in de afval- of staal industrie. Voor mijn gevoel worden er vergelijkbare vermogens gebruikt.

harry64

Golden Member

Op 21 juli 2021 00:42:43 schreef Sine:
[...]

Tegen dat de spanning zo hoog is dat zo'n buisje ontsteekt is je voeding al toast.
[...]

Dan heb je een LC kring die gaat slingeren, ook ver van optimaal.

[...]

Eeeh ... domweg ompolen is een HEEL slecht plan, dan heb je de inductie piek opeens positief tov je voeding, ofwel je gaat een flinke hoge spanning met de zelfde polariteit als je voeding terugleveren.

Dat is gegarandeerd een gebakken voeding.

Is een H-Bridge geen oplossing?

Arco

Special Member

Ik gebruik voor solenoids op 230v/8.5A zware TVS'sen en diodes, dat voldoet goed.
Spanning is 'raw' DC (gelijkgerichte netspanning zonder afvlakking)

Arco - "Simplicity is a prerequisite for reliability" - hard-, firm-, en software ontwikkeling: www.arcovox.com

Met een H-brug gaat de opgeslagen energie sowieso terug de voeding in, aangezien die brug werkt als gelijkrichter. Je kunt daar een bank elco's voor zetten, maar dan werkt de constant current mode niet goed meer.

En diode anti-parallel en eventueel nog één in serie met de voeding lijkt je goed, zolang je de magneet niet gaan ompolen zolang er stroom loopt.

Een manager is iemand die denkt dat negen vrouwen in één maand een kind kunnen maken

Op 21 juli 2021 00:42:43 schreef Sine:
[...]

Tegen dat de spanning zo hoog is dat zo'n buisje ontsteekt is je voeding al toast.
[...]

Ik heb ooit een datasheet van die dingen doorgelezen, en ze zijn er gewoon voor spanningen van rond de 100 volt. Maar waar ik die destijds heb gevonden....

Ik neem op kleine schaal reparaties van buizen-elektronica aan voor een heel aardig uurtarief. Interesse? Mail me!