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Acoplamiento inductivo no resonante

Buenos días señores, les pido disculpas si les envío un mensaje tan banal, pero lamentablemente no puedo superar un pequeño obstáculo de planificación. En cuanto a la transferencia de energía mediante acoplamiento inductivo no resonante, por lo tanto, solo un simple electroimán con un núcleo magnético (¿hecho de hierro dulce?), que tiene una longitud de 40 cm, un espesor de 5 cm y una profundidad de 10 cm (valores arbitrarios), 400 vueltas y una corriente de aproximadamente 1 amperio, al no ser resonante, ¿cómo varía la transferencia de energía según la frecuencia? Con estas características, ¿qué cambios puede provocar una frecuencia de 20 khz y 100 khz? Además, la saturación de hierro es de 2 tesla, pero independientemente del tamaño, ¿o si el núcleo es muy grande puede soportar densidades de tesla mayores? ¿A qué equivale la densidad del campo magnético a una distancia de 80 cm del electroimán? Realmente no encuentro soluciones a estas 3 preguntas, ni siquiera chatGPT, ¿pueden ayudarme?
 
El tercer hit de google...
Gracias amigo, siempre estás ahí :), estudiaré tu documento y luego te hablaré sobre él, también porque este proyecto es mucho más simple ya que no es resonante, solo necesito algo de información, en cualquier caso lo estudiaré de vez en cuando te hablaré sobre ello, hasta pronto.
 
Última edición por un moderador:
El tercer hit de google...
Leí el documento pero no encontré respuesta ya que habla de campos magnéticos estáticos, encontré la fórmula para calcular la sección del núcleo magnético, pero no encuentro la fórmula para calcular la frecuencia correcta de la bobina, que se calcula en base a la inductancia, pero no encuentro la fórmula, ¿la conoces además si hay un límite de corriente (amperios), ¿cómo se calcula el límite máximo del voltaje de entrada?
 
Podría explicar claramente que es lo que pretende hacer???
Usted dijo previamente que era un simple electroimán, para lo cual le dí la solución, pero releyendo su consulta inicial, luego habla de C.A. de alta frecuencia y de "inducción" y de transferencia de energía...cosa que no ocurre por que tiene solo un bobinado y con C.A. nunca va a lograr un electroimán ...
 
...solo un simple electroimán con un núcleo magnético (¿hecho de hierro dulce?), que tiene una longitud de 40 cm, un espesor de 5 cm y una profundidad de 10 cm (valores arbitrarios), 400 vueltas y una corriente de aproximadamente 1 amperio, al no ser resonante, ¿cómo varía la transferencia de energía según la frecuencia? Con estas características, ¿qué cambios puede provocar una frecuencia de 20 khz y 100 khz? Además, la saturación de hierro es de 2 tesla, pero independientemente del tamaño, ¿o si el núcleo es muy grande puede soportar densidades de tesla mayores? ¿A qué equivale la densidad del campo magnético a una distancia de 80 cm del electroimán?
El título sugiere que lo que querés hacer es una transferencia de energía inalambrica, tema donde la propia Wikipedia ya te aclara que con circuitos no resonantes las bobinas deben estar muy cerca para un rendimiento aceptable.

Solo los núcleos con hierro de alta calidad saturan a 2T, a la chapa normal no le pidas mas de 1.2T .
Al tratarse de una densidad no depende del tamaño, otra cosa es que disminuya si agrandas el núcleo y mantienes las vueltas y la corriente.

Siendo que las pérdidas aumentan con el cuadrado de la frecuencia, a 20kHz... 100kHz el hierro no va ni a palos.

Realmente no encuentro soluciones a estas 3 preguntas, ni siquiera chatGPT, ¿pueden ayudarme?
Podrías probar con DeepSeek, aunque sería mejor que mejores precisión en las preguntas. Si a un humano no le queda claro que querés hacer, a una IA tampoco...
 
@ilkidior @Eduardo @Dr. Zoidberg buenos días, si mi electroimán se utiliza para transferencia de energía inalámbrica, sé que transmitiré poco pero me gustaría hacerlo. el acoplamiento no es resonante por lo que la distancia desde la lente será igual a la longitud del electroimán = 80 cm. El núcleo magnético de hierro estará formado por laminaciones para dispersar corrientes parásitas, en disposición radial. También encontré la fórmula que calcula la sección del núcleo magnético en base a la longitud para no exceder los 2 tesla de campo magnético, pero ahora no encuentro la frecuencia adecuada para una mejor eficiencia, debería estar entre 20 y 100 khz, pero no encuentro la fórmula para calcularla, ¿me pueden ayudar? Además, si el cable tiene una sección de 2 mm y por él pasa una corriente de 10 amperios, ¿cuántos voltios se necesitan?
Estoy siguiendo este proyecto, pero no se especifican muchos detalles y tampoco entiendo por qué el núcleo magnético es mucho más largo que el número de vueltas.

 
Lo leí apenas por encima porque particularmente no me parece relevante , para eso existen las líneas de alimentación . . .

Además hablás de no resonante y el ejemplo es de resonante . . . :

"A prototype of the Dipole Coil Resonant System, developed by a KAIST research team, turns a LED television on at a 5-meter distance. Credit: KAIST"

Si tenés ganas de experimentar , construí ambas bobinas según gráficos presentados , y alimentá la bobina primaria desde una fuente de PC (12V 30 a 60 kHz) , tomada antes de la rectificación , directamente de las salidas del transformador correspondientes a los +12 y -12 V . . . (y)

Saludos.
 
Lo leí apenas por encima porque particularmente no me parece relevante , para eso existen las líneas de alimentación . . .

Además hablás de no resonante y el ejemplo es de resonante . . . :

"A prototype of the Dipole Coil Resonant System, developed by a KAIST research team, turns a LED television on at a 5-meter distance. Credit: KAIST"

Si tenés ganas de experimentar , construí ambas bobinas según gráficos presentados , y alimentá la bobina primaria desde una fuente de PC (12V 30 a 60 kHz) , tomada antes de la rectificación , directamente de las salidas del transformador correspondientes a los +12 y -12 V . . . (y)

Saludos.
Hola, gracias por tu respuesta, difícilmente pude hacer experimentos dado que a frecuencias tan altas el núcleo de hierro se calienta demasiado y corro el riesgo de lastimarme. Tengo 2 posibilidades: 1. usar un electroimán con núcleo de hierro, pero no podría llegar a los 20 khz, entonces tendría que laminarlo, ¿aun así podría hacerlo? 2. Utilizo ferrita, resuelvo la frecuencia, pero la inductancia es baja, ¿y cuánto debo agrandar el núcleo para llegar a 2 tesla? Yo mismo podría responder estas preguntas si tuviera las fórmulas para calcular las dimensiones del núcleo, y cómo varían las dimensiones con la frecuencia, por eso te pregunto, por favor ayúdame, estas preguntas son fáciles para ti pero para mí no.
 
... Tengo 2 posibilidades: 1. usar un electroimán con núcleo de hierro, pero no podría llegar a los 20 khz, entonces tendría que laminarlo, ¿aun así podría hacerlo?
Para frecuencias poco mas de 400Hz sí. Para 20kHz olvidate.
2. Utilizo ferrita, resuelvo la frecuencia, pero la inductancia es baja, ¿y cuánto debo agrandar el núcleo para llegar a 2 tesla?
La inductancia es baja pero a las frecuencias que normalmente se utiliza no es problema.

A la ferrita se la hace trabajar hasta 0.3T , después satura.
A la chapa de hierro común hasta 1.2T.
A 2T el núcleo de chapa común está recontra saturado, eso es admisible en continua, no en alterna.

Yo mismo podría responder estas preguntas si tuviera las fórmulas para calcular las dimensiones del núcleo, y cómo varían las dimensiones con la frecuencia, por eso te pregunto
Hay cosas que son de sentido común, si comercialmente no ves equipos con núcleos de hierro trabajando a 20kHz sino de ferrita --> Por alguna razón es.

El trabajo del link que pusiste es algo con fines educativos. Si lo tuyo es también con fines educativos adelante! Pero no te pongas a fijar condiciones como distancia, tipo de núcleo y rango de frecuencias porque con actitud positiva no vas a cambiar la física.
- Buscate chapas de un transformador -> cortalas y apilalas formando dos barras lo mas largas que puedas -> bobina una con el alambre de 2mm (vueltas: 200...1000, las que puedas) y la otra con alambre mas delgado pues la corriente será mucho menor.

Con qué tensión y frecuencia alimentar?, frecuencia 50/60Hz salvo que tengas un generador para eso no existe manera sencilla porque se depende de las características magnéticas y dimensiones del núcleo. Lo 2do lo podés medir, pero lo 1ro no tenés que qué, solo podés hacer un ensayo.
Para eso lo alimentás con baja tensión y ves la corriente que circula. Con eso redimensionas las vueltas de acuerdo a la tensión que lo quieras alimentar. Salvo que le des pocas vueltas o baja corriente dudo que llegues a saturarlo (es un núcleo abierto) pero si llegara a pasar te vas a dar cuenta porque la corriente se va a ir por las nubes.

La distancia? Pues la que salga -> Vas alejando la bobina receptora y ves.
Pero te adelanto que las lineas de campo se cierran muy rápidamente, así que va a ser una distancia muy corta.

En el link usan un circuito resonante porque así se aumenta la distancia, aunque si te tomás la molestia de leerlo vas a ver que usaron ferrite y el Q del circuito es altísimo (2000), usaron materiales de alta calidad y aun así de aclaran que al ser tan alto el Q no es fácil la sintonía.
También probaron con otro mas "terrenal" (Q=100) y la distancia obviamente fue menor.
Aun asi, el rendimiento siempre es bajísimo, excitan con 1400W para encender un televisor de 40W.
 
@Eduardo @DOSMETROS buenos días, perdón por mi extrema demora en responderte, entonces las laminaciones de hierro y silicio funcionan hasta 1.2 tesla y un máximo de 400 hz de frecuencia, ok, entonces la única solución para alcanzar la frecuencia de 20 kHz es usar ferritas, que sin embargo sarunan a 0.5 tesla, y ok, eso está bien para mí, pero no puedo encontrar la fórmula para calcular las dimensiones del núcleo magnético de ferrita considerando la frecuencia, ¿sabes? ¿Sabes? Además, estudiando viejos apuntes universitarios de física, deduje que al aumentar la sección del núcleo magnético, en este caso ferrita, la densidad de flujo disminuye, y por lo tanto al aumentar la sección del núcleo y la corriente en las bobinas, ¿puedo aumentar el campo magnético?
 
@Eduardo @DOSMETROS .... pero no puedo encontrar la fórmula para calcular las dimensiones del núcleo magnético de ferrita considerando la frecuencia,
En un solenoide, la tensión en bornes es V = d(Flujo_total)/dt
Y eso en régimen senoidal resulta V = N (B*A) (2pi frec)
Siendo B el campo magnético, A el área del núcleo y N el número de vueltas.
Cuando la tensión en bornes no es senoidal, mientras no se trate de impulsos muy cortos la podes usar como una buena aproximación.

Ojo que para dimensionar se toma el valor máximo de B, no su valor eficaz (por la saturación), por lo tanto en la ecuación anterior V es el valor de pico de la tensión.

Como ves en lo anterior no hay nada respecto de la corriente, y es porque la corriente que te va a circular depende lo abierto o cerrado que esté el campo y la diferencia de corriente (o inductancia) entre un núcleo abierto y uno cerrado es grande.
Bien conocido es que si un contactor o electroválvula de alterna no pega bien por problemas mecánicos --> se quema.

Con núcleos de ferrite podés mirar en catálogos, Ferroxcube por ejemplo, y te aparece el factor Al de los distintos núcleos con y sin gap. Con eso cálculas la inductancia de la bobina L = Al N^2 y con eso estimar la corriente.

Pero como no existen núcleos fabricados expresamente para tu aplicación (a lo sumo las viejas antenas de ferrite) , no vas a encontrar ni fórmula ni tablas.
Entonces si querés hacer una estimación de la corriente, en lugar de preguntar lo mismo como hasta ahora tenés que agarrar lo que tengas y hacer un ensayo.

... estudiando viejos apuntes universitarios de física, deduje que al aumentar la sección del núcleo magnético, en este caso ferrita, la densidad de flujo disminuye, y por lo tanto al aumentar la sección del núcleo y la corriente en las bobinas, ¿puedo aumentar el campo magnético?
Sale de la 1er fórmula que puse.
 
En un solenoide, la tensión en bornes es V = d(Flujo_total)/dt
Y eso en régimen senoidal resulta V = N (B*A) (2pi frec)
Siendo B el campo magnético, A el área del núcleo y N el número de vueltas.
Cuando la tensión en bornes no es senoidal, mientras no se trate de impulsos muy cortos la podes usar como una buena aproximación.

Ojo que para dimensionar se toma el valor máximo de B, no su valor eficaz (por la saturación), por lo tanto en la ecuación anterior V es el valor de pico de la tensión.

Como ves en lo anterior no hay nada respecto de la corriente, y es porque la corriente que te va a circular depende lo abierto o cerrado que esté el campo y la diferencia de corriente (o inductancia) entre un núcleo abierto y uno cerrado es grande.
Bien conocido es que si un contactor o electroválvula de alterna no pega bien por problemas mecánicos --> se quema.

Con núcleos de ferrite podés mirar en catálogos, Ferroxcube por ejemplo, y te aparece el factor Al de los distintos núcleos con y sin gap. Con eso cálculas la inductancia de la bobina L = Al N^2 y con eso estimar la corriente.

Pero como no existen núcleos fabricados expresamente para tu aplicación (a lo sumo las viejas antenas de ferrite) , no vas a encontrar ni fórmula ni tablas.
Entonces si querés hacer una estimación de la corriente, en lugar de preguntar lo mismo como hasta ahora tenés que agarrar lo que tengas y hacer un ensayo.


Sale de la 1er fórmula que puse.
vaya explicación digna de un oscar 😍😍 ok entendí la fórmula, pero no entendí el tema de la corriente (I), o sea el mío es un electroimán normal, entonces ¿por qué no puedo insertar la corriente en la fórmula? y luego como dijiste, y como lo confirma la fórmula, al aumentar la sección y aumentar la corriente, ¿puede aumentar también el campo derecho? y por eso la pregunta del (yo) actual es realmente importante, esa no la entendí si quieres, ¿podrías explicármelo?
En un solenoide, la tensión en bornes es V = d(Flujo_total)/dt
Y eso en régimen senoidal resulta V = N (B*A) (2pi frec)
Siendo B el campo magnético, A el área del núcleo y N el número de vueltas.
Cuando la tensión en bornes no es senoidal, mientras no se trate de impulsos muy cortos la podes usar como una buena aproximación.

Ojo que para dimensionar se toma el valor máximo de B, no su valor eficaz (por la saturación), por lo tanto en la ecuación anterior V es el valor de pico de la tensión.

Como ves en lo anterior no hay nada respecto de la corriente, y es porque la corriente que te va a circular depende lo abierto o cerrado que esté el campo y la diferencia de corriente (o inductancia) entre un núcleo abierto y uno cerrado es grande.
Bien conocido es que si un contactor o electroválvula de alterna no pega bien por problemas mecánicos --> se quema.

Con núcleos de ferrite podés mirar en catálogos, Ferroxcube por ejemplo, y te aparece el factor Al de los distintos núcleos con y sin gap. Con eso cálculas la inductancia de la bobina L = Al N^2 y con eso estimar la corriente.

Pero como no existen núcleos fabricados expresamente para tu aplicación (a lo sumo las viejas antenas de ferrite) , no vas a encontrar ni fórmula ni tablas.
Entonces si querés hacer una estimación de la corriente, en lugar de preguntar lo mismo como hasta ahora tenés que agarrar lo que tengas y hacer un ensayo.


Sale de la 1er fórmula que puse.
mi núcleo magnético, al ser un electroimán, está abierto, entonces ¿qué cambia en el cálculo de la corriente?
 
....mi núcleo magnético, al ser un electroimán, está abierto, entonces ¿qué cambia en el cálculo de la corriente?
Sugerencia: Primero leer sobre la ley de Hopkinson y en ese link sobre circuitos magnéticos serie y paralelo.

Si el circuito fuese un núcleo con entrehierro, podés calcular la inductancia como:

CysuN.png

Y con la inductancia ya podrías calcular la corriente.

Pero qué pasa? En una barra las lineas de campo en el aire se abren --> la formula anterior no te sirve.
Hay gente que ha aproximado la permeabilidad efectiva de una barra usando elementos finitos
https://www.jpier.org/ac_api/download.php?id=16110203
pero a nivel práctico te tenés que conformarte con estimar el orden de magnitud de la corriente para luego de ponerlo en funcionamiento corregir distancias y número de vueltas.
Porque la permeabilidad del hierro/ferrita ni es una constante ni la conocés con precisión, así como a la longitud efectiva del campo en en aire solo le podés dar un valor "a ojo".

Ahora yo pregunto:
- Qué dimensiones tiene tu electroiman?
- Con qué pensás excitarlo? Lo tenés?
 
@Eduardo gracias por tu respuesta, las dimensiones no son un gran problema, el largo puede alcanzar un máximo de 80 cm y el peso de 10 a 15 kg (valores máximos). Estará excitado por una batería de 12 V y 75 amperios, un circuito oscilador externo podrá generar la sinusoide, como pueden ver los márgenes son altos porque ya sé que las dimensiones importan, dicho esto cómo puedo adaptarlo. De momento estoy contactando con muchas empresas de mi zona para encontrar el mejor material para el núcleo magnético, así que uniendo fuerzas lo conseguiremos😍
 
... Estará excitado por una batería de 12 V y 75 amperios, un circuito oscilador externo podrá generar la sinusoide,...

Que simple no?
Empezá por el generador, que te entregue por lo menos 10A y después nos contás.

Va a ser una experiencia útil porque solo así te vas a convencer que con un núcleo de hierro laminado y la corriente a manejar lo mas práctico y "eficiente" es usar los 50/60Hz de red.

Además tratá de no gastar mucho porque la única aplicación de esto es didáctica (como en el link que pusiste)
 
Semplice, vero?
Inizia con il generatore, assicurati che ti fornisca almeno 10 A e poi facci sapere.

Sarà un'esperienza utile perché solo allora vi convincerete che con un nucleo in ferro laminato e la corrente da gestire, il modo più pratico ed "efficiente" di utilizzare la rete 50/60Hz.

Cerca anche di non spendere troppo perché l'unica applicazione di questo è didattica (come nel link che hai postato)

Que simple no?
Empezá por el generador, que te entregue por lo menos 10A y después nos contás.

Va a ser una experiencia útil porque solo así te vas a convencer que con un núcleo de hierro laminado y la corriente a manejar lo mas práctico y "eficiente" es usar los 50/60Hz de red.

Además tratá de no gastar mucho porque la única aplicación de esto es didáctica (como en el link que pusiste)
sí, entonces sé muy bien que la eficiencia es muy baja, para una distancia igual a la longitud del solenoide se alcanza una eficiencia muy baja del 37%, por eso elegí valores de frecuencia tan altos. anoche llamé a una industria de mi región, para poder acercarme a mis características, las ferritas están muy lejos, hay muchos materiales como metales amorfos como el metglas que tiene las mejores características, pero cuesta mucho por unos pocos kilos de núcleo magnético, luego hay aleaciones como mumetal y permendur, pero tienen baja frecuencia, ¿conoces algún material para la mejor elección del núcleo magnético, que se acerque lo más posible a mis características?
 
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