génération de champs magnétiques

[xascpy]

Bonjour,

Merci pour vos réponses rapides, j'ai à peine le temps de manger que vous avez répondu, génial !

D'accord, nornand, c'est noté pour le régulateur, je vais remplacer ça.

Jiherve, pour les dimensions de ma bobine je prévoi une bobine plate de ~280 spires, un rayon de 2cm et un courant passant de 1.8 A afin d'avoir un champ magnétique de 150 Gauss ou 0.015 T (avec un angle pour mon point de calcul = 80 °). Pour la durée des impulsions, l'objectif est de pouvoir gérer la fréquence de ces impulsions. Par exemple, si je souhaite utiliser mon appareil à la fréquence de 1Hz (à titre d'exemple, les chiffres ne sont pas ceci mais bref), la durée de mon impulsions sera de 0.5 secondes : 0.5 secondes état haut (champ magnétique) et 0.5 secondes état bas (pas de champ magnétique). Si ma fréquence est de 2 Hz, la durée de mon impulsions sera 0.25 haut puis 0.25 bas puis 0.25 haut puis 0.25 bas. Je ne comprend donc pas l'importance de définir la durée de mes impulsions dés maintenant, étant donné quelle devrait être variable ?

Sinon merci beaucoup à vous pour votre aide et vos explications, j'ai eu peur au début avec ce forum quand je voyais les messages un peu "haineux", mais finalement c'est une bonne découverte !

Edit : f6bes à répondu pendant que j'écrivais :
Oui, en farfouillant un peu de partout j'ai vu qu'il fallait au minimum une double isolation, pensez-vous que ça ne suffise pas ? Vous parlez de fréquence, lesquelles ?, celles du transfo ou celle généré par l'arduino ?, si c'est celle du transfo je ne comprend pas, je souhaite avoir du courant continu donc pas de fréquence ? Est-ce un mauvais choix ? et si c'est celle de l'arduino, je ne vois pas ce qu'il y a redire. Merci à vous aussi de prendre le temps de m'aider et de répondre.
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[jiherve]

re
il est important de connaitre la fréquence car une bobine plate ou pas présente une inductance et celle ci s’opposera au passage du courant ,celui ci ne s'établira pas immédiatement et créera aussi une surtension à la coupure.
Par ailleurs ta bobine sera forcement multicouche car 280 spires sur un rayon de 2cm en mono couche cela conduit à un fil ayant environ 70µ de diamètre ce qui ne permettra pas de passer 1.8 A, la longueur sera d'environ 17,6 m et donc la resistance aux environs de 75 ohm.


pour info :En prenant une densité de courant de 5A/mm² il faut environ 10 couches de fil de 6/10 pour faire ta bobine qui fera alors 6mm d’épaisseur, longueur de fil environ 20m resistance proche de 1.2ohm là on peut espérer faire passer 1.8A.L'inductance se situera vers 1mH si je ne suis pas trompé dans les calculs.
il faudra opter pour un NMOS ayant un faible Rds on pour le switch cela sera plus propre et dissipera moins.
avec toutes ces hypothèses voila un début de solution:

la commande issue du µC c'est le générateur à gauche.
JR

[xascpy]

Je vais étudier tout ça, merci beaucoup de votre aide !

[f6bes]

J
Vous parlez de fréquence, lesquelles ?, celles du transfo ou celle généré par l'arduino ?, si c'est celle du transfo je ne comprend pas, je souhaite avoir du courant continu donc pas de fréquence ? Est-ce un mauvais choix ? et si c'est celle de l'arduino, je ne vois pas ce qu'il y a redire. Merci à vous aussi de prendre le temps de m'aider et de répondre.

Rremoi, C'est bien toi qui parle d'un sytéme à FREQUENCE variable...non ?
Donc je te cause de ( des ) fréquences que tu envisages d'utimliser....pas d'autre chose.
Si c'est un courant...continu....il a une fréquence...nulle (pas de fréquence).
Bonne journée

[xascpy]

J'envisage d'utiliser des basse fréquence, entre 1hz et 200hz à peu près, voila voila.

Merci, Bonne journée !

[f6bes]

Donc on ne parle plus de continu.
Bonne bidouille

[Antoane]

Bonjour,

il faudra opter pour un NMOS ayant un faible Rds on pour le switch cela sera plus propre et dissipera moins.
avec toutes ces hypothèses voila un début de solution:
Pièce jointe 437639

Le mosfet ne fonctionnant pas en ouvert/fermé mais en mode saturé (i.e. avec V_gs ~ V_gs,th), la Rdson importe peu.
D'après les calculs de JR, il ne faut que ~2 V aux bornes de la bobine, donc prévoir une alimentation à tension réduite, par exemple de l'ordre de 3.3 V.
On pourrait avantageusement prévoir un régulateur de courant à découpage utilisant la bobine d'inductance comme inductance de lissage et un "régulateur" à hystérésis. Cela évite de chauffer, mais demande un peut de travail supplémentaire.

La constante de temps de la bobine sera d'environ L/R ~ 1 ms. A une fréquence de 200 Hz (soit une période de 5 ms), le courant sera loin d'être carré.

bon courage à Antoane!

Finalement, bon courage à toi

[jiherve]

re
attention avec 24 v d'alimentation çà va chauffer un max du coté du transistor!
grillé par Antoane.
JR

[jiherve]

re
en fait tout peut s'alimenter en 5V.
Mais il y aura tout de même des pertes joules dans la self environ 4W le patient risque de ne pas aimer!
JR

[PKcSIdur]

Salut
Ceci me parait un bon début : https://www.f-legrand.fr/scidoc/docm...s/bobines.html

Les stages pendant le Covid ...

[xascpy]

Merci pour vos réponses, ça avance !

Alors pour commencer, j'ai pousser mon étude plus loin et la fréquence ne devrait finalement pas dépasser 60Hz, au delà de celle-ci c'est sans interêt. J'ai du coup simuler ce que Jiherve proposait pour 60 hz et j'obtient un signal que je pense acceptable. Un temps de monté très faible mais en temps de descente moyen.

Fichier_000 (1).jpg


Pour ce qui est du refroidissement du transistor, je pourrais utiliser un dissipateur ? ou il ne suffirait pas ?

Pour la bobine j'ai proposé une bobine plate parce que c'est ce qu'il me parraissait le plus cohérent mais une bobine à faible largeur pourrait faire l'affaire (à peu près 0.5cm) ce qui permet du coup de passer sur les résutats proposés par Jiherve avec une inductance de 1mH. Ps : désolé pour les dimensions du schéma :

Screenshot_1.png

Je ne comprend pas pourquoi as-t-on besoin d'avoir 2V aux bornes de la bobine. Si je décide de changer mon transfo en un transfo 12v 2a, cela ne suffira pas pour la bobine sans tout bruler ? ça permettrai de limiter les pertes dans la bobine qui serait j'espère négligeable ?

Finalement, pour le dernier commentaire, c'est intéressant mais si j'ai bien compris, le courant n'est jamais nul dans la bobine avec ce principe. Ce qui pose problème, cependant la partie sur la PWM va me permettre d'avancer plus vite par la suite, merci beaucoup pour cette page html !

Merci beaucoup à tous pour votre implication et votre aide, vraiment !

[xascpy]

Encore moi !

J'ai oublié de vous parler de l'ajout du régulateur ! J'ai choisi un LM7809 pour assurer la tension a la borne Vin de la carte arduino. Je n'ai pas trop de doute quant aux choix du régulateur et de son cablage mais je me demandais, si je choisis comme proposé au dessus, de remplacer mon transfo 24V 2A par un transfo 12V 2A, aurais-je assez pour alimenter mon cricuit de "puissance" ?

[jiherve]

Bonjour,
la bobine présente une certaine resistance calculable en fonction du diamètre du fil et de sa longueur ici je suis tombé sur 1,2 ohm qui parcourus par 1,8 A induisent une chute de tension de 2,16V.
Corollaire lorsque le transistor conduit on a donc 2,16V aux bornes de la bobine, 0,6 v aux bornes de la resistance de pied donc le transistor encaisse : 24-2,16-0,6= 21,24V et devra donc dissiper 21,24V*1,8A = 38,23W ce n'est pas raisonnable !!
On peut alimenter ce montage en 5V car 5V > 2,16+0,6 il reste 2,24 V de VDS c'est plus qu'assez même pour un MOS pas trop bon donc tu pourrais te contenter d'une alim 5 volts pour tout le monde!
Sur ton schéma la 1N914 est très sous dimensionnée il faut que la diode de roue libre puisse encaisser le courant à la rupture donc 1,8A min.
Les fronts de montée ou descente du courant ne seront jamais négligeables.
JR
Nota : dans ma tête la bobine n’était pas un solénoïde mais un empilage de galettes bobinées en spirale.
JR

[xascpy]

Re,

La diode est remplacé par la MURS320.

On approche de la fin, j'espère ! Voici la bobine que je sélectionne : une bobine à air, 40 spires, une longueur de 0.6cm, un rayon de 2 cm, ça me permettrait du coup d'avoir 150 Gauss comme champ magnétique avec 1.8 Ampère et une inductance de 0.4 mH !

Fichier_000 (3).jpg

Si j'ai bien compris remplacer mon transfo par un de 5v 2a est une solution, voila ce que ça donne du coup.

Fichier_000 (4).jpg

Si vous avez encore des remarques, n'hésitez pas !

[xascpy]

Côté simulation sous LTspice, voici mes résultat :
Pour 1hz :
Fichier_000 (5).jpg

Pour 60hz :
Fichier_000 (7).jpg

[jiherve]

bonsoir
si ton alim est en 5V il n'y a plus besoin de régulateur je crois qu'il existe la possibilité d'alimenter directement l'Arduino en 5V.
un solénoïde de 0,6cm de long pour 40 spires cela fait du fil de 15/100 il ne tiendra pas 1,8 A, il faut au moins du 6/10 avec une densité de courant de 5A/mm² mais dans la littérature il est préconisé environ 2,5Amm² pour des bobinages ce qui conduit à un fil de 1mm de diamètre.
Donc ta bobine n'ira pas , il faut revenir à une spirale !
un lien intéressant sur le calcul du champ :https://www.google.com/url?sa=t&rct=...ij36-4gTaLBb3r
mais plus intéressant encore un calculateur pour l'inductance :http://www.circuits.dk/calculator_fl...l_inductor.htm
bonne soirée studieuse!
JR

[jiherve]

ajout,
j'ai trouvé une formule pour le champ au centre d'une bobine plate en spirale:
B = µ0*N*I*LOGn(b/a)/(2*(b-a))
avec N nombre de tours b = rayon extérieur ,a =rayon intérieur.
JR

[xascpy]

Merci beaucoup pour votre aide Jiherve !

Je finis mes calculs demain (je vais pas travailler la dessus hors stage ) !

Juste un précision, vous avez marqué B = µ0*N*I*LOGn(b/a)/(2*(b-a)),

Le "LOGn" c'était pour dire logarithme néperien ? (ln) ? Sinon c'est parfait j'espère avoir les dimensions de cette fichu bobine et finir ce prototype.

[jiherve]

re
oui le log naturel/népérien.
Mais c'est le champ au centre, visionner le lien youtube pour un calcul complet, c'est très didactique.
JR

[Antoane]

Bonjour,

> B = µ0*N*I*LOGn(b/a)/(2*(b-a))
Je n'ai pas regardé la vidéo, mais la formule n'est pas homogène, et est donc erronée :

LOGn[ (b/a)/(2*(b-a)) ] est sans dimension
µ0 est en H/m
N est sans dimension
I est le courant, en A.

donc µ0*N*I*LOGn(b/a)/(2*(b-a)) s'exprime en H*A/m

Or, un champ magnétique B s'exprime en T, ce qui est équivalant à des H*A/m² (https://en.wikipedia.org/wiki/Tesla_(unit))
La formule (ou la définition des variables) est donc fausse.

[jiherve]

re
ce n'est pas LOGn[ (b/a)/(2*(b-a)) ] mais LOGn(b/a)/(2*(b-a)) préséance des opérateurs et parenthèses correctes tout de même!

JR

[Antoane]

Au temps pour moi

[jiherve]

re
regarde la vidéo surtout la méthode utilisée pour calculer les primitives, mes cours de math sont loin et ma mémoire moins bonne qu'elle fut mais même en prépa je n'ai jamais vu cette technique.
JR

[xascpy]

Bonjour,

Ca faisait un petit moment que je n'avais pas donné de nouvelle mais je suis encore en vie.

Depuis le temps, je progresse lentement mais surement, j'ai réglé en coopération avec mes profs quelques soucis mais le problème principal est toujours là !

Je n'arrive pas à dimensionner ces foutus bobines ! Je ne sais même plus quelle bobine choisir, j'ai essayé des solénoides, des plates, des torriques,... mais je ne trouve jamais rien qui me covient et pour couronner le tout, il faut que le champ magnétique de ma bobine envoie plus de gauss qu'avant ! ("Je veux de la patate", dis t-il d'un air amical) (j'imagine que de la patate ça correspond à ~400 Gauss).

Voici les bobines que l'entreprise utilisait avant :



J'ai cherché sur le web mais je ne vois pas comment calculer le champ magnétique créé d'une bobine comme celle-ci ? Est-ce qu'on peux dire que B_total = Somme (B_plate) pour chaque galette de la bobine ?

Par désespoir, j'ai essayé avec une bobine torique et B = mu_0*N*I/(2*pi*R) mais malheuresement je trouve des résultat trop élevé au produit NI, soit le courant serait très élevé soit trop de spires, dans les deux cas la solution n'est plus envisageable.

Je retrouve le même soucis avec une bobine plate et un solénoide !

Ainsi, je pense qu'il ne me reste qu'une seule solution, ce truc sans formule :



Je suis désemparé donc chaque proposition me permettra surement d'avancer !

[jiherve]

bonjour
par principe une bobine torique ne génère pas de champ magnétique significatif à l’extérieur.

Est-ce qu'on peux dire que B_total = Somme (B_plate) pour chaque galette de la bobine ?

amha la bonne approximation serait B_total = au mieux Somme (B_plate), as tu regardé la vidéo?
Enfin pour débroussailler ton probleme il faudrait peut être te procurer un magnétomètre, c'est aujourd'hui assez facile à trouver et à bricoler, ainsi à défaut de calculs tu pourras faire des mesures.
JR

[xascpy]

Re,
Oui j'ai regardé la vidéo mais cette charmante dame réalise le calcul pour une bobine plate pas pour un empilement de bobine plate, ce qui me mène à me poser la question, les champs magnétiques créés par chaque bobine influenront-ils les uns sur les autres ? Si oui, dans quel sens ?

[f6bes]

Re,
Oui j'ai regardé la vidéo mais cette charmante dame réalise le calcul pour une bobine plate pas pour un empilement de bobine plate, ce qui me mène à me poser la question, les champs magnétiques créés par chaque bobine influenront-ils les uns sur les autres ? Si oui, dans quel sens ?

.
REmoi,
Je suppose que ça va dépendre. de..comment tu les connectes !
Phase et opposition de phase, ça te parles ?
Bonne journée

[Antoane]

Bonjour,

Oui j'ai regardé la vidéo mais cette charmante dame réalise le calcul pour une bobine plate pas pour un empilement de bobine plate, ce qui me mène à me poser la question, les champs magnétiques créés par chaque bobine influenront-ils les uns sur les autres ? Si oui, dans quel sens ?

Il n'y a pas d'interférences, les champs magnétiques se sommet vectoriellement (c'est la loi Biot et Savart). Ca se simplifie ici puisque tu regardes ce qui se passe sur l'axe commun à toutes les bobines : il suffit de sommer les contributions des spires (qui peuvent elle-même être regroupées en bobines plates).

Le dimensionnement de ce genre de bobine n'est pas très complexe à condition de disposer d'un cahier des charges précis :
1- valeur du champ voulu B°,
2- volume dans lequel le champ est supérieur à B°
3- position de ce volume par rapport à la bobine
4- possibilité d'utiliser un noyau magnétique
5- durée d'utilisation...
Les critères 2-4 définiront la topologie de la bobine à utiliser (solénoïde, bobine de Helmotz, bobine plate, etc.)
Ici, les contraintes thermiques (i.e. le refroidissement de la bobine) définiront le champ max pouvant être créé pour une bobine donnée.
Le dimensionnement doit donc associer thermique et magnétisme, avec deux modèles. Sinon, tu aboutiras à une bobine ne pouvant pas créer le champ demandé, ou au contraire plus grosse qu'elle pourrait être.

Si tu ne veux pas calculer, il est possible de faire des mesures (comme proposé par JR) ou une simulation (e.g. avec FEMM http://www.femm.info/wiki/Download, logiciel gratuit relativement simple d'usage).

regarde la vidéo surtout la méthode utilisée pour calculer les primitives, mes cours de math sont loin et ma mémoire moins bonne qu'elle fut mais même en prépa je n'ai jamais vu cette technique.

Effectivement, je ne connaissais pas cette manière de changer de variable.