Comportement électrique des aimants de maintien lorsque vous les séparez

Je vais acheter un électro-aimant de maintien et une plaque de frappe pour contenir certaines choses, et je veux concevoir mon circuit (contrôlé par l'arduino) pour ne pas frire comme du bacon. Je suis conscient que, comme un aimant de maintien est une inductance, je devrais utiliser une diode de retour et éventuellement un condensateur pour gérer l'EMF arrière lorsque le courant est interrompu. Cependant, que se passe-t-il si l'aimant de maintien est physiquement éloigné de la plaque de frappe? Des travaux sont en cours pour surmonter la force magnétique, alors je pense que l'énergie va quelque part, mais comment ce changement momentané se manifeste-t-il dans le circuit? Dois-je voir une augmentation du courant à travers la bobine? Courant diminué? Et d'ailleurs, que se passe-t-il dans le circuit lorsque l'aimant se rencontre et se verrouille sur la gâche?

Fondamentalement, j'essaie de déterminer si j'ai besoin de gérer un pic EMF avant ainsi qu'un pic EMF arrière, et mes recherches ne m'ont pas suffisamment appris sur les champs magnétiques pour le comprendre par moi-même.

ÉDITER

J'utilise actuellement ce circuit:

schématique

^{simuler ce circuit - Schéma créé à l'aide de CircuitLab}

L1 est l'aimant; Je ne connais pas son inductance, mais il a une résistance en série de 20 Ohms. D1 est le zener qui protège contre les surtensions; R1 est là parce que le seul zener que j'avais était exactement 12V et je voulais une certaine marge de sécurité pour éviter un court-circuit au cas où l'alimentation serait élevée pour une raison autre que L1. D2 est le flyback; il protège contre les tensions inférieures à -1 V, qui, espérons-le, ne suffisent pas à ruiner le capuchon (un schottky serait mieux, mais je n'en ai pas un qui traîne).

J'opère cela en allumant et éteignant l'alimentation. À l'avenir, je mettrai un Darlington entre C1 et V1. Cela semble fonctionner et ne pas endommager quoi que ce soit, même lorsque je force les plaques à part, donc c'est bien, j'espère que je ne fais rien de méchant à l'alimentation. Je dois encore regarder cela avec une portée pour m'en assurer.

J'ai eu l'idée de mettre mon propre inducteur en série avec L1. Cela permettrait de limiter les changements de courant causés par le changement d'inductance de L1. Je ne sais pas si je ferai ça.

inductor solenoid back-emf

— Ed Krohne
source

Bonne question, à laquelle je ne connais pas la réponse, mais avez-vous essayé de mesurer ce qui se passe?

— Roger Rowland

Eh bien, je crois que je voudrais une portée pour cela, et je ne l'ai jamais utilisé. Celui que j'utiliserais ne serait pas le mien, et je préfère donc VRAIMENT ne pas l'endommager. Quelle est la taille des pots de vin EMF? Je pourrais commencer avec un diviseur de tension Megohm: Ohm et continuer à descendre, mais je ne suis même pas sûr que ces tensions ne feront pas échouer les résistances. Je suis vraiment hors de ma profondeur. Je serais heureux de tester et de faire rapport si j'avais quelques conseils sur un processus.

— Ed Krohne

Umm, l'anglais n'est pas ma langue maternelle, pouvez-vous nous en dire plus sur "tenir l'aimant", ou certains liens sont tout simplement OK. :)

— diverger

catalog.apwcompany.com/viewitems/electromagnets/… ? C'est ici. Faire passer le courant à travers lui, et il se transforme en un aimant qui peut tenir sur une plaque de frappe (également lié sur cette page). Ils peuvent être utilisés pour ramasser et libérer n'importe quoi avec une gâche montée dessus.

— Ed Krohne

Le travail est effectué lorsque vous séparez également deux aimants fixes: l'énergie se présente sous la forme d'une augmentation de l'énergie potentielle entre les deux aimants. Je ne pense pas que ce soit différent si une ou les deux parties sont des électro-aimants.

— Nick Johnson

Réponses:

Vous connaissez peut-être la formule

U_{L} (t) = L \frac{ré je}{ré t}

$U_L(t)=\,L\frac{dI}{dt}$ pour la tension sur une inductance.

Une conséquence: si vous arrêtez le flux de courant à travers une inductance, par exemple par un interrupteur, vous obtenez un pic de haute tension, qui peut endommager les choses.

Cependant, cette formule provient du changement de flux magnétique dans le temps:

U_{L} (t) = \frac{ré Ψ}{ré t} = \frac{ré (L je)}{ré t}

$U_L(t)=\frac{d\Psi}{dt}=\frac{d(LI)}{dt}$

où L est considéré comme constant dans le temps. Sinon, vous obtenez

U_{L} (t) = L \frac{ré je}{ré t} + je \frac{ré L}{ré t}

$U_L(t)=L\frac{dI}{dt}+I\frac{dL}{dt}$

Le problème est que vous n'avez aucune idée de la façon dont l'inductivité L change avec le temps. Il changera non linéaire sur la distance entre la bobine et la plaque. De plus, la force sur la plaque augmente lorsqu'elle est près de la bobine, donc la vitesse augmente, ce qui entraîne une variation encore plus élevée de L.

Même si nous supposons une linéarité dans le temps, la solution de l'équation est moche.

J'ai essayé d'écrire une simulation permettant de spécifier le comportement de L au fil du temps, mais je dois penser au résultat, car je ne suis pas sûr actuellement que cela ait du sens. Je te le ferai savoir.

Cependant , vous devez considérer qu'à un moment donné, la plaque reçoit de l'énergie de votre bobine / circuit, et à l'autre point, elle rend de l'énergie. Cela peut entraîner des pointes de tension, même dans les deux sens, donc j'utiliserais non seulement une diode flyback, mais aussi un zener (avec une tension supérieure à la tension d'alimentation).

Je suggère également de le mesurer avec une portée.

Éditer:

J'étais sur une longue tournée maintenant, mais vendredi dernier, j'ai eu la chance de jouer dans notre laboratoire pendant une courte période.

Nous avons plusieurs bobines de fil de cuivre émaillé, le problème est d'en trouver une avec les deux extrémités du fil accessibles. Je n'ai trouvé que celui-ci:

diamètre du fil: 0,22 mm
résistance du fil: 200 Ohm
diamètre du solénoïde: 3 cm
longueur du solénoïde: 3 cm

Je l'ai connecté à une alimentation en tension constante via une résistance de 2 kOhm et j'ai appliqué 50 V pour obtenir au moins un peu de courant. Il y a la tension sur la bobine lors de l'insertion et du retrait d'une vis en fer:

entrez la description de l'image ici

La portée a été définie sur le couplage AC, donc vous ne voyez pas le ca. + Ligne de base 5V.

Il est clairement visible qu'il y a des pointes dans les deux sens . Lors de l'insertion de la vis, les bobines l'aspirent également et consomment de l'énergie électrique. En retirant la vis, j'investis de l'énergie dans le système et la bobine la propage à l'énergie électrique, ce qui entraîne un pic négatif. Il est également intéressant de noter qu'il existe une sorte d'effet de relaxation avec une polarité inversée après les pointes.

Je dois mentionner que cette configuration n'est pas comparable à votre aimant de maintien. Ma bobine n'est pas vraiment un aimant, car je ne remarque aucune force sur le matériau ferromagnétique. Ma bobine n'est également qu'une bobine à air, et comme le trou dans la bobine a un diamètre inférieur à 1 cm, la vis l'est également. Je n'ai donc pas rempli le volume complet de la bobine de matériau. (BTW: Comme il est difficile de percer ce trou avec cette vis, je ne pouvais pas enfoncer la vis si vite, et donc, le premier pic est plus petit que le second)

Votre aimant de maintien est plus fort de plusieurs ordres, tout comme l'inductance. Il y a un lacet terminé à un lacet complet par la plaque, donc l'effet de la plaque sera également beaucoup plus important que pour ma configuration.

Donc, je suis sûr que vous obtiendrez de très gros pics dans les deux sens, ce qui peut endommager votre circuit s'il ne les gère pas.

— bonbon
source

Je l'aime (+1) et c'est ce que j'allais répondre. Une chose que vous pourriez faire est de mesurer l'inductance de la bobine activée avec et sans la plaque de fer en place. vous auriez alors un numéro pour le delta L. Ensuite, l'inconnu est la vitesse à laquelle la plaque est retirée. C'est un peu une estimation approximative ... mais on pourrait essayer des nombres différents .. 1 ms peut-être?

— George Herold

Je suis ravi d'avoir inspiré une enquête. En fait, j'ai eu une conversation avec le président de la société qui m'a vendu les électroaimants (société APW) et il m'a dit que l'aimant était une résistance et qu'aucun coup de pied ne serait mesurable. Je ne suis pas sur le point de discuter avec lui, mais cela semble difficile à imaginer. Je n'ai toujours pas réussi à accéder à un oscilloscope, mais je mesure une petite tension négative brève lorsque j'éloigne un aimant faible de l'électro-aimant.

— Ed Krohne

La première pensée est de penser à cela comme un micro de guitare électrique; Un aimant permanent produit un champ constant et lorsque les cordes se déplacent, ce champ est légèrement modulé et le résultat est qu'un petit signal apparaît aux bornes de la bobine. Serait-il important qu'un générateur de courant constant soit connecté à la bobine et que cela génère le même champ magnétique statique?

Non, je ne pense pas qu'il y ait de différence - la conformité de la source de courant permettrait toujours au même signal d'être produit aux bornes de la bobine lorsque les cordes bougent.

Donc, dans la question, il y a un électroaimant DC tirant sur une plaque magnétisable. Il y a une force d'attraction et à mesure que la plaque se rapproche, la force augmente tout comme la densité de flux localisée. En regardant cela en termes d'un aimant fixe avec une bobine enroulée autour d'elle, la plaque se déplaçant vers la bobine / l'aimant fera augmenter le flux magnétique local et cela produira une impulsion emf dans une direction dans la bobine. Au fur et à mesure que la plaque s'éloigne, la densité de flux diminue et cela provoque une impulsion emf dans l'autre sens.

L'emf est une impulsion car elle n'est générée que lorsque le flux est modifié. Loi d'induction de Faraday!

Pour en revenir au scénario de l'électro-aimant (plutôt que de l'aimant physique et de la bobine), l'effet de ce champ électromagnétique "interne à la bobine" est observé aux bornes si l'alimentation est une source de courant tout comme un micro de guitare fonctionne. . Cependant, comme l'électro-aimant est alimenté en tension, l'impulsion de tension force un courant à entrer ou à sortir de la source selon la façon dont la plaque se déplace.

Étant donné qu'il existe un courant continu normal de l'électroaimant, cette impulsion de courant (limitée par l'auto-inductance et la résistance de la bobine) provoquera une augmentation / diminution momentanée de ce courant. Cela sera visible le long des rails d'alimentation jusqu'à la bobine.

Ainsi, la bobine est sous tension et reste assise là, occupée à ses propres affaires. Ensuite, la plaque arrive et se déplace rapidement vers la bobine en raison des forces magnétiques. Cela provoque une modulation du courant pris par la bobine MAIS, surtout pas de pic de tension car la bobine est alimentée par une source de tension via un transistor ou un interrupteur.

Si vous retirez la plaque, il y a une autre impulsion de courant, mais pour les raisons ci-dessus, il n'y aura pas de pic de tension.

Ensuite, vous ouvrez le circuit de la bobine et immédiatement votre diode flyback attrape le back-emf - la plaque se détachant à ce stade aggravera-t-elle les choses - non!

Un relais a-t-il besoin d'une forme spéciale de protection de bobine autre qu'une diode flyback - non!

— Andy aka
source

Eh bien, les relais ne sont généralement pas forcés physiquement, donc même s'il y a un pic de tension directe lorsque vous faites cela, vous n'auriez pas à protéger un relais contre cela. Si je comprends bien, vous prétendez que le courant est modulé, mais il n'y a pas de pic de tension car la source de tension est assez forte pour le gérer. Cela ne dépendrait-il pas de l'alimentation et de l'ampleur de la modulation?

— Ed Krohne

@EdKrohne si vous êtes concerné, mettez également une diode de la bobine à la masse.

— Andy aka