Comportamiento eléctrico de sostener imanes cuando los separas

Voy a comprar un electroimán de retención y una placa de impacto para guardar algunas cosas, y quiero diseñar mi circuito (controlado por arduino) para que no se fríe como el tocino. Soy consciente de que, dado que un imán de retención es un inductor, debería usar un diodo de retorno y posiblemente un condensador para manejar el EMF posterior cuando se interrumpe la corriente. Sin embargo, ¿qué sucede si el imán de retención se aleja físicamente de la placa de impacto? Se está trabajando para superar la fuerza magnética, así que me imagino que la energía va a alguna parte, pero ¿cómo se manifiesta ese cambio momentáneo en el circuito? ¿Veo un aumento de corriente a través de la bobina? Corriente disminuida? Y para el caso, ¿qué sucede en el circuito cuando el imán se encuentra y se bloquea en la placa de impacto?

Básicamente, estoy tratando de determinar si necesito manejar un pico EMF hacia adelante, así como un pico EMF hacia atrás, y mi investigación no me ha enseñado lo suficiente sobre los campos magnéticos para resolverlo por mi cuenta.

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Actualmente estoy usando este circuito:

esquemático

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

L1 es el imán; No sé su inductancia, pero tiene una resistencia en serie de 20 ohmios. D1 es el zener que protege contra sobretensiones; R1 está allí porque el único zener que tenía era exactamente 12V y quería un margen de seguridad para evitar un corto en caso de que la fuente de alimentación fuera alta por alguna otra razón que no sea L1. D2 es el flyback; protege contra voltajes de menos de -1V, que con suerte no son suficientes para arruinar la tapa (un schottky sería mejor, pero no tengo uno por ahí).

Opero esto encendiendo y apagando la fuente de alimentación. En el futuro pondré un Darlington entre C1 y V1. Parece que funciona y no daña nada incluso cuando separo las placas, así que eso es bueno, espero que no esté haciendo nada desagradable a la fuente de alimentación. Todavía necesito ver esto con un alcance para asegurarme.

Tuve la idea de poner mi propio inductor en serie con L1. Esto actuaría para limitar los cambios actuales causados por el cambio de inductancia de L1. No estoy seguro si haré eso.

inductor solenoid back-emf

— Ed Krohne
fuente

Buena pregunta, a la que no sé la respuesta, pero ¿has intentado medir lo que sucede?

— Roger Rowland

Bueno, creo que querría un alcance para eso, y nunca he usado uno. El que estaría usando no sería mío, por lo que REALMENTE preferiría no dañarlo. ¿Qué tan grandes son los sobornos EMF? Podría comenzar con un divisor de voltaje Megohm: Ohm y bajar, pero ni siquiera estoy seguro de que estos voltajes no hagan que las resistencias fallen. Estoy realmente fuera de mi profundidad. Me complacería probar e informar si tuviera algún consejo sobre un proceso.

— Ed Krohne

Umm, el inglés no es mi lengua materna, ¿puedes decir más detalles sobre "holding magnet", o algunos enlaces están bien? :)

— diverger

catalog.apwcompany.com/viewitems/electromagnets/… ? Aquí está. Pase la corriente a través de él, y se convierte en un imán que puede sostener una placa de impacto (también vinculada en esa página). Se pueden usar para levantar y liberar cualquier cosa con una placa de ataque montada sobre ella.

— Ed Krohne

El trabajo se realiza cuando se separan dos imanes estacionarios también: la energía está en forma de energía potencial aumentada entre los dos imanes. No creo que sea diferente si una o ambas partes son electroimanes.

— Nick Johnson

Respuestas:

Puedes conocer la fórmula

U_{L} (t) = L \frac{re yo}{re t}

$U_L(t)=\,L\frac{dI}{dt}$ para el voltaje sobre un inductor.

Una consecuencia: si detiene el flujo de corriente a través de un inductor, por ejemplo, mediante un interruptor, obtiene un pico de alto voltaje, que puede dañar las cosas.

Sin embargo, esta fórmula proviene del cambio del flujo magnético con el tiempo:

U_{L} (t) = \frac{re Ψ}{re t} = \frac{re (L yo)}{re t}

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

donde L se considera constante en el tiempo. Si no, obtienes

U_{L} (t) = L \frac{re yo}{re t} + yo \frac{re L}{re t}

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

El problema es que no tienes idea de cómo cambia la inductividad L con el tiempo. Cambiará la distancia no lineal entre la bobina y la placa. Además, la fuerza sobre la placa aumenta cuando está cerca de la bobina, por lo que la velocidad aumenta, lo que lleva a un cambio aún mayor de L.

Incluso si asumimos una linealidad en el tiempo, la solución de la ecuación es fea.

Intenté escribir una simulación que permitiera especificar el comportamiento de L con el tiempo, pero tengo que pensar en el resultado, ya que actualmente no estoy seguro de si tiene sentido. Yo lo haré saber.

Sin embargo , debe considerar que en un punto, la placa obtiene energía de su bobina / circuito, y en el otro punto, devuelve energía. Esto puede conducir a picos de voltaje, incluso en ambas direcciones, por lo que no solo usaría un diodo flyback, sino también un zener (con un voltaje por encima del voltaje de suministro).

También sugeriría medirlo con un alcance.

Editar:

Ahora estaba en una gira larga, pero el viernes pasado tuve la oportunidad de jugar en nuestro laboratorio por un corto tiempo.

Tenemos varios carretes de alambre de cobre esmaltado, el problema es encontrar uno con ambos extremos del cable accesibles. Encontré solo este:

diámetro del cable: 0.22 mm
resistencia del cable: 200 ohmios
diámetro del solenoide: 3 cm
longitud del solenoide: 3 cm

Lo conecté a un suministro de voltaje constante a través de una resistencia de 2kOhm y apliqué 50V para obtener al menos un poco de corriente. Existe el voltaje sobre la bobina al insertar y quitar un tornillo de hierro:

ingrese la descripción de la imagen aquí

El alcance se configuró en acoplamiento de CA, por lo que no ve el ca. Línea base de + 5V.

Es claramente visible que hay picos en ambas direcciones . Al insertar el tornillo, las bobinas también lo absorben y consumen energía eléctrica. Al sacar el tornillo, invierto energía en el sistema, y la bobina lo propaga a energía eléctrica, lo que resulta en un pico negativo. También es interesante que haya algún tipo de efecto de relajación con polaridad inversa después de los picos.

Tengo que mencionar que esta configuración no es comparable a su imán de sujeción. Mi bobina no es realmente un imán, ya que no noto ninguna fuerza sobre el material ferromagnético. Mi bobina también es solo una bobina de aire, y como el orificio en el carrete tiene menos de 1 cm de diámetro, el tornillo también tiene menos. Entonces no llené todo el volumen de la bobina con material. (Por cierto: como es difícil golpear ese agujero con ese tornillo, no pude empujar el tornillo tan rápido, por lo que el primer pico es más pequeño que el segundo)

Su imán de retención es más fuerte en varios órdenes, y también lo es la inductancia. Hay un viraje completado a un viraje completo por la placa, por lo que el efecto de la placa también será mucho mayor que para mi configuración.

Entonces, estoy seguro de que obtendrá picos realmente grandes en ambas direcciones, lo que puede dañar su circuito, si no los maneja.

— Sweber
fuente

Me gusta (+1) y es lo que iba a responder. Una cosa que podría hacer es medir la inductancia de la bobina activada con y sin la placa de hierro en su lugar. entonces tendría un número para el delta L. Entonces lo desconocido es qué tan rápido se retira la placa. Eso es una estimación aproximada ... pero uno podría probar algunos números diferentes ... ¿1ms tal vez?

— George Herold

Estoy encantado de haber inspirado una investigación. De hecho, tuve una conversación con el presidente de la compañía que me vendió los electroimanes (compañía APW) y me dijo que el imán era una resistencia y que ninguna patada sería medible. No voy a discutir con él, pero eso suena difícil de imaginar. Todavía no he logrado acceder a un endoscopio, pero mido un voltaje negativo pequeño y breve cuando alejo un imán débil del electroimán.

— Ed Krohne

El primer pensamiento es pensar en esto como una pastilla de guitarra eléctrica; Un imán permanente produce un campo constante y cuando las cuerdas se mueven, este campo está ligeramente modulado y el resultado es que aparece una pequeña señal en los terminales de la bobina. ¿Importaría si un generador de corriente constante estuviera conectado a la bobina y esto generara el mismo campo magnético estático?

No, no creo que haya una diferencia: el cumplimiento de la fuente de corriente aún permitiría que se produzca la misma señal en los terminales de la bobina cuando se mueven las cuerdas.

Entonces, en la pregunta, hay un electroimán de CC que tira de una placa magnetizable. Hay una fuerza de atracción y a medida que la placa se acerca, la fuerza aumenta al igual que la densidad de flujo localizada. Mirando esto en términos de un imán fijo con una bobina envuelta alrededor, la placa que se mueve hacia la bobina / imán hará que aumente el flujo magnético local y esto producirá un pulso de fem en una dirección en la bobina. A medida que la placa se aleja, la densidad de flujo disminuye y esto provoca un pulso de fem en la otra dirección.

La fem es un pulso porque solo se genera mientras se cambia el flujo. Ley de inducción de Faraday!

Volviendo al escenario del electroimán (en lugar del imán físico y la bobina), el efecto de esta fem "interna a la bobina" se ve en los terminales si la fuente de alimentación es una fuente de corriente tal como funciona una pastilla de guitarra . Sin embargo, debido a que el electroimán es alimentado por voltaje, el pulso de voltaje fuerza una corriente dentro o fuera de la fuente, dependiendo de la forma en que se mueve la placa.

Dado que existe la corriente CC normal del electroimán, este pulso de corriente (limitado por la auto inductancia y resistencia de la bobina) causará un aumento / disminución momentáneo en esa corriente. Esto se verá a lo largo de los rieles de potencia a la bobina.

Por lo tanto, la bobina se energiza y se queda allí sentada ocupándose de sus propios asuntos. Luego, la placa aparece y se mueve rápidamente hacia la bobina debido a las fuerzas magnéticas. Esto causa una modulación en la corriente tomada por la bobina PERO, lo que es más importante, no hay pico de voltaje porque la bobina se energiza con una fuente de voltaje a través de un transistor o un interruptor.

Si retira la placa, entonces hay otro impulso de corriente, pero por las razones anteriores no habrá un pico de voltaje.

A continuación, abre el circuito de la bobina e inmediatamente el diodo flyback atrapa la fem posterior; si la placa se desprende en este punto, las cosas empeorarán, ¡no!

¿Un relé necesita una forma especial de protección de la bobina que no sea un diodo flyback? ¡No!

— Andy alias
fuente

Bueno, los relés no suelen abrirse físicamente, por lo que incluso si hay un pico de voltaje directo cuando haces eso, no tendrías que proteger un relé contra él. Si entiendo correctamente, está afirmando que la corriente está modulada pero no hay pico de voltaje porque la fuente de voltaje es lo suficientemente fuerte como para manejarlo. ¿No dependería eso de la fuente de alimentación y de la magnitud de la modulación?

— Ed Krohne

@EdKrohne si le preocupa, también coloque un diodo de bobina a tierra.

— Andy también conocido como