Comportamiento eléctrico de sostener imanes cuando los separas

Voy a comprar un electroimán de sujeción y una placa de impacto para sostener 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, debo 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 sujeción se aleja físicamente de la placa de impacto? Se está trabajando para vencer la fuerza magnética, así que 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 de EMF hacia adelante así como un pico de 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; Desconozco 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 de 12 V y quería un margen de seguridad para evitar un cortocircuito en caso de que la fuente de alimentación subiera por alguna razón distinta a L1. D2 es el flyback; protege contra voltajes inferiores a -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 funcionar y no dañar nada, incluso cuando fuerzo las placas para separarlas, así que eso es bueno, con suerte no le estoy haciendo nada desagradable a la fuente de alimentación. Todavía necesito mirar esto con un alcance para asegurarme.

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

Buena pregunta, a la que no sé la respuesta, pero ¿has probado a medir lo que sucede?
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 de EMF? Podría comenzar con un divisor de voltaje Megohm:Ohm y seguir bajando, pero ni siquiera estoy seguro de que estos voltajes no hagan que las resistencias fallen. Estoy realmente fuera de mi profundidad. Estaría feliz de probar e informar si tuviera algún consejo sobre un proceso.
Umm, el inglés no es mi idioma nativo, ¿puedes dar más detalles sobre "sostener el imán", o algunos enlaces están bien :)
catalog.apwcompany.com/viewitems/electroimanes/… ? Aquí está. Pase la corriente a través de él y se convierte en un imán que puede sujetarse a una placa de impacto (también vinculada en esa página). Se pueden usar para recoger y soltar cualquier cosa que tenga un cerradero montado.
También se realiza trabajo cuando separas dos imanes estacionarios: 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.
¿La placa de impacto es una especie de pestillo de puerta?
Tres respuestas totalmente diferentes hasta ahora. Tendré que pensar en esto. Claramente, el zener es la opción más conservadora.
@GRTech, estos imanes de sujeción definitivamente se usan para cerraduras electrónicas, seguro. La placa de contacto es solo un trozo de material ferromagnético al que se puede sujetar el electroimán. Entonces, sí, puede colocar la placa de impacto en la puerta y el electroimán en el marco de la puerta y crear una cerradura de esa manera. En ese caso, la placa de contacto es como el pestillo.
@EdKrohne Muy demanda de aplicación con descripción confusa. Definitivamente, hay una respuesta costosa después de aclarar la pregunta.

Respuestas (2)

Usted puede saber la fórmula

tu L ( t ) = L d yo d t
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 a lo largo del tiempo:

tu L ( t ) = d Ψ d t = d ( L yo ) d t

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

tu L ( t ) = L d yo d t + yo d L d t

El problema es que no tienes idea de cómo cambia la inductividad L con el tiempo. Cambiará de forma no lineal en la distancia entre la bobina y la placa. Además, la fuerza sobre la placa aumenta cuando está cerca de la bobina, por lo que también lo hace la velocidad, 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.

Traté de escribir una simulación que permitiera especificar el comportamiento de L a lo largo del 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 generar picos de voltaje, incluso en ambas direcciones, por lo que no solo usaría un diodo flyback, sino también un zener (con 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 tocar en nuestro laboratorio por un corto tiempo.

Disponemos de varias bobinas de hilo de cobre esmaltado, el problema es encontrar una con los dos extremos del hilo accesibles. Encontré solo este:

  • diámetro del alambre: 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 succionan y consumen energía eléctrica. Al sacar el tornillo, invierto energía en el sistema y la bobina la propaga a energía eléctrica, lo que da como resultado un pico negativo. También es interesante que haya algún tipo de efecto de relajación con polaridad invertida después de los picos.

Debo mencionar que esta configuración no es comparable a su imán de sujeción. Mi bobina no es realmente un imán, ya que no noto fuerza en 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 es menor. Así que 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, al igual que la inductancia. Hay una guiñada completada a una guiñada completa por la placa, por lo que el efecto de la placa también será mucho mayor que para mi configuración.

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

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 delta L. Luego, la incógnita es qué tan rápido se retira la placa. Eso es un poco aproximado... pero uno podría probar algunos números diferentes... ¿1ms tal vez?
Estoy encantado de haber inspirado una investigación. De hecho, entablé una conversación con el presidente de la empresa que me vendió los electroimanes (empresa APW) y me dijo que el imán era una resistencia y que no se mediría ninguna patada. No voy a discutir con él, pero eso suena difícil de imaginar. Todavía no he logrado acceder a un alcance, pero mido un voltaje negativo pequeño y breve cuando alejo un imán débil del electroimán.

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 se modula ligeramente 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 actual aún permitiría que se produzca la misma señal en los terminales de la bobina cuando las cuerdas se mueven.

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. ¡La 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 está alimentado por voltaje, el pulso de voltaje fuerza la entrada o salida de corriente de la fuente dependiendo de la dirección en que se mueva la placa.

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

Entonces, la bobina está energizada y simplemente se sentó allí ocupándose de sus propios asuntos. Luego, la placa avanza y se mueve rápidamente hacia la bobina debido a las fuerzas magnéticas. Esto causa una modulación en la corriente que toma la bobina PERO, lo que es más importante, no hay picos 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 pulso de corriente, pero por las razones anteriores, no habrá un pico de voltaje.

A continuación, abre el circuito de la bobina e inmediatamente su diodo de retorno atrapa la fuerza contraelectromotriz. ¿La placa que se desprende en este punto empeorará las cosas? ¡No!

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

Bueno, los relés generalmente no se fuerzan físicamente para que se abran, por lo que incluso si hay un pico de voltaje directo cuando lo hace, no tendría que proteger un relé contra eso. Si entiendo correctamente, está afirmando que la corriente está modulada pero no hay un pico de voltaje porque la fuente de voltaje es lo suficientemente fuerte como para manejarlo. ¿No dependería eso de la fuente de alimentación y del tamaño de la modulación?
@EdKrohne, si le preocupa, también coloque un diodo de la bobina a tierra.
Comportamiento eléctrico de sostener imanes cuando los separas
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