Электрическое поведение удерживающих магнитов, когда вы их раздвигаете

Я собираюсь купить удерживающий электромагнит и ударную пластину для хранения некоторых вещей, и я хочу, чтобы моя схема (управляемая Arduino) не жарилась, как бекон. Я знаю, что поскольку удерживающий магнит является индуктором, я должен использовать обратный диод и, возможно, конденсатор, чтобы справиться с обратной ЭДС, когда ток прерывается. Однако, что произойдет, если удерживающий магнит физически вынужден от ударной пластины? Ведется работа по преодолению магнитной силы, поэтому я полагаю, что энергия куда-то уходит, но как это мгновенное изменение проявляется в цепи? Я вижу увеличение тока через катушку? Снижение тока? И в этом отношении, что происходит в цепи, когда магнит встречается и фиксируется на ударной пластине?

По сути, я пытаюсь определить, должен ли я справиться с резким скачком ЭДС вперед, а также с шипом обратной ЭДС, и мое исследование не научило меня достаточно о магнитных полях, чтобы понять это самостоятельно.

РЕДАКТИРОВАТЬ

В настоящее время я использую эту схему:

схематический

^{смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab}

L1 - магнит; Я не знаю его индуктивность, но он имеет последовательное сопротивление 20 Ом. D1 - стабилитрон, защищающий от перенапряжения; R1 есть, потому что единственный стабилитрон, который у меня был, был ровно 12 В, и я хотел, чтобы некоторый запас прочности позволил избежать короткого замыкания на случай, если источник питания по какой-то причине поднялся по какой-то причине, отличной от L1. D2 - обратный рейс; он защищает от напряжений менее -1 В, которые, надеюсь, не достаточны, чтобы испортить крышку (шотки был бы лучше, но у меня его нет).

Я управляю этим путем включения и выключения блока питания. В будущем я поставлю Дарлингтона между C1 и V1. Это работает и не повреждает ничего, даже когда я раздвигаю пластины, так что это хорошо, надеюсь, я не делаю ничего противного с источником питания. Я все еще должен смотреть на это с размахом, чтобы убедиться.

У меня была идея поставить свой собственный индуктор в ряд с L1. Это будет действовать для ограничения текущих изменений, вызванных изменением индуктивности L1. Не уверен, что я сделаю это.

inductor solenoid back-emf

— Эд Крон
источник

Хороший вопрос, на который я не знаю ответа, но вы пытались измерить, что происходит?

— Роджер Роуланд

Ну, я верю, что хотел бы возможности для этого, и я никогда не использовал его. Тот, который я бы использовал, не был бы моим, и поэтому я бы ДЕЙСТВИТЕЛЬНО не повредил его. Насколько велики откаты ЭМП? Я мог бы начать с делителя напряжения Megohm: Ohm и идти вниз, но я даже не уверен, что эти напряжения не вызовут короткого замыкания резисторов. Я действительно из моей глубины. Я был бы рад проверить и доложить, если бы у меня был какой-то совет по процессу.

— Эд Крон

Хм, английский не мой родной язык, вы можете рассказать подробнее о «удерживающем магните», или некоторые ссылки просто в порядке. :)

— diverger

catalog.apwcompany.com/viewitems/electromagnets/… ? Вот. Пропустите ток через него, и он превратится в магнит, который может удерживать ударную пластину (также на этой странице). Их можно использовать для захвата и отпускания чего угодно с установленной на нем ударной пластиной.

— Эд Крон

Работа выполняется, когда вы также раздвигаете два стационарных магнита: энергия находится в форме увеличенной потенциальной энергии между двумя магнитами. Я не думаю, что все по-другому, если одна или обе части являются электромагнитами.

— Ник Джонсон

Ответы:

Вы можете знать формулу

U_{L} (T) знак равно L \frac{d я}{d T}

$U_L(t)=\,L\frac{dI}{dt}$ для напряжения над индуктором.

Одно из последствий: если вы прекратите прохождение тока через индуктор, например, с помощью переключателя, вы получите пик высокого напряжения, который может повредить вещи.

Однако эта формула исходит из изменения магнитного потока с течением времени:

U_{L} (T) знак равно \frac{d Ψ}{d T} знак равно \frac{d (L я)}{d T}

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

где L считается постоянным во времени. Если нет, вы получите

U_{L} (T) знак равно L \frac{d я}{d T} + я \frac{d L}{d T}

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

Проблема в том, что вы не представляете, как изменяется индуктивность L с течением времени. Это изменит нелинейно по расстоянию между катушкой и пластиной. Кроме того, сила на пластине увеличивается, когда она находится рядом с катушкой, поэтому скорость увеличивается, что приводит к еще большему изменению L.

Даже если мы примем линейность во времени, решение уравнения будет некрасивым.

Я пытался написать симуляцию, позволяющую определить поведение L с течением времени, но я должен подумать о результате, так как в настоящее время я не уверен, имеет ли он смысл. Я дам Вам знать.

Однако вы должны учитывать, что в одной точке пластина получает энергию от вашей катушки / контура, а в другой - отдает энергию обратно. Это может привести к скачкам напряжения даже в обоих направлениях, поэтому я бы использовал не только диод с обратной связью, но и стабилитрон (с напряжением выше напряжения питания).

Я также предложил бы измерить это с областью.

Редактировать:

Я был в длительном туре, но в прошлую пятницу у меня была возможность поиграть в нашей лаборатории в течение короткого времени.

У нас есть несколько катушек из эмалированной медной проволоки, проблема в том, чтобы найти одну из них с обоими концами провода. Я нашел только это:

диаметр проволоки: 0,22 мм
сопротивление провода: 200 Ом
диаметр соленоида: 3 см
длина соленоида: 3 см

Я подключил его к источнику постоянного напряжения через резистор 2 кОм и подал 50 В, чтобы получить хотя бы небольшой ток. При вставке и удалении железного винта возникает напряжение на катушке:

введите описание изображения здесь

Область была установлена на переменную связь, поэтому вы не видите ок. + 5В базовая линия.

Хорошо видно, что есть шипы в обоих направлениях . При вставке винта катушки также всасывают его и потребляют электрическую энергию. Вытягивая винт, я вкладываю энергию в систему, а катушка распространяет ее на электрическую энергию, что приводит к отрицательному пику. Интересно также, что после всплесков наблюдается некоторый эффект релаксации с обратной полярностью.

Я должен упомянуть, что эта установка не сопоставима с вашим удерживающим магнитом. Моя катушка на самом деле не магнит, так как я не замечаю воздействия на ферромагнитный материал. Моя катушка также представляет собой воздушную катушку, и поскольку отверстие в барабане имеет диаметр менее 1 см, винт также меньше. Поэтому я не заполнил весь объем катушки материалом. (Кстати: так как этим винтом трудно пробить дыру, я не мог так быстро вставить винт, и поэтому первый пик меньше второго)

Ваш удерживающий магнит сильнее на несколько порядков, как и индуктивность. Пластина имеет полный угол рыскания, поэтому эффект пластины будет намного больше, чем для моей установки.

Итак, я уверен, что вы получите действительно большие пики в обоих направлениях, которые могут повредить вашу схему, если она не справится с ними.

— sweber
источник

Мне нравится (+1), и это то, что я собирался ответить. Вы можете измерить индуктивность активированной катушки как с железной пластиной, так и без нее. тогда у вас будет номер для дельты L. Тогда неизвестно, как быстро снимается пластина. Это что-то вроде догадки ... но можно попробовать разные цифры .. 1 мс может быть?

— Джордж Герольд

Я взволнован, что я вдохновил на расследование. Я на самом деле вступил в разговор с президентом компании, которая продала мне электромагниты (компания APW), и он сказал мне, что магнит - это резистор, и удар не будет измеримым. Я не собираюсь спорить с ним, но это сложно представить. Мне все еще не удалось получить доступ к прицелу, но я измеряю небольшое короткое отрицательное напряжение, когда отодвигаю слабый магнит от электромагнита.

— Эд Крон

Первая мысль - думать об этом как о электрогитаре; Постоянный магнит создает постоянное поле, и когда струны движутся, это поле слегка модулируется, и в результате на клеммах катушки появляется небольшой сигнал. Имеет ли значение, если к катушке подключен генератор постоянного тока, и это генерирует такое же статическое магнитное поле?

Нет, я не думаю, что есть разница - соответствие источника тока будет по-прежнему позволять генерировать один и тот же сигнал через клеммы катушки при перемещении струн.

Итак, в вопросе есть электромагнит постоянного тока, тянущий на намагничиваемой пластине. Существует сила притяжения, и когда пластина становится ближе, увеличивается и сила, и плотность локального потока. Если смотреть на это с точки зрения неподвижного магнита с намотанной на него катушкой, то пластина, движущаяся в направлении катушки / магнита, вызовет увеличение локального магнитного потока, и это будет генерировать импульс эдс в одном направлении в катушке. По мере удаления пластины плотность потока уменьшается, и это вызывает импульс эдс в другом направлении.

ЭДС - это импульс, потому что он генерируется только во время изменения потока. Закон индукции Фарадея!

Возвращаясь к сценарию электромагнита (а не к физическому магниту и катушке), эффект этой эдс "внутренней к катушке" виден на клеммах, если подача питания является источником тока, так же, как работает звукосниматель. , Тем не менее, поскольку на электромагнит подается напряжение, импульс напряжения направляет ток в или из источника в зависимости от того, в каком направлении движется пластина.

Учитывая, что имеется постоянный ток электромагнита, этот импульс тока (ограниченный собственной индуктивностью и сопротивлением катушки) вызовет мгновенное увеличение / уменьшение этого тока. Это будет видно по силовым рельсам к катушке.

Таким образом, катушка находится под напряжением и просто сидел там, занимаясь своим делом. Затем пластина движется и быстро движется к катушке из-за магнитных сил. Это вызывает модуляцию тока, принимаемого катушкой, НО, что важно, без скачка напряжения, потому что на катушку подается напряжение с помощью транзистора или переключателя.

Если вы отодвинете пластину, тогда будет другой импульс тока, но по вышеуказанным причинам не будет скачка напряжения.

Затем вы размыкаете катушку, и ваш обратный диод сразу же ловит обратную эдс - отсоединение пластины в этот момент ухудшит ситуацию - нет!

Реле нуждается в специальной форме защиты катушки кроме диода обратной связи - нет!

— Энди ака
источник

Ну, реле обычно физически не разомкнуты, поэтому, даже если при этом возникает скачок напряжения, вам не нужно будет защищать реле от него. Если я правильно понимаю, вы утверждаете, что ток модулируется, но скачка напряжения нет, потому что источник напряжения достаточно силен, чтобы выдержать его. Не будет ли это зависеть от источника питания и насколько велика модуляция?

— Эд Кроне

@EdKrohne, если вы обеспокоены, тогда также поместите диод от катушки на землю.

— Энди ака