Perilaku kelistrikan memegang magnet ketika Anda memisahkannya

Saya akan membeli electromagnet holding dan sebuah strike plate untuk menampung beberapa hal, dan saya ingin mendesain sirkuit saya (dikontrol Arduino) untuk tidak menggoreng seperti daging asap. Saya sadar bahwa karena memegang magnet adalah sebuah induktor, saya harus menggunakan dioda flyback dan mungkin sebuah kapasitor untuk menangani EMF belakang ketika arus terputus. Namun, apa yang terjadi jika magnet penahan secara fisik dipaksa menjauh dari plat pemogokan? Pekerjaan sedang dilakukan untuk mengatasi gaya magnet, jadi saya pikir energinya mengalir ke suatu tempat, tetapi bagaimana perubahan sesaat itu terwujud dalam sirkuit? Apakah saya melihat peningkatan arus melalui koil? Mengurangi arus? Dan dalam hal ini, apa yang terjadi di sirkuit ketika magnet bertemu dan mengunci pelat mogok?

Pada dasarnya, saya mencoba untuk menentukan apakah saya perlu menangani lonjakan EMF maju serta lonjakan EMF belakang, dan penelitian saya belum mengajari saya cukup tentang medan magnet untuk mencari tahu sendiri.

EDIT

Saat ini saya menggunakan sirkuit ini:

skema

^{mensimulasikan rangkaian ini - Skema dibuat menggunakan CircuitLab}

L1 adalah magnet; Saya tidak tahu induktansinya, tetapi memiliki resistansi seri 20 Ohm. D1 adalah zener yang melindungi terhadap tegangan lebih; R1 ada di sana karena satu-satunya zener yang saya miliki adalah tepat 12V dan saya ingin beberapa margin keselamatan untuk menghindari pendek jika catu daya menjadi tinggi karena beberapa alasan selain L1. D2 adalah flyback; itu melindungi terhadap tegangan kurang dari -1V, yang mudah-mudahan tidak cukup untuk merusak tutupnya (schottky akan lebih baik, tapi saya tidak punya satu tergeletak di sekitar).

Saya mengoperasikan ini dengan menghidupkan dan mematikan catu daya. Di masa depan saya akan meletakkan Darlington antara C1 dan V1. Tampaknya bekerja dan tidak merusak apa pun bahkan ketika saya memisahkan pelat, jadi itu bagus, mudah-mudahan saya tidak melakukan sesuatu yang buruk pada catu daya. Saya masih perlu melihat ini dengan cakupan untuk memastikan.

Saya memang punya ide untuk menempatkan induktor saya sendiri secara seri dengan L1. Ini akan bertindak untuk membatasi perubahan saat ini yang disebabkan oleh perubahan induktansi L1. Tidak yakin apakah saya akan melakukannya.

inductor solenoid back-emf

— Ed Krohne
sumber

Pertanyaan bagus, yang saya tidak tahu jawabannya, tetapi sudahkah Anda mencoba mengukur apa yang terjadi?

— Roger Rowland

Yah, saya yakin saya ingin ruang lingkup untuk itu, dan saya tidak pernah menggunakannya. Yang saya gunakan bukan milik saya, jadi saya BENAR-BENAR tidak akan merusaknya. Seberapa besar suap EMF? Saya bisa mulai dengan Megohm: Pembagi tegangan Ohm dan bekerja turun, tapi saya bahkan tidak yakin tegangan ini tidak akan membuat resistor gagal pendek. Saya benar-benar di luar kemampuan saya. Saya akan senang untuk menguji dan melaporkan kembali jika saya memiliki beberapa saran tentang suatu proses.

— Ed Krohne

Umm, Bahasa Inggris bukan bahasa ibu saya, dapatkah Anda memberi tahu lebih detail tentang "memegang magnet", atau beberapa tautan baik-baik saja :) :)

— diverger

catalog.apwcompany.com/viewitems/electromagnets/… ? Ini dia. Lewati arus melaluinya, dan itu berubah menjadi magnet yang dapat menahan pelat mogok (juga dihubungkan pada halaman itu). Mereka dapat digunakan untuk mengambil dan melepaskan apa pun dengan plat pemogokan yang terpasang di atasnya.

— Ed Krohne

Pekerjaan dilakukan ketika Anda menarik dua magnet stasioner juga: energinya dalam bentuk peningkatan energi potensial antara kedua magnet. Saya tidak berpikir itu berbeda jika satu atau kedua bagiannya adalah elektromagnet.

— Nick Johnson

Jawaban:

Anda mungkin tahu rumusnya

U_{L.} (t) = L. \frac{d saya}{d t}

$U_L(t)=\,L\frac{dI}{dt}$ untuk tegangan pada induktor.

Salah satu konsekuensinya: jika Anda menghentikan aliran arus melalui induktor, misalnya dengan sakelar, Anda mendapatkan puncak tegangan tinggi, yang dapat merusak banyak hal.

Namun, rumus ini berasal dari perubahan fluks magnetik dari waktu ke waktu:

U_{L.} (t) = \frac{d Ψ}{d t} = \frac{d (L. saya)}{d t}

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

di mana L dianggap konstan dari waktu ke waktu. Jika tidak, Anda dapat

U_{L.} (t) = L. \frac{d saya}{d t} + saya \frac{d L.}{d t}

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

Masalahnya adalah Anda tidak tahu bagaimana inductivity L berubah seiring waktu. Ini akan mengubah jarak non-linear antara koil dan pelat. Selain itu, gaya pada pelat meningkat ketika berada di dekat koil, jadi kecepatannya berubah, mengarah ke perubahan L. yang lebih tinggi

Bahkan jika kita mengasumsikan linearitas dari waktu ke waktu, solusi persamaannya jelek.

Saya mencoba menulis simulasi yang memungkinkan untuk menentukan perilaku L dari waktu ke waktu, tetapi saya harus memikirkan hasilnya, karena saya saat ini tidak yakin apakah itu masuk akal. Aku akan memberitahu Anda.

Namun , Anda harus mempertimbangkan bahwa pada satu titik, pelat mendapat energi dari kumparan / sirkuit Anda, dan di titik lain, pelat itu memberi energi kembali. Ini dapat menyebabkan lonjakan tegangan, bahkan di kedua arah, jadi saya tidak hanya akan menggunakan dioda flyback, tetapi juga zener (dengan tegangan di atas tegangan suplai).

Saya juga menyarankan untuk mengukurnya dengan ruang lingkup.

Edit:

Saya sedang dalam tur yang panjang sekarang, tetapi Jumat lalu saya memiliki kesempatan untuk bermain di lab kami untuk waktu yang singkat.

Kami memiliki beberapa gulungan kawat tembaga berenamel, masalahnya adalah menemukan satu dengan kedua ujung kawat dapat diakses. Saya hanya menemukan yang ini:

diameter kawat: 0.22mm
resistansi kawat: 200 Ohm
diameter solenoid: 3cm
panjang solenoid: 3cm

Saya menghubungkannya ke suplai tegangan konstan melalui resistor 2kOhm dan menerapkan 50V untuk mendapatkan setidaknya sedikit arus. Ada tegangan di atas koil saat memasukkan dan melepas sekrup besi:

masukkan deskripsi gambar di sini

Ruang lingkup diatur ke AC coupling, sehingga Anda tidak melihat ca. + 5V garis dasar.

Jelas terlihat bahwa ada paku di kedua arah . Saat memasukkan sekrup, gulungan juga menghisapnya dan mengkonsumsi energi listrik. Ketika menarik sekrup, saya menginvestasikan energi ke dalam sistem, dan koil merambatkannya menjadi energi listrik, menghasilkan lonjakan negatif. Sangat menarik bahwa ada semacam efek relaksasi dengan polaritas terbalik setelah paku.

Saya harus menyebutkan bahwa pengaturan ini tidak sebanding dengan magnet penahan Anda. Koil saya sebenarnya bukan magnet, karena saya perhatikan tidak ada kekuatan pada bahan feromagnetik. Koil saya juga hanya koil udara, dan karena lubang di reel memiliki diameter kurang dari 1cm, sekrupnya juga kurang. Jadi saya tidak mengisi volume penuh kumparan dengan bahan. (BTW: Karena sulit untuk memukul lubang itu dengan sekrup itu, saya tidak bisa mendorong sekrup begitu cepat, dan karenanya, puncak pertama lebih kecil dari yang kedua)

Magnet holding Anda lebih kuat oleh beberapa perintah, dan begitu juga induktansi. Ada menguap selesai untuk menguap penuh oleh piring, sehingga efek dari piring juga akan jauh lebih besar daripada pengaturan saya.

Jadi, saya yakin Anda akan mendapatkan paku yang sangat besar di kedua arah, yang dapat merusak sirkuit Anda, jika tidak menanganinya.

— sweber
sumber

Saya menyukainya (+1) dan itulah yang akan saya jawab. Satu hal yang bisa Anda lakukan adalah mengukur induktansi dari kumparan yang diaktifkan baik dengan dan tanpa plat besi di tempatnya. Anda kemudian akan memiliki nomor untuk delta L. Kemudian yang tidak diketahui adalah seberapa cepat pelat dihapus. Itu sedikit perkiraan ... tetapi orang dapat mencoba beberapa angka berbeda .. Mungkin 1 ms?

— George Herold

Saya senang bahwa saya menginspirasi investigasi. Saya benar-benar bercakap-cakap dengan presiden perusahaan yang menjual elektromagnet (perusahaan APW) kepada saya dan dia mengatakan kepada saya bahwa magnet adalah sebuah penghambat dan tidak ada tendangan yang dapat diukur. Saya tidak akan berdebat dengannya, tapi itu kedengarannya sulit untuk dibayangkan. Saya masih belum berhasil mendapatkan akses ke ruang lingkup, tapi saya mengukur tegangan negatif singkat yang kecil ketika saya memindahkan magnet yang lemah menjauh dari elektromagnet.

— Ed Krohne

Pikiran pertama adalah menganggap ini seperti pickup gitar listrik; Magnet permanen menghasilkan medan konstan dan ketika senar bergerak bidang ini sedikit dimodulasi dan hasilnya adalah sinyal kecil muncul di terminal kumparan. Apakah penting jika generator arus konstan dihubungkan ke koil dan ini menghasilkan medan magnet statis yang sama?

Tidak, saya tidak berpikir ada perbedaan - kepatuhan sumber saat ini masih akan memungkinkan sinyal yang sama diproduksi di terminal kumparan ketika string bergerak.

Jadi, dalam pertanyaan tersebut, ada elektromagnet DC yang menarik pelat yang dapat magnet. Ada gaya tarik dan ketika pelat semakin dekat kedua gaya meningkat seperti halnya kepadatan fluks lokal. Melihat ini dalam hal magnet tetap dengan kumparan melilit, pelat bergerak ke arah kumparan / magnet akan menyebabkan fluks magnet lokal meningkat dan ini akan menghasilkan pulsa ggl dalam satu arah di kumparan. Saat pelat bergerak menjauh, densitas fluks berkurang dan ini menyebabkan pulsa gir ke arah lain.

Ggl adalah pulsa karena hanya dihasilkan ketika fluks sedang diubah. Hukum induksi Faraday!

Kembali ke skenario elektromagnet (bukan magnet fisik dan koil), efek dari emf "internal-ke-koil" ini terlihat di terminal jika catu daya adalah sumber arus seperti halnya gitar pick-up bekerja . Namun, karena elektromagnet diberi tegangan, pulsa tegangan memaksa arus masuk atau keluar dari sumber tergantung pada cara pelat bergerak.

Mengingat bahwa ada arus DC normal dari elektromagnet, pulsa arus ini (dibatasi oleh induktansi diri dan resistansi koil) akan menyebabkan kenaikan / penurunan sesaat pada arus tersebut. Ini akan terlihat di sepanjang rel daya ke koil.

Jadi, koil diberi energi dan hanya duduk di sana mengurus bisnisnya sendiri. Kemudian, plat muncul dan dengan cepat bergerak ke koil karena gaya magnet. Ini menyebabkan modulasi pada arus yang diambil oleh kumparan TETAPI, penting tidak ada lonjakan tegangan karena kumparan diberi energi dengan sumber tegangan melalui transistor atau sakelar.

Jika Anda menarik pelat menjauh maka ada pulsa arus lain tetapi karena alasan di atas tidak akan ada lonjakan tegangan.

Selanjutnya, Anda membuka sirkuit koil dan segera dioda flyback Anda menangkap back-emf - apakah pelat akan terlepas pada saat ini akan memperburuk keadaan - tidak!

Apakah relay memerlukan bentuk khusus perlindungan koil selain dioda flyback - tidak!

— Andy alias
sumber

Nah, relay biasanya tidak dipaksa secara fisik terbuka, jadi bahkan jika ada lonjakan tegangan maju ketika Anda melakukan itu, Anda tidak perlu menjaga relay melawannya. Jika saya mengerti benar, Anda mengklaim bahwa arus dimodulasi tetapi tidak ada lonjakan tegangan karena sumber tegangan cukup kuat untuk mengatasinya. Bukankah itu tergantung pada catu daya dan seberapa besar modulasinya?

— Ed Krohne

@ Edhrohne jika Anda khawatir maka juga meletakkan dioda dari koil ke tanah.

— Andy alias