Elektrisches Verhalten beim Halten von Magneten beim Auseinanderziehen

Ich werde einen haltenden Elektromagneten und eine Schließplatte kaufen, um einige Dinge zu halten, und ich möchte meine Schaltung (arduino-gesteuert) so gestalten, dass sie nicht wie Speck brät. Ich bin mir bewusst, dass ich, da ein Haltemagnet ein Induktor ist, eine Rücklaufdiode und möglicherweise einen Kondensator verwenden sollte, um die Gegen-EMK zu handhaben, wenn der Strom unterbrochen wird. Was passiert jedoch, wenn der Haltemagnet physisch von der Schließplatte weggedrückt wird? Es wird daran gearbeitet, die Magnetkraft zu überwinden, also denke ich, dass die Energie irgendwohin geht, aber wie manifestiert sich diese momentane Veränderung im Stromkreis? Sehe ich einen erhöhten Strom durch die Spule? Verringerter Strom? Und was passiert im Stromkreis, wenn sich der Magnet trifft und an der Schließplatte einrastet?

Grundsätzlich versuche ich festzustellen, ob ich sowohl mit einer Vorwärts-EMF-Spitze als auch mit einer Rückwärts-EMF-Spitze umgehen muss, und meine Forschung hat mir nicht genug über Magnetfelder beigebracht, um dies selbst herauszufinden.

BEARBEITEN

Ich benutze derzeit diese Schaltung:

schematisch

^{simulieren Sie diese Schaltung - Schema erstellt mit CircuitLab}

L1 ist der Magnet; Ich kenne seine Induktivität nicht, aber es hat einen Serienwiderstand von 20 Ohm. D1 ist der Zener, der vor Überspannung schützt; R1 ist da, weil der einzige Zener, den ich hatte, genau 12 V war und ich einen gewissen Sicherheitsspielraum wollte, um einen Kurzschluss zu vermeiden, falls das Netzteil aus einem anderen Grund als L1 hoch ging. D2 ist der Flyback; Es schützt vor Spannungen unter -1 V, die hoffentlich nicht ausreichen, um die Kappe zu zerstören (ein Schottky wäre besser, aber ich habe keine herumliegen).

Ich betreibe dies durch Ein- und Ausschalten der Stromversorgung. In Zukunft werde ich einen Darlington zwischen C1 und V1 setzen. Es scheint zu funktionieren und nichts zu beschädigen, selbst wenn ich die Platten auseinander drücke, also ist das gut, hoffentlich mache ich nichts Böses an der Stromversorgung. Ich muss dies noch mit einem Umfang betrachten, um sicherzugehen.

Ich hatte die Idee, meinen eigenen Induktor mit L1 in Reihe zu schalten. Dies würde dazu dienen, Stromänderungen zu begrenzen, die durch die Änderung der Induktivität von L1 verursacht werden. Ich bin mir nicht sicher, ob ich das machen werde.

inductor solenoid back-emf

— Ed Krohne
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Gute Frage, auf die ich keine Antwort weiß, aber haben Sie versucht zu messen, was passiert?

— Roger Rowland

Nun, ich glaube, ich möchte einen Spielraum dafür, und ich habe noch nie einen benutzt. Der, den ich verwenden würde, wäre nicht meiner, und deshalb würde ich ihn WIRKLICH lieber nicht beschädigen. Wie groß sind EMF-Rückschläge? Ich könnte mit einem Megaohm: Ohm-Spannungsteiler beginnen und mich nach unten arbeiten, aber ich bin mir nicht einmal sicher, ob diese Spannungen die Widerstände nicht kurzschließen lassen. Ich bin wirklich überfordert. Ich würde gerne testen und zurückmelden, wenn ich Ratschläge zu einem Prozess hätte.

— Ed Krohne

Umm, Englisch ist nicht meine Muttersprache, können Sie mehr Details über "Magnet halten" erzählen, oder einige Links sind nur in Ordnung. :)

— Diverger

catalog.apwcompany.com/viewitems/electromagnets/… ? Hier ist es. Leiten Sie Strom durch und es wird zu einem Magneten, der eine Schließplatte halten kann (ebenfalls auf dieser Seite verlinkt). Sie können verwendet werden, um alles mit einer darauf montierten Schließplatte aufzunehmen und freizugeben.

— Ed Krohne

Die Arbeit ist erledigt, wenn Sie auch zwei stationäre Magnete auseinander ziehen: Die Energie liegt in Form einer erhöhten potentiellen Energie zwischen den beiden Magneten vor. Ich denke nicht, dass es anders ist, wenn ein oder beide Teile Elektromagnete sind.

— Nick Johnson

Antworten:

Sie können die Formel kennen

{U.}_{L.} (t) = L. \frac{d ich}{d t}

$U_L(t)=\,L\frac{dI}{dt}$

Eine Konsequenz: Wenn Sie den Stromfluss durch eine Induktivität stoppen, z. B. durch einen Schalter, erhalten Sie eine Hochspannungsspitze, die Dinge beschädigen kann.

Diese Formel ergibt sich jedoch aus der Änderung des Magnetflusses im Laufe der Zeit:

{U.}_{L.} (t) = \frac{d Ψ}{d t} = \frac{d (L. ich)}{d t}

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

wobei L über die Zeit als konstant angesehen wird. Wenn nicht, bekommen Sie

{U.}_{L.} (t) = L. \frac{d ich}{d t} + ich \frac{d L.}{d t}

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

Das Problem ist, dass Sie keine Ahnung haben, wie sich die Induktivität L im Laufe der Zeit ändert. Der Abstand zwischen Spule und Platte ändert sich nicht linear. Außerdem nimmt die Kraft auf die Platte zu, wenn sie sich in der Nähe der Spule befindet, so dass die Geschwindigkeit zunimmt, was zu einer noch höheren Änderung von L führt.

Selbst wenn wir eine Linearität über die Zeit annehmen, ist die Lösung der Gleichung hässlich.

Ich habe versucht, eine Simulation zu schreiben, mit der das Verhalten von L über die Zeit festgelegt werden kann, aber ich muss über das Ergebnis nachdenken, da ich derzeit nicht sicher bin, ob es sinnvoll ist. Ich lasse es dich wissen.

Allerdings sollte man bedenken , dass ein Punkt , an der Platte Energie aus Spule / Schaltung, und auf dem anderen Punkt bekommt, gibt es Energie zurück. Dies kann sogar in beide Richtungen zu Spannungsspitzen führen, daher würde ich nicht nur eine Flyback-Diode verwenden, sondern auch einen Zener (mit einer Spannung über der Versorgungsspannung).

Ich würde auch vorschlagen, es mit einem Umfang zu messen.

Bearbeiten:

Ich war jetzt auf einer langen Tour, aber letzten Freitag hatte ich die Gelegenheit, für kurze Zeit in unserem Labor zu spielen.

Wir haben mehrere Rollen aus emailliertem Kupferdraht. Das Problem besteht darin, eine zu finden, bei der beide Enden des Drahtes zugänglich sind. Ich habe nur diesen gefunden:

Drahtdurchmesser: 0,22 mm
Drahtwiderstand: 200 Ohm
Magnetdurchmesser: 3cm
Magnetlänge: 3cm

Ich habe es über einen 2 kOhm Widerstand an eine Konstantspannungsversorgung angeschlossen und 50 V angelegt, um mindestens ein wenig Strom zu erhalten. Beim Einsetzen und Entfernen einer Eisenschraube liegt die Spannung über der Spule an:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Das Oszilloskop wurde auf AC-Kopplung eingestellt, sodass Sie die ca. + 5V Basisleitung.

Es ist deutlich zu erkennen, dass es in beide Richtungen Spitzen gibt . Beim Einsetzen der Schraube saugen die Spulen diese ebenfalls an und verbrauchen elektrische Energie. Beim Herausziehen der Schraube investiere ich Energie in das System, und die Spule gibt sie an elektrische Energie weiter, was zu einer negativen Spitze führt. Interessant ist auch, dass es nach den Spitzen eine Art Entspannungseffekt mit umgekehrter Polarität gibt.

Ich muss erwähnen, dass dieses Setup nicht mit Ihrem Haltemagneten vergleichbar ist. Meine Spule ist nicht wirklich ein Magnet, da ich keine Kraft auf ferromagnetisches Material bemerke. Meine Spule ist auch nur eine Luftspule, und da das Loch in der Rolle weniger als 1 cm Durchmesser hat, ist auch die Schraube weniger. Also habe ich nicht das gesamte Volumen der Spule mit Material gefüllt. (Übrigens: Da es schwierig ist, dieses Loch mit dieser Schraube zu treffen, konnte ich die Schraube nicht so schnell hineinschieben, und so ist die erste Spitze kleiner als die zweite)

Ihr Haltemagnet ist um mehrere Ordnungen stärker, ebenso die Induktivität. Es gibt ein Gieren, das von der Platte zu einem vollen Gieren vervollständigt wird, so dass der Effekt der Platte auch viel größer ist als bei meinem Setup.

Ich bin mir also sicher, dass Sie in beide Richtungen wirklich große Spitzen bekommen, die Ihre Schaltung beschädigen können, wenn sie diese nicht handhabt.

— süßer
quelle

Ich mag es (+1) und es ist das, was ich antworten wollte. Eine Möglichkeit besteht darin, die Induktivität der Aktivspule mit und ohne Eisenplatte zu messen. Sie hätten dann eine Zahl für Delta L. Dann ist das Unbekannte, wie schnell die Platte entfernt wird. Das ist ein bisschen eine Schätzung ... aber man könnte ein paar andere Zahlen ausprobieren ... 1ms vielleicht?

— George Herold

Ich bin begeistert, dass ich eine Untersuchung inspiriert habe. Ich kam tatsächlich in ein Gespräch mit dem Präsidenten der Firma, die mir die Elektromagnete (APW Company) verkaufte, und er sagte mir, dass der Magnet ein Widerstand sei und kein Tritt messbar sei. Ich werde nicht mit ihm streiten, aber das klingt schwer vorstellbar. Ich habe es immer noch nicht geschafft, Zugang zu einem Zielfernrohr zu erhalten, aber ich messe eine kleine, kurze negative Spannung, wenn ich einen schwachen Magneten vom Elektromagneten weg bewege.

— Ed Krohne

Der erste Gedanke ist, sich das wie einen E-Gitarren-Tonabnehmer vorzustellen. Ein Permanentmagnet erzeugt ein konstantes Feld, und wenn sich die Saiten bewegen, wird dieses Feld leicht moduliert, und das Ergebnis ist, dass ein kleines Signal über den Anschlüssen der Spule erscheint. Wäre es wichtig, wenn ein Konstantstromgenerator an die Spule angeschlossen wäre und dieser das gleiche statische Magnetfeld erzeugt?

Nein, ich glaube nicht, dass es einen Unterschied gibt - die Konformität der Stromquelle würde es immer noch ermöglichen, dass das gleiche Signal über die Anschlüsse der Spule erzeugt wird, wenn sich die Saiten bewegen.

In der Frage zieht also ein Gleichstrom-Elektromagnet an einer magnetisierbaren Platte. Es gibt eine Anziehungskraft und wenn sich die Platte nähert, nimmt sowohl die Kraft als auch die lokalisierte Flussdichte zu. Betrachtet man dies als einen festen Magneten mit einer umwickelten Spule, so bewirkt die Platte, die sich in Richtung der Spule / des Magneten bewegt, dass der lokale Magnetfluss zunimmt, und dies erzeugt einen EMK-Impuls in einer Richtung in der Spule. Wenn sich die Platte wegbewegt, nimmt die Flussdichte ab und dies verursacht einen EMK-Impuls in die andere Richtung.

Die EMK ist ein Impuls, da sie nur erzeugt wird, während der Fluss geändert wird. Faradays Induktionsgesetz!

Zurück zum Elektromagnet-Szenario (anstelle des physischen Magneten und der Spule) wird der Effekt dieser EMK innerhalb der Spule an den Anschlüssen sichtbar, wenn die Stromversorgung eine Stromquelle ist, genau wie ein Gitarren-Tonabnehmer funktioniert . Da der Elektromagnet jedoch spannungsgespeist ist, zwingt der Spannungsimpuls einen Strom in die Quelle hinein oder aus dieser heraus, abhängig davon, in welche Richtung sich die Platte bewegt.

Unter der Voraussetzung, dass der normale Gleichstrom des Elektromagneten vorhanden ist, bewirkt dieser Stromimpuls (begrenzt durch die Selbstinduktivität und den Widerstand der Spule) eine kurzzeitige Zunahme / Abnahme dieses Stroms. Dies wird entlang der Stromschienen zur Spule gesehen.

Die Spule ist also mit Energie versorgt und sitzt nur da und kümmert sich um ihre eigenen Angelegenheiten. Dann kommt die Platte und bewegt sich aufgrund magnetischer Kräfte schnell zur Spule. Dies bewirkt eine Modulation des von der Spule aufgenommenen Stroms, jedoch keine Spannungsspitze, da die Spule über einen Transistor oder einen Schalter mit einer Spannungsquelle versorgt wird.

Wenn Sie die Platte wegziehen, gibt es einen weiteren Stromimpuls, aber aus den oben genannten Gründen tritt keine Spannungsspitze auf.

Als nächstes öffnen Sie den Stromkreis der Spule und sofort fängt Ihre Flyback-Diode die Gegen-EMK auf - wird die Platte, die an diesem Punkt gelöst wird, die Sache noch schlimmer machen - nein!

Benötigt ein Relais eine spezielle Form des Spulenschutzes außer einer Flyback-Diode - nein!

— Andy aka
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Nun, Relais werden normalerweise nicht physisch gezwungen, sich zu öffnen. Selbst wenn Sie dabei eine Vorwärtsspannungsspitze haben, müssten Sie kein Relais dagegen schützen. Wenn ich das richtig verstehe, behaupten Sie, dass der Strom moduliert ist, aber es gibt keine Spannungsspitze, weil die Spannungsquelle stark genug ist, um damit umzugehen. Würde das nicht von der Stromversorgung abhängen und wie groß die Modulation ist?

— Ed Krohne

@EdKrohne Wenn Sie besorgt sind, dann setzen Sie auch eine Diode von der Spule auf Masse.

— Andy aka