Comportamento elettrico dei magneti quando li si separa

Comprerò un elettromagnete di supporto e una piastra di riscontro per contenere alcune cose e voglio progettare il mio circuito (controllato con arduino) per non friggere come la pancetta. Sono consapevole che poiché un magnete di supporto è un induttore, dovrei usare un diodo flyback e possibilmente un condensatore per gestire l'EMF posteriore per quando la corrente viene interrotta. Tuttavia, cosa succede se il magnete di supporto viene fisicamente allontanato dalla piastra di riscontro? Si sta lavorando per superare la forza magnetica, quindi immagino che l'energia vada da qualche parte, ma come si manifesta quel cambiamento momentaneo nel circuito? Vedo una maggiore corrente attraverso la bobina? Corrente ridotta? E del resto, cosa succede nel circuito quando il magnete si incontra e si blocca sulla piastra di riscontro?

Fondamentalmente, sto cercando di determinare se devo gestire un picco EMF in avanti così come un picco EMF posteriore e la mia ricerca non mi ha insegnato abbastanza sui campi magnetici per capirlo da solo.

MODIFICARE

Attualmente sto usando questo circuito:

schematico

^{simula questo circuito - Schema creato usando CircuitLab}

L1 è il magnete; Non conosco la sua induttanza, ma ha una resistenza in serie di 20 Ohm. D1 è lo zener che protegge dalle sovratensioni; R1 è lì perché l'unico zener che avevo era esattamente 12 V e volevo un margine di sicurezza per evitare un corto nel caso in cui l'alimentatore fosse alto per qualche motivo diverso da L1. D2 è il flyback; protegge da tensioni inferiori a -1V, che si spera non siano sufficienti a rovinare il tappo (uno schottky sarebbe meglio, ma non ne ho uno in giro).

Opero questo accendendo e spegnendo l'alimentazione. In futuro inserirò un Darlington tra C1 e V1. Sembra funzionare e non danneggiare nulla anche quando forzo le piastre, quindi va bene, si spera che non stia facendo nulla di brutto all'alimentatore. Devo ancora guardare questo con uno scopo per essere sicuro.

Ho avuto l'idea di mettere il mio induttore in serie con L1. Ciò agirebbe per limitare le attuali variazioni causate dal cambiamento dell'induttanza di L1. Non sono sicuro che lo farò.

inductor solenoid back-emf

— Ed Krohne
fonte

Bella domanda, a cui non conosco la risposta, ma hai provato a misurare cosa succede?

— Roger Rowland,

Beh, credo che avrei bisogno di uno scopo per questo, e non ne ho mai usato uno. Quello che userei non sarebbe mio, e quindi preferirei davvero non danneggiarlo. Quanto sono grandi i contraccolpi EMF? Potrei iniziare con un Megohm: divisore di tensione Ohm e scendere fino in fondo, ma non sono nemmeno sicuro che queste tensioni non faranno guastare i resistori. Sono davvero fuori dalla mia profondità. Sarei felice di provare e riferire se avessi qualche consiglio su un processo.

— Ed Krohne,

Umm, l'inglese non è la mia lingua madre, puoi dire maggiori dettagli sul "magnete in possesso", o alcuni link sono semplicemente OK. :)

— diverger

catalog.apwcompany.com/viewitems/electromagnets/… ? Ecco qui. Passa corrente attraverso di essa e si trasforma in un magnete che può trattenere una piastra di riscontro (anch'essa collegata a quella pagina). Possono essere utilizzati per raccogliere e rilasciare qualsiasi cosa con una piastra di attacco montata su di essa.

— Ed Krohne,

Il lavoro viene svolto anche quando si separano due magneti fissi: l'energia è sotto forma di energia potenziale aumentata tra i due magneti. Non penso che sia diverso se una o entrambe le parti sono elettromagneti.

— Nick Johnson,

Risposte:

Potresti conoscere la formula

U_{L} (t) = L \frac{d io}{d t}

$U_L(t)=\,L\frac{dI}{dt}$ per la tensione su un induttore.

Una conseguenza: se si interrompe il flusso di corrente attraverso un induttore, ad esempio mediante un interruttore, si ottiene un picco di alta tensione, che può danneggiare le cose.

Tuttavia, questa formula deriva dal cambiamento del flusso magnetico nel tempo:

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

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

dove L è considerato costante nel tempo. In caso contrario, ottieni

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

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

Il problema è che non hai idea di come l'induttività L cambi nel tempo. Cambierà non lineare sulla distanza tra bobina e piastra. Inoltre, la forza sulla piastra aumenta quando si trova vicino alla bobina, quindi la velocità fa, portando a un cambio ancora maggiore di L.

Anche se assumiamo una linearità nel tempo, la soluzione dell'equazione è brutta.

Ho provato a scrivere una simulazione che consenta di specificare il comportamento di L nel tempo, ma devo pensare al risultato, poiché al momento non sono sicuro che abbia senso. Ti farò sapere.

Tuttavia , dovresti considerare che ad un certo punto, la piastra riceve energia dalla tua bobina / circuito e, dall'altro, restituisce energia. Questo può portare a picchi di tensione, anche in entrambe le direzioni, quindi non userei solo un diodo flyback, ma anche uno zener (con tensione superiore alla tensione di alimentazione).

Suggerirei anche di misurarlo con un ambito.

Modificare:

Ero in un lungo tour ora, ma venerdì scorso ho avuto la possibilità di suonare nel nostro laboratorio per un breve periodo.

Abbiamo diverse bobine di filo di rame smaltato, il problema è trovarne una con entrambe le estremità del filo accessibili. Ho trovato solo questo:

diametro del filo: 0,22 mm
resistenza del filo: 200 Ohm
diametro del solenoide: 3 cm
lunghezza del solenoide: 3 cm

L'ho collegato a un'alimentazione a tensione costante tramite una resistenza da 2kOhm e ho applicato 50 V per ottenere almeno un po 'di corrente. C'è tensione sopra la bobina quando si inserisce e si rimuove una vite di ferro:

inserisci qui la descrizione dell'immagine

L'ambito è stato impostato sull'accoppiamento CA, quindi non si vede il ca. + 5V linea di base.

È chiaramente visibile che ci sono punte in entrambe le direzioni . Quando si inserisce la vite, anche le bobine la aspirano e consumano energia elettrica. Quando estraggo la vite, investo energia nel sistema e la bobina la propaga in energia elettrica, provocando un picco negativo. È anche interessante notare che esiste un qualche tipo di effetto di rilassamento con polarità inversa dopo i picchi.

Devo dire che questa configurazione non è paragonabile al tuo magnete di supporto. La mia bobina non è in realtà un magnete, poiché non noto alcuna forza sul materiale ferromagnetico. Anche la mia bobina è solo una bobina ad aria, e poiché il foro nella bobina ha un diametro inferiore a 1 cm, anche la vite è inferiore. Quindi non ho riempito tutto il volume della bobina con materiale. (A proposito: dato che è difficile colpire quel buco con quella vite, non ho potuto spingere la vite così velocemente, quindi il primo picco è più piccolo del secondo)

Il tuo magnete di supporto è più forte di diversi ordini, così come l'induttanza. C'è un'imbardata completata in un'imbardata completa dalla lastra, quindi anche l'effetto della lastra sarà molto più grande rispetto alla mia configurazione.

Quindi, sono sicuro che otterrai picchi davvero grandi in entrambe le direzioni, il che potrebbe danneggiare il tuo circuito, se non li gestisce.

— sweber
fonte

Mi piace (+1) ed è quello a cui avrei risposto. Una cosa che potresti fare è misurare l'induttanza della bobina attivata sia con che senza la piastra di ferro in posizione. avresti quindi un numero per delta L. Quindi lo sconosciuto è la velocità con cui viene rimossa la piastra. È un po 'ipotetico ... ma si potrebbero provare numeri diversi .. 1ms forse?

— George Herold,

Sono entusiasta di aver ispirato un'indagine. In realtà ho avuto una conversazione con il presidente della compagnia che mi ha venduto gli elettromagneti (società APW) e mi ha detto che il magnete era un resistore e che nessun calcio sarebbe misurabile. Non sto per discutere con lui, ma sembra difficile da immaginare. Non riesco ancora ad accedere a un ambito, ma misuro una piccola, breve tensione negativa quando allontano un magnete debole dall'elettromagnete.

— Ed Krohne, il

Il primo pensiero è di pensarlo come un pickup per chitarra elettrica; Un magnete permanente produce un campo costante e quando le stringhe si muovono questo campo è leggermente modulato e il risultato è che un piccolo segnale appare attraverso i terminali della bobina. Avrebbe importanza se un generatore di corrente costante fosse collegato alla bobina e questo generasse lo stesso campo magnetico statico?

No, non credo che ci sia differenza: la conformità della sorgente corrente consentirebbe comunque di produrre lo stesso segnale attraverso i terminali della bobina quando le stringhe si muovono.

Quindi, nella domanda, c'è un elettromagnete CC che tira una piastra magnetizzabile. C'è una forza di attrazione e man mano che la piastra si avvicina, aumenta sia la forza che la densità del flusso localizzato. Osservandolo in termini di un magnete fisso con una bobina avvolta attorno ad esso, la piastra che si sposta verso la bobina / magnete farà aumentare il flusso magnetico locale e questo produrrà un impulso emf in una direzione nella bobina. Quando la piastra si allontana, la densità del flusso diminuisce e ciò provoca un impulso emf nell'altra direzione.

L'emf è un impulso perché viene generato solo mentre il flusso viene modificato. La legge dell'induzione di Faraday!

Tornando allo scenario elettromagnetico (piuttosto che al magnete fisico e alla bobina), l'effetto di questo emf "interno alla bobina" è visto ai terminali se l'alimentazione è una fonte di corrente proprio come funziona un pickup per chitarra . Tuttavia, poiché l'elettromagnete è alimentato in tensione, l'impulso di tensione forza una corrente all'interno o all'esterno della sorgente a seconda del modo in cui la piastra si muove.

Dato che esiste la normale corrente continua dell'elettromagnete, questo impulso di corrente (limitato dall'autoinduttanza e dalla resistenza della bobina) provocherà un aumento / diminuzione momentaneo di quella corrente. Questo sarà visibile lungo le barre di alimentazione della bobina.

Quindi, la bobina è eccitata e si è seduta lì pensando agli affari suoi. Quindi, la piastra arriva e si sposta rapidamente sulla bobina a causa di forze magnetiche. Ciò provoca una modulazione della corrente assorbita dalla bobina MA, soprattutto nessun picco di tensione poiché la bobina viene alimentata con una sorgente di tensione tramite un transistor o un interruttore.

Se si estrae la piastra, si verifica un altro impulso di corrente, ma per i motivi sopra indicati non si verificherà un picco di tensione.

Successivamente, apri il circuito della bobina e immediatamente il tuo diodo flyback cattura il back-emf - la piastra che si stacca a questo punto peggiorerà le cose - no!

Un relè ha bisogno di una forma speciale di protezione della bobina diversa da un diodo flyback? No!

— Andy aka
fonte

Bene, i relè non sono normalmente forzati ad aprirsi fisicamente, quindi anche se c'è un picco di tensione diretta quando lo fai, non dovresti proteggere un relè da esso. Se ho capito bene, stai affermando che la corrente è modulata ma non c'è picco di tensione perché la sorgente di tensione è abbastanza forte da gestirla. Non dipenderebbe dall'alimentazione e da quanto è grande la modulazione?

— Ed Krohne,

@EdKrohne se sei preoccupato, metti anche un diodo dalla bobina a terra.

— Andy aka