Elektrisches Verhalten von Haftmagneten beim Auseinanderziehen

Ich werde einen Halteelektromagneten und eine Schließplatte kaufen, um einige Dinge zu halten, und ich möchte meine Schaltung (Arduino-gesteuert) so gestalten, dass sie nicht wie Speck brät. Mir ist bewusst, dass ich, da ein Haltemagnet eine Induktivität ist, eine Flyback-Diode und möglicherweise einen Kondensator verwenden sollte, um die Gegen-EMK zu handhaben, wenn der Strom unterbrochen wird. Was passiert jedoch, wenn der Haftmagnet physisch vom Schließblech weggedrückt wird? Es wird daran gearbeitet, die Magnetkraft zu überwinden, also nehme ich an, dass die Energie irgendwohin geht, aber wie manifestiert sich diese momentane Änderung im Stromkreis? Sehe ich erhöhten Strom durch die Spule? Verringerter Strom? Und was passiert im Stromkreis, wenn der Magnet auf das Schließblech trifft und einrastet?

Grundsätzlich versuche ich festzustellen, ob ich sowohl mit einer EMF-Spitze nach vorne als auch mit einer EMF-Spitze nach hinten umgehen muss, und meine Forschung hat mich nicht genug über Magnetfelder gelehrt, um es selbst herauszufinden.

BEARBEITEN

Ich verwende derzeit diese Schaltung:

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

L1 ist der Magnet; Ich kenne seine Induktivität nicht, aber er 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 Sicherheitsabstand wollte, um einen Kurzschluss zu vermeiden, falls die Stromversorgung 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 ruinieren (ein Schottky wäre besser, aber ich habe keinen herumliegen).

Ich betreibe dies, indem ich die Stromversorgung ein- und ausschalte. In Zukunft werde ich einen Darlington zwischen C1 und V1 setzen. Es scheint zu funktionieren und nichts zu beschädigen, selbst wenn ich die Platten auseinanderdrücke, also ist das gut, hoffentlich mache ich nichts Böses mit der Stromversorgung. Ich muss mir das noch mit einem Scope ansehen, um sicherzugehen.

Ich hatte die Idee, meine eigene Induktivität in Reihe mit L1 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 tun werde.

Gute Frage, auf die ich keine Antwort weiß, aber haben Sie versucht zu messen, was passiert?
Nun, ich glaube, ich würde dafür ein Zielfernrohr brauchen, und ich habe noch nie eines benutzt. Die, die ich verwenden würde, wäre nicht meine, und deshalb würde ich sie WIRKLICH lieber nicht beschädigen. Wie groß sind EMF-Kickbacks? Ich könnte mit einem Megohm: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 berichten, wenn ich einen Rat zu einem Prozess hätte.
Ähm, Englisch ist nicht meine Muttersprache, können Sie mehr Details über "Holding Magnet" erzählen, oder einige Links sind einfach in Ordnung. :)
catalog.apwcompany.com/viewitems/electromagnets/… ? Hier ist es. Leiten Sie Strom durch, und es verwandelt sich in einen Magneten, der an einem Schließblech halten kann (auch auf dieser Seite verlinkt). Sie können verwendet werden, um alles mit einem darauf montierten Schließblech aufzunehmen und freizugeben.
Auch beim Auseinanderziehen zweier stationärer Magnete wird Arbeit verrichtet: Die Energie liegt in Form von erhöhter potentieller Energie zwischen den beiden Magneten vor. Ich denke nicht, dass es anders ist, wenn ein oder beide Teile Elektromagnete sind.
Schließblech ist eine Art Türklinke??
Bisher drei völlig unterschiedliche Antworten. Ich muss darüber nachdenken. Der Zener ist eindeutig die konservativste Option.
@GRTech diese Haltemagnete werden definitiv für elektronische Schlösser verwendet, sicher. Das Schließblech ist nur ein Stück ferromagnetisches Material, an dem der Elektromagnet festhalten kann. Also ja, Sie können das Schließblech an Ihrer Tür und den Elektromagneten an Ihrem Türrahmen anbringen und auf diese Weise ein Schloss erstellen. In diesem Fall ist das Schließblech wie die Falle.
@EdKrohne Sehr Anwendungsnachfrage mit nebulöser Beschreibung. Auf jeden Fall gibt es eine genaue Antwort, nachdem Sie die Frage geklärt haben

Antworten (2)

Vielleicht kennst du die Formel

U L ( t ) = L d ich d t
für die Spannung über einer Induktivität.

  • Eine Folge: Stoppt man den Stromfluss durch eine Induktivität, zB durch einen Schalter, entsteht eine hohe Spannungsspitze, die Dinge beschädigen kann.

Diese Formel ergibt sich jedoch aus der zeitlichen Änderung des magnetischen Flusses:

U L ( t ) = d Ψ d t = d ( L ich ) d t

wobei L über die Zeit als konstant angesehen wird. Wenn nicht, bekommst du

U L ( t ) = L d ich d t + ich d L d t

Das Problem ist, dass Sie keine Ahnung haben, wie sich die Induktivität L mit der Zeit ändert. Sie ändert sich nichtlinear über den Abstand zwischen Spule und Platte. Außerdem nimmt die Kraft auf die Platte zu, wenn sie sich in der Nähe der Spule befindet, sodass 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, die es erlaubt, das Verhalten von L über die Zeit zu spezifizieren, aber ich muss über das Ergebnis nachdenken, da ich derzeit nicht sicher bin, ob es Sinn macht. Ich lasse es dich wissen.

Sie sollten jedoch bedenken, dass die Platte an einem Punkt Energie von Ihrer Spule / Ihrem Stromkreis erhält und an dem anderen Punkt Energie zurückgibt. Dies kann zu Spannungsspitzen führen, auch in beide Richtungen, daher würde ich nicht nur eine Flyback-Diode verwenden, sondern auch einen Zener (mit Spannung über der Versorgungsspannung).

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

Bearbeiten:

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

Wir haben mehrere Rollen mit Kupferlackdraht, das Problem besteht darin, eine zu finden, bei der beide Enden des Drahts zugänglich sind. Ich habe nur dieses hier gefunden:

  • Drahtdurchmesser: 0,22 mm
  • Leitungswiderstand: 200 Ohm
  • Solenoiddurchmesser: 3cm
  • Solenoidlänge: 3cm

Ich habe es über einen 2-kOhm-Widerstand an eine konstante Spannungsversorgung angeschlossen und 50 V angelegt, um zumindest ein wenig Strom zu erhalten. Beim Ein- und Ausdrehen einer Eisenschraube liegt die Spannung über der Spule:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

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

Es ist deutlich zu erkennen, dass in beiden Richtungen Spikes vorhanden sind . Beim Eindrehen der Schraube saugt die Spule diese ebenfalls an und verbraucht dabei elektrische Energie. Wenn ich die Schraube herausziehe, investiere ich Energie in das System, und die Spule überträgt sie in elektrische Energie, was zu der negativen Spitze führt. Interessant ist auch, dass es nach den Spikes zu einer Art Entspannungseffekt mit umgekehrter Polarität kommt.

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 Spule weniger als 1 cm Durchmesser hat, ist die Schraube auch weniger. Ich habe also nicht das volle 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 hineindrücken, und daher ist die erste Spitze kleiner als die zweite)

Ihr Haltemagnet ist um mehrere Größenordnungen stärker, ebenso die Induktivität. Es gibt ein Gieren, das durch die Platte zu einem vollständigen Gieren vervollständigt wird, daher wird der Effekt der Platte auch viel größer sein 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 nicht damit umgehen.

Ich mag es (+1) und darauf wollte ich antworten. Eine Sache, die Sie tun könnten, ist, die Induktivität der aktivierten Spule sowohl mit als auch ohne Eisenplatte zu messen. Sie hätten dann eine Zahl für Delta L. Dann ist die Unbekannte, wie schnell die Platte entfernt wird. Das ist ein bisschen eine Schätzung ... aber man könnte andere Zahlen ausprobieren ... 1 ms vielleicht?
Ich bin begeistert, dass ich eine Untersuchung angeregt habe. Ich kam tatsächlich in ein Gespräch mit dem Präsidenten der Firma, die mir die Elektromagnete verkaufte (APW-Firma), und er sagte mir, dass der Magnet ein Widerstand sei und kein Kick messbar wäre. Ich werde nicht mit ihm streiten, aber das klingt schwer vorstellbar. Ich habe es immer noch nicht geschafft, Zugang zu einem Zielfernrohr zu bekommen, aber ich messe eine kleine, kurze negative Spannung, wenn ich einen schwachen Magneten vom Elektromagneten wegbewege.

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 an 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 Nachgiebigkeit der Stromquelle würde es immer noch ermöglichen, dasselbe Signal über die Klemmen der Spule zu erzeugen, wenn sich Saiten bewegen.

In der Frage zieht also ein Gleichstrom-Elektromagnet an einer magnetisierbaren Platte. Es gibt eine Anziehungskraft, und wenn die Platte näher kommt, nimmt sowohl die Kraft als auch die lokalisierte Flussdichte zu. Betrachtet man dies in Bezug auf einen feststehenden Magneten mit einer darum gewickelten Spule, bewirkt die Bewegung der Platte in Richtung der Spule/des Magneten, dass der lokale Magnetfluss ansteigt, 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. Faradaysches Induktionsgesetz!

Um auf das Elektromagnet-Szenario zurückzukommen (und nicht auf einen physischen Magneten und eine Spule), ist die Wirkung dieser "intern-zu-der-Spule"-EMK an den Anschlüssen zu sehen, wenn die Stromzufuhr eine Stromquelle ist, genau wie ein Gitarren-Tonabnehmer funktioniert . Da der Elektromagnet jedoch mit Spannung versorgt wird, zwingt der Spannungsimpuls einen Strom in die oder aus der Quelle, je nachdem, in welche Richtung sich die Platte bewegt.

Da es den normalen Gleichstrom des Elektromagneten gibt, verursacht dieser Stromimpuls (begrenzt durch die Selbstinduktivität und den Widerstand der Spule) eine vorübergehende Erhöhung/Verringerung dieses Stroms. Dies ist entlang der Stromschienen zur Spule zu sehen.

Die Spule ist also erregt und saß nur da und kümmerte sich um ihre eigenen Angelegenheiten. Dann kommt die Platte daher und bewegt sich aufgrund magnetischer Kräfte schnell zur Spule. Dies verursacht eine Modulation des von der Spule aufgenommenen Stroms, ABER vor allem keine Spannungsspitze, da die Spule über einen Transistor oder einen Schalter mit einer Spannungsquelle erregt wird.

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

Als nächstes öffnen Sie die Spule und sofort fängt Ihre Flyback-Diode die Gegen-EMK ein - wird die Platte, die sich an diesem Punkt löst, die Sache noch schlimmer machen - nein!

Benötigt ein Relais außer einer Freilaufdiode einen speziellen Spulenschutz - nein!

Nun, Relais werden normalerweise nicht physisch geöffnet, sodass Sie ein Relais nicht davor schützen müssen, selbst wenn es dabei zu einer Durchlassspannungsspitze kommt. Wenn ich das richtig verstehe, behaupten Sie, dass der Strom moduliert wird, aber es gibt keine Spannungsspitze, da die Spannungsquelle stark genug ist, um damit umzugehen. Hängt das nicht vom Netzteil ab und wie groß die Aussteuerung ist?
@EdKrohne, wenn Sie besorgt sind, legen Sie auch eine Diode von der Spule auf Masse.
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