Comportamento elétrico de segurar ímãs quando você os separa

Vou comprar um eletroímã de retenção e uma placa de ataque para segurar algumas coisas, e quero projetar meu circuito (controlado por arduino) para não fritar como bacon. Estou ciente de que, como um ímã de retenção é um indutor, devo usar um diodo de retorno e, possivelmente, um capacitor para lidar com o EMF traseiro quando a corrente for interrompida. No entanto, o que acontece se o ímã de retenção for fisicamente forçado a se afastar da placa de ataque? Está sendo feito um trabalho para superar a força magnética, então acho que a energia vai para algum lugar, mas como essa mudança momentânea se manifesta no circuito? Vejo aumento da corrente através da bobina? Corrente diminuída? E, a propósito, o que acontece no circuito quando o ímã se encontra e trava na placa de ataque?

Basicamente, estou tentando determinar se preciso lidar com um pico de EMF para a frente e com um pico de EMF de volta, e minha pesquisa não me ensinou o suficiente sobre campos magnéticos para descobrir por conta própria.

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Atualmente, estou usando este circuito:

^{simular este circuito - esquemático criado usando o CircuitLab}

L1 é o ímã; Não sei sua indutância, mas tem uma resistência em série de 20 Ohms. D1 é o zener que protege contra sobretensão; O R1 está lá porque o único zener que eu tinha era exatamente 12V e eu queria uma margem de segurança para evitar um curto, caso a fonte de alimentação estivesse alta por algum motivo que não fosse o L1. D2 é o flyback; ele protege contra tensões inferiores a -1V, o que espero não seja suficiente para arruinar a tampa (um schottky seria melhor, mas não tenho um por aí).

Eu opero isso ligando e desligando a fonte de alimentação. No futuro, colocarei um Darlington entre C1 e V1. Parece funcionar e não danifica nada, mesmo quando eu forço as placas, então isso é bom, espero não estar fazendo nada desagradável com a fonte de alimentação. Eu ainda preciso olhar para isso com um escopo para ter certeza.

Eu tive a idéia de colocar meu próprio indutor em série com L1. Isso agiria para limitar as alterações atuais causadas pela alteração da indutância de L1. Não tenho certeza se vou fazer isso.

Você pode saber a fórmula

• Uma conseqüência: se você interrompe o fluxo de corrente através de um indutor, por exemplo, por um interruptor, obtém um pico de alta tensão, o que pode danificar as coisas.

No entanto, esta fórmula vem da mudança do fluxo magnético ao longo do tempo:

onde L é considerado constante ao longo do tempo. Caso contrário, você recebe

O problema é que você não tem idéia de como a indutividade L muda com o tempo. Ele mudará a distância não linear entre a bobina e a placa. Além disso, a força na placa aumenta quando ela está próxima à bobina, assim como a velocidade, levando a uma mudança ainda maior de L.

Mesmo se assumirmos uma linearidade ao longo do tempo, a solução da equação é feia.

Tentei escrever uma simulação que permitisse especificar o comportamento de L ao longo do tempo, mas tenho que pensar no resultado, pois atualmente não tenho certeza se faz sentido. Eu aviso você.

No entanto , você deve considerar que, em um ponto, a placa obtém energia da sua bobina / circuito e, por outro, devolve energia. Isso pode levar a picos de tensão, mesmo em ambas as direções, então eu não usaria apenas um diodo flyback, mas também um zener (com tensão acima da tensão de alimentação).

Eu também sugeriria medi-lo com um escopo.

Editar:

Eu estava em uma longa turnê agora, mas na última sexta-feira tive a chance de tocar em nosso laboratório por um curto período de tempo.

Temos vários rolos de fio de cobre esmaltado, o problema é encontrar um com as duas extremidades do fio acessíveis. Encontrei apenas este:

• diâmetro do fio: 0,22 mm
• resistência do fio: 200 Ohm
• diâmetro do solenóide: 3cm
• comprimento do solenóide: 3cm

Liguei-o a uma fonte de tensão constante através de um resistor de 2kOhm e apliquei 50V para obter pelo menos um pouco de corrente. Há tensão na bobina ao inserir e remover um parafuso de ferro:

O escopo foi definido como acoplamento CA, para que você não veja a ca. Linha base de + 5V.

É claramente visível que há picos em ambas as direções . Ao inserir o parafuso, as bobinas também o sugam e consomem energia elétrica. Ao puxar o parafuso, invisto energia no sistema e a bobina a propaga para energia elétrica, resultando no pico negativo. Também é interessante que exista algum tipo de efeito de relaxamento com polaridade inversa após os picos.

Devo mencionar que essa configuração não é comparável ao seu ímã de retenção. Minha bobina não é realmente um ímã, pois não noto força no material ferromagnético. Minha bobina também é apenas uma bobina de ar e, como o orifício no carretel tem menos de 1 cm de diâmetro, o parafuso também é menor. Por isso, não preenchai todo o volume da bobina com material. (BTW: Como é difícil acertar o buraco com esse parafuso, não pude apertar o parafuso tão rápido e, portanto, o primeiro pico é menor que o segundo)

Seu ímã de retenção é mais forte por várias ordens, e a indutância também. Há uma guinada concluída para uma guinada completa pela placa, portanto o efeito da placa também será muito maior do que na minha configuração.

Portanto, tenho certeza de que você obterá picos realmente grandes em ambas as direções, o que pode danificar seu circuito, se ele não lidar com eles.

O primeiro pensamento é pensar nisso como um captador de guitarra elétrica; Um ímã permanente produz um campo constante e, quando as cordas se movem, esse campo é ligeiramente modulado e o resultado é que um pequeno sinal aparece nos terminais da bobina. Importaria se um gerador de corrente constante estivesse conectado à bobina e isso gerasse o mesmo campo magnético estático?

Não, acho que não há diferença - a conformidade da fonte atual ainda permitiria que o mesmo sinal fosse produzido através dos terminais da bobina quando as cordas se movem.

Portanto, na questão, existe um eletroímã DC puxando uma placa magnetizável. Existe uma força de atração e, à medida que a placa se aproxima, tanto a força aumenta quanto a densidade de fluxo localizada. Olhando para isso em termos de um ímã fixo com uma bobina enrolada em torno dele, a placa que se move em direção à bobina / ímã fará com que o fluxo magnético local aumente e isso produzirá um pulso de fem em uma direção da bobina. À medida que a placa se afasta, a densidade do fluxo diminui e isso causa um pulso de fem na outra direção.

A fem é um pulso, porque é gerada apenas enquanto o fluxo está sendo alterado. Lei de indução de Faraday!

Voltando ao cenário do eletroímã (em vez de ímã físico e bobina), o efeito dessa fem "interna à bobina" é visto nos terminais se a alimentação for uma fonte de corrente, assim como um captador de guitarra funciona . No entanto, como o eletroímã é alimentado por tensão, o pulso de tensão força uma corrente para dentro ou para fora da fonte, dependendo de como a placa se move.

Dado que existe a corrente CC normal do eletroímã, esse pulso de corrente (limitado pela auto-indutância e resistência da bobina) causará um aumento / diminuição momentâneo nessa corrente. Isso será visto ao longo dos trilhos de força até a bobina.

Assim, a bobina é energizada e apenas fica lá, cuidando de seus próprios negócios. Então, a placa aparece e se move rapidamente para a bobina devido a forças magnéticas. Isso causa uma modulação na corrente tomada pela bobina, MAS, principalmente, nenhum pico de tensão, porque a bobina é energizada com uma fonte de tensão através de um transistor ou interruptor.

Se você puxar a placa, haverá outro pulso de corrente, mas pelos motivos acima, não haverá um pico de tensão.

Em seguida, você abre o circuito da bobina e imediatamente seu diodo de retorno pega a contra-fem - a placa que está sendo destacada neste momento piorará as coisas - não!

Um relé precisa de uma forma especial de proteção de bobina que não seja um diodo flyback - não!