- Potrebni materiali
- Kaj je elektromagnet in kako deluje?
- Shema vezja
- Delovanje vezja elektromagnetnega pogona
Solenoidi so zelo pogosti pogoni v mnogih sistemih za avtomatizacijo procesov. Obstaja veliko vrst elektromagneta, na primer obstajajo elektromagnetni ventili, s katerimi lahko odpiramo ali zapiramo vodovodne ali plinovodne cevi, obstajajo pa elektromagnetni bati, ki se uporabljajo za linearno gibanje. Eden zelo pogostih načinov uporabe solenoida, na katerega bi naletela večina od nas, je zvonec na vrata. Zvonec vrat ima v notranjosti elektromagnetno tuljavo bata, ki bo ob napajanju z izmeničnim virom premaknila majhno palico gor in dol. Ta palica bo udarila po kovinskih ploščah, nameščenih na obeh straneh elektromagneta, da bo ustvarila pomirjujoč zvok zvonca.
Čeprav je na voljo veliko vrst magnetnih mehanizmov, najosnovnejša stvar ostaja enaka. To pomeni, da ima tuljavo, navito nad kovinskim (prevodnim) materialom. Ko je tuljava pod napetostjo, je ta prevodni material podvržen določenemu mehanskemu gibanju, ki se nato, ko je brez napetosti, obrne skozi vzmet ali drug mehanizem. Ker elektromagnet vključuje tuljavo, pogosto porabijo veliko toka, zaradi česar je potrebno imeti neko vrsto gonilnega vezja, ki ga upravlja. V tej vadnici bomo izvedeli, kako zgraditi gonilniško vezje za krmiljenje elektromagnetnega ventila.
Potrebni materiali
- Elektromagnetni ventil
- 12V adapter
- 7805 IC regulatorja
- IRF540N MOSFET
- Dioda IN4007
- 0,1uf Kapaciteta
- Upori 1k in 10k
- Priključne žice
- Breadboard
Kaj je elektromagnet in kako deluje?
Elektromagnet je naprava, ki električno energijo pretvarja v mehansko. Ima tuljavo, navito nad prevodnim materialom, ki deluje kot elektromagnet. Prednost elektromagneta pred naravnim magnetom je v tem, da ga lahko po potrebi vklopite ali izklopite z napajanjem tuljave. Torej, ko je tuljava pod napetostjo, ima po faradejevem zakonu tokovni vodnik okrog sebe magnetno polje, ker je vodnik tuljava, je magnetno polje dovolj močno, da magnetizira material in ustvari linearno gibanje.
Med tem postopkom tuljava črpa veliko količino toka in povzroča tudi problem s histerezo, zato magnetne tuljave ni mogoče voditi neposredno prek logičnega vezja. Tu uporabljamo 12V magnetni ventil, ki se običajno uporablja za nadzor pretoka tekočin. Elektromagnet črpa neprekinjen tok 700 mA, ko je pod napetostjo, in vrh skoraj 1,2 A, zato moramo te stvari upoštevati pri načrtovanju gonilnega vezja za ta magnetni ventil.
Shema vezja
Popoln diagram vezja za elektromagnetni pogon je prikazan na spodnji sliki. Ko si bomo ogledali celotno vezje, bomo razumeli, zakaj je zasnovan tako.
Kot lahko vidite, je vezje zelo enostavno in enostavno izdelati, zato ga lahko preizkusimo z majhno povezavo. Elektromagnet lahko preprosto vklopite tako, da prek njegovih sponk vklopite 12 V in ga izklopite. Za nadzor tega postopka vklopa in izklopa z uporabo digitalnega vezja potrebujemo preklopno napravo, kot je MOSFET, in je zato pomembna komponenta tega vezja. Sledijo parametri, ki jih morate preveriti med izbiro MOSFET-a.
Napetost mejne napetosti izhoda V GS (th): to je napetost, ki jo je treba vklopiti v MOSFET. Tu je mejna vrednost napetosti 4V in napajamo napetost 5V, kar je več kot dovolj za popoln vklop MOSFET-a
Neprekinjen odtočni tok: neprekinjeni odtočni tok je največji tok, ki mu je dovoljeno teči skozi vezje. Tu naš elektromagnet porabi največji maksimalni tok 1,2A, nazivna vrednost našega MOSFET-a pa je 10A pri 5V Vgs. Tako smo s sedanjo oceno MOSFET-a več kot varni. Vedno je priporočljivo imeti zgornjo mejno razliko med dejansko vrednostjo in nazivno vrednostjo toka.
Odpornost proti odtoku na izvornem stanju : Ko je MOSFET v celoti vklopljen, ima nekaj odpornosti med odtokom in izvornim zatičem, ta upor se imenuje kot pri odpornosti države. Vrednost tega bi morala biti čim nižja, sicer pride do velikega padca napetosti (zakon ohmov) na zatičih, kar povzroči nezadostno napetost, da bi se elektromagnet vklopil. Vrednost odpornosti pri stanju tukaj je le 0,077Ω.
Če načrtujete vezje za katero drugo aplikacijo magnetnega ventila, si lahko ogledate podatkovni list vašega MOSFET-a. Za pretvorbo 12V vhodnega napajanja v 5V se uporablja IC 7805 Linear Regulator, ta napetost se nato pritisne na vhodni zatič MOSFET-a, ko pritisnete stikalo s tokom, ki omejuje upor 1K. Ko stikala ni pritisnjeno, se zatič vrat potegne na tla skozi 10k upor. Tako ostane MOSFET izklopljen, ko stikalo ni pritisnjeno. Na koncu je v vzporedni smeri dodana dioda, ki preprečuje izpust elektromagnetne tuljave v napajalni tokokrog.
Delovanje vezja elektromagnetnega pogona
Zdaj, ko smo razumeli, kako deluje vezje gonilnika, lahko preizkusimo vezje, tako da ga sestavimo na plošči kruha. Za napajanje sem uporabil 12V adapter in moja nastavitev strojne opreme je po zaključku videti nekako tako.
Ko pritisnete stikalo vmes, je na MOSFET dobavljeno napajanje + 5V in ta vklopi elektromagnet. Ko stikalo ponovno pritisnete, odklopi napajanje + 5V na MOSFET in elektromagnet se vrne v izklopljeno stanje. Vklop in izklop elektromagnetnega polja lahko opazimo s klikom, ki ga odda, toda, da je nekoliko bolj zanimiv, sem magnetni ventil priključil na vodovodno cev. Privzeto, ko je magnetni ventil izklopljen, je vrednost zaprta in zato voda ne pride ven skozi drugi konec. Potem, ko se vklopi elektromagnet, se vrednost odpre in voda odteče ven. Delo si lahko predstavite v spodnjem videu.
Upam, da ste projekt razumeli in ste ga uživali, če ste naleteli na kakršne koli težave, jih lahko objavite v oddelku za komentarje ali uporabite forum za tehnično pomoč.