Krug elektromagnetskog pogona

Solenoidi su vrlo često korišteni aktuatori u mnogim sustavima automatizacije procesa. Postoje mnoge vrste solenoida, na primjer postoje elektromagnetski ventili koji se mogu koristiti za otvaranje ili zatvaranje vodovodnih ili plinovodnih cijevi, a postoje i elektromagnetski klipovi koji se koriste za stvaranje linearnog gibanja. Jedna vrlo česta primjena solenoida na koju bi većina nas naišla je zvono na vratima ding-dong. Zvono na vratima ima u sebi magnetnu zavojnicu klipnog tipa, koja će se pod naponom iz izvora izmjenične struje pomicati malu šipku gore-dolje. Ova će šipka udariti u metalne ploče smještene s obje strane solenoida kako bi proizvela umirujući zvuk ding dong-a.

Iako postoji mnogo vrsta elektromagnetskih mehanizama, najosnovnije ostaje isto. Odnosno, ima zavojnicu namotanu preko metalnog (vodljivog) materijala. Kada je zavojnica pod naponom, ovaj je provodni materijal podvrgnut nekom mehaničkom pokretu koji se zatim okreće kroz oprugu ili drugi mehanizam kada se isključi. Budući da solenoid uključuje zavojnicu, oni često troše veliku količinu struje zbog čega je obavezno imati neku vrstu upravljačkog kruga za upravljanje. U ovom uputstvu naučit ćemo kako izraditi upravljački krug za upravljanje elektromagnetskim ventilom.

Potrebni materijali

• Elektromagnetski ventil
• 12V adapter
• 7805 IC regulatora
• IRF540N MOSFET
• Dioda IN4007
• 0.1uf Kapacitet
• Otpornici 1k i 10k
• Spajanje žica
• Breadboard

Što je Solenoid i kako djeluje?

Solenoid je uređaj koji pretvara električnu energiju u mehaničku. Ima zavojnicu namotanu na vodljivi materijal, ova postavka djeluje kao elektromagnet. Prednost elektromagneta u odnosu na prirodni magnet je u tome što ga je moguće uključiti ili isključiti po potrebi napajanjem zavojnice. Prema tome, kad je zavojnica pod naponom, prema faradejevom zakonu strujni vodič ima magnetsko polje oko sebe, budući da je vodič svitak, magnetsko polje je dovoljno jako da magnetizira materijal i stvori linearno gibanje.

Tijekom ovog postupka zavojnica vuče veliku količinu struje i također stvara problem histereze, stoga nije moguće izravno pokretati magnetnu zavojnicu putem logičkog kruga. Ovdje koristimo elektromagnetski ventil od 12 V koji se obično koristi za kontrolu protoka tekućina. Solenoid povlači neprekidnu struju od 700 mA kada je pod naponom i maksimum od gotovo 1,2 A, tako da moramo uzeti u obzir te stvari tijekom dizajniranja pogonskog kruga za ovaj određeni elektromagnetski ventil.

Kružni dijagram

Kompletna shema kruga elektromagnetskog sklopa vozača prikazana je na donjoj slici. Shvatit ćemo zašto je tako dizajniran, nakon što pogledamo cijeli sklop.

Kao što vidite, sklop je vrlo jednostavan i lagan za izradu, stoga ga možemo testirati pomoću male ploče. Solenoid se jednostavno može uključiti napajanjem 12V preko njegovih terminala i isključiti ga isključivanjem. Za upravljanje ovim postupkom uključivanja i isključivanja pomoću digitalnog kruga potreban nam je sklopni uređaj poput MOSFET-a, pa je on važna komponenta u ovom krugu. Slijede parametri koje morate provjeriti dok odabirete MOSFET.

Prag napona izvora ulaznog signala V _{GS (th)}: Ovo je napon koji se mora napajati MOSFET-om da bi se uključio. Ovdje je granična vrijednost napona 4V, a mi isporučujemo napon od 5V što je više nego dovoljno za potpuno uključivanje MOSFET-a

Kontinuirana odvodna struja: kontinuirana odvodna struja je maksimalna struja kojoj se može dopustiti da teče kroz krug. Ovdje naš solenoid troši maksimalnu vršnu struju od 1,2A, a naziv našeg MOSFET-a je 10A pri 5V Vgs. Dakle, više smo nego sigurni s trenutnom ocjenom MOSFET-a. Uvijek se preporuča neka gornja granična razlika između stvarne vrijednosti i nazivne vrijednosti struje.

Otpor prema izvoru odvodnog izvora: Kada je MOSFET potpuno uključen, on ima određeni otpor između odvodnog i izvornog pina, taj otpor naziva se otporom stanja. Vrijednost toga trebala bi biti što je moguće manja jer će doći do ogromnog pada napona (zakon ohma) na pinovima što rezultira nedovoljnim naponom za uključivanje solenoida. Vrijednost otpora u stanju rada ovdje je samo 0,077Ω.

U tablicu podataka vašeg MOSFET-a možete pogledati ako dizajnirate sklop za neku drugu elektromagnetsku aplikaciju. 7805 IC linearnog regulatora koristi se za pretvaranje 12V ulaznog napajanja u 5V, a taj napon se zatim daje zapornom kabelu MOSFET-a kada se pritisne prekidač kroz 1K ograničavajući strujni otpor. Kada se prekidač ne pritisne, zatik se vuče prema dolje kroz tlo kroz 10k otpornik. To zadržava MOSFET isključen kad prekidač nije pritisnut. Na kraju se dodaje dioda u paralelnom smjeru kako bi se spriječilo pražnjenje zavojnice solenoida u strujni krug.

Rad kruga elektromagnetskog pogona

Sad kad smo shvatili kako upravljački sklop funkcionira, dopustimo testiranje sklopa gradeći ga na ploči za kruh. Koristio sam adapter od 12 V za napajanje i moje postavljanje hardvera izgleda otprilike ovako nakon završetka.

Kada se pritisne prekidač između, opskrba + 5 V daje se MOSFET-u i on uključuje solenoid. Kad se prekidač ponovno pritisne, on odvaja napajanje + 5 V na MOSFET i solenoid se vraća u isključeno stanje. Uključivanje i isključivanje solenoida može se primijetiti po zvuku klika koji je stvorio, ali kako bih bio malo zanimljiviji, spojio sam magnetni ventil na vodovodnu cijev. Prema zadanim postavkama kada je solenoid isključen, vrijednost je zatvorena i stoga voda ne izlazi preko drugog kraja. Tada se nakon uključivanja solenoida vrijednost otvori i voda istječe. Rad se može vizualizirati u videu ispod.

Nadam se da ste razumjeli projekt i uživali u njegovoj izradi, ako ste se suočili s bilo kojim problemom, slobodno ih objavite u odjeljku za komentare ili koristite forum za tehničku pomoć.