Obwód sterownika elektromagnesu

Solenoidy to bardzo powszechnie stosowane elementy wykonawcze w wielu systemach automatyzacji procesów. Istnieje wiele typów elektrozaworów, na przykład zawory elektromagnetyczne, które mogą być używane do otwierania lub zamykania przewodów rurowych z wodą lub gazem, oraz nurniki elektromagnetyczne, które są używane do wytwarzania ruchu liniowego. Jednym z bardzo powszechnych zastosowań solenoidu, z którym większość z nas by się spotkała, jest dzwonek do drzwi. Dzwonek do drzwi ma wewnątrz cewkę elektromagnetyczną typu trzpieniowego, która po zasileniu ze źródła prądu przemiennego przesunie mały pręt w górę iw dół. Ten pręt uderzy w metalowe płytki umieszczone po obu stronach solenoidu, aby wytworzyć kojący dźwięk ding dong.

Chociaż dostępnych jest wiele typów mechanizmów elektromagnetycznych, najbardziej podstawowa pozostaje ta sama. Oznacza to, że ma cewkę nawiniętą na metalowy (przewodzący) materiał. Gdy cewka jest zasilana energią, ten materiał przewodzący jest poddawany pewnym mechanicznym ruchom, który jest następnie odwracany przez sprężynę lub inny mechanizm po odłączeniu zasilania. Ponieważ solenoid składa się z cewki, często pobiera dużą ilość prądu, co powoduje, że do jego obsługi konieczne jest posiadanie pewnego rodzaju obwodu sterującego. W tym samouczku nauczymy się, jak zbudować obwód sterownika do sterowania zaworem elektromagnetycznym.

Wymagane materiały

• Zawór elektromagnetyczny
• Adapter 12V
• 7805 Regulator IC
• MOSFET IRF540N
• Dioda IN4007
• 0.1 uf Pojemny
• Rezystory 1k i 10k
• Przewody łączące
• Płytka prototypowa

Co to jest solenoid i jak działa?

Solenoid to urządzenie, które przekształca energię elektryczną w energię mechaniczną. Ma cewkę nawiniętą na przewodzącym materiale, ta konfiguracja działa jak elektromagnes. Zaletą elektromagnesu nad magnesem naturalnym jest to, że można go włączać i wyłączać, gdy jest to wymagane, poprzez zasilanie cewki. Tak więc, gdy cewka jest zasilana energią, wówczas zgodnie z prawem Faradaya, przewodnik przewodzący prąd ma wokół siebie pole magnetyczne, ponieważ przewodnik jest cewką, pole magnetyczne jest wystarczająco silne, aby namagnesować materiał i wywołać ruch liniowy.

Podczas tego procesu cewka pobiera dużą ilość prądu i również powoduje problem z histerezą, dlatego nie jest możliwe sterowanie cewką elektromagnesu bezpośrednio przez obwód logiczny. Tutaj używamy elektrozaworu 12V, który jest powszechnie używany do kontrolowania przepływu cieczy. Elektrozawór pobiera ciągły prąd o wartości 700 mA, gdy jest zasilany i wartość szczytową prawie 1,2 A, więc musimy wziąć to pod uwagę podczas projektowania obwodu sterownika dla tego konkretnego zaworu elektromagnetycznego.

Schemat obwodu

Pełny schemat obwodu dla obwodu sterownika elektromagnesu pokazano na poniższym obrazku. Po obejrzeniu całego obwodu zrozumiemy, dlaczego jest tak zaprojektowany.

Jak widać obwód jest bardzo prosty i łatwy do zbudowania, dlatego możemy go przetestować za pomocą małego złącza płytki prototypowej. Elektrozawór można po prostu włączyć, podając napięcie 12 V na jego zaciskach i wyłączyć, wyłączając go. Aby kontrolować ten proces włączania i wyłączania za pomocą obwodu cyfrowego, potrzebujemy urządzenia przełączającego, takiego jak MOSFET, a zatem jest to ważny element tego obwodu. Poniżej znajdują się parametry, które musisz sprawdzić przy wyborze MOSFET.

Napięcie progowe źródła bramki V _{GS (th)}: Jest to napięcie, które musi być dostarczone do tranzystora MOSFET, aby go włączyć. Tutaj wartość napięcia progowego wynosi 4V i podajemy napięcie 5V co jest więcej niż wystarczające, aby całkowicie włączyć MOSFET

Ciągły prąd drenu : Ciągły prąd drenu to maksymalny prąd, jaki może przepływać przez obwód. Tutaj nasz elektromagnes pobiera maksymalny prąd szczytowy 1,2 A, a wartość znamionowa naszego MOSFET to 10 A przy 5 V Vgs. Jesteśmy więc bardziej niż bezpieczni dzięki aktualnej ocenie MOSFET. Zawsze zaleca się, aby mieć jakąś górną różnicę graniczną między wartością rzeczywistą a wartością znamionową prądu.

Rezystancja w stanie włączenia dren-źródło: Gdy tranzystor MOSFET jest w pełni włączony, ma pewną rezystancję między stykami drenu i źródła, ta rezystancja jest nazywana rezystancją stanu włączenia. Wartość tego powinna być jak najmniejsza, w przeciwnym razie wystąpi ogromny spadek napięcia (prawo omów) na pinach, co spowoduje niewystarczające napięcie do włączenia elektromagnesu. Wartość rezystancji w stanie włączenia wynosi tutaj tylko 0,077 Ω.

Możesz spojrzeć na arkusz danych swojego MOSFET, jeśli projektujesz obwód dla innej aplikacji solenoidu. Układ scalony regulatora liniowego 7805 jest używany do konwersji napięcia wejściowego 12 V na 5 V, napięcie to jest następnie podawane na styk bramki tranzystora MOSFET, gdy przełącznik jest naciskany przez rezystor ograniczający prąd 1K. Gdy przełącznik nie jest wciśnięty, kołek bramki jest ściągany do masy przez rezystor 10k. Dzięki temu MOSFET pozostaje wyłączony, gdy przełącznik nie jest wciśnięty. Na koniec dodaje się diodę w kierunku przeciwrównoległym, aby zapobiec rozładowaniu cewki elektromagnesu do obwodu mocy.

Działanie obwodu sterownika elektromagnesu

Teraz, gdy zrozumieliśmy, jak działa obwód sterownika, przetestuj obwód, budując go na płytce chlebowej. Użyłem adaptera 12 V do zasilania i moja konfiguracja sprzętu wygląda mniej więcej tak po zakończeniu.

Po naciśnięciu przełącznika pomiędzy, zasilanie + 5V jest dostarczane do MOSFET i włącza elektromagnes. Ponowne naciśnięcie wyłącznika odłącza zasilanie + 5V od MOSFET i elektromagnes powraca do stanu wyłączenia. Włączanie i wyłączanie elektrozaworu można zauważyć po wydawanym przez niego odgłosie klikania, ale żeby było trochę ciekawiej podłączyłem elektrozawór do fajki wodnej. Domyślnie, gdy elektromagnes jest wyłączony, wartość jest zamknięta, a zatem woda nie wypływa z drugiego końca. Następnie, gdy elektromagnes jest włączony, wartość otwiera się i woda wypływa. Pracę można zobaczyć na poniższym filmie.

Mam nadzieję, że zrozumiałeś projekt i cieszyłeś się jego budowaniem. Jeśli napotkałeś jakiś problem, możesz go opublikować w sekcji komentarzy lub skorzystać z forum, aby uzyskać pomoc techniczną.