Вопросы о силе соленоида

[moi]

Всем привет! В моем проекте на соленоид подается разное напряжение под управлением компьютера через специальный запрограммированный чип и усиливающий транзистор. Когда соленоид активируется, его якорь в виде штыря осуществляет толчок разной силы.

Мне нужно сейчас обеспечить плавную градацию этой силы в зависимости того тока, который выдает транзистор (которым я управляю по итогу с компьютера). А также выяснить максимально возможную значения силы (достичь ее). В связи с этим есть вопросы, т.к. я не супер-спец в электронике. Схема вот такая:

1) Сила толчка у соленоида определяется именно значением тока в его обмотке, верно? А влияет ли скорость возникновения этого тока? Потому что я могу рулить этой скоростью программно. Но мне кажется, что со скоростью играться не надо. Ведь при нарастании тока, как только он достигнет достаточного порога, чтобы якорь втянулся в катушку, то произойдет толчок. А дальнейший рост тока не окажет уже влияние на силу толчка. Верно рассуждаю?

2) Как выяснить максимальный ток, который выдержит соленоид? На нем маркировки нет. Но его сделал контора, которая запитывает более сложную схему из таких же 80+ соленоидов от БП на 40V 12А.

Сейчас я запитываю свой единичный соленоид от БП на 12V и 2А. Но хотелось бы увеличить максимальный ток, подаваемый на него->увеличить силу толчка. Плюс, если я подниму верхний диапазон тока, то надеюсь получить более частую градацию силы (динамический диапазон, от слабого удара до самого сильного). Можно ли подать на единичный соленоид 12А?

3) Сейчас мой усиливающий транзистор – это микросхема ULN2803A с максимальным непрерывным коллекторным током = 500mA. Я правильно понимаю, что при питании соленоида от 12А, данная микросхема сгорит? Чем бы ее заменить помощнее? Каким транзисторным элементом?

 

 

[Реклама]

Реклама: ООО ТД Промэлектроника, ИНН: 6659197470, Тел: 8 (800) 1000-321

[Dmitriy Parfenov]

1) Прикидывая "кер-палец-потолок" - да, всё именно так. Электрический ток создаёт в катушке магнитное поле, которое воздействует на якорь и "толкает" его. Больше ток -> сильнее магнитное поле -> выше скорость соленоида. А "сила" = масса*скорость. По поводу скорости нарастания - если она медленная, то сначала якорь вообще не движется из-за трения со стенками катушки. Поднимать скорость движения можно всегда, вплоть до состояния что его начнёт разрывать когда "носовая" часть ускоряется слишком быстро относительно "хвостовой", тут вам никто ничего запретить не может.

2) Максимальный ток - в паспорте  ну или экспериментально. Так-то максимальные значения это обычно "максимальный длительный рабочий", т.е. десяток -другой запусков подряд не должен привести к разрушению катушки. Вполне вероятно что она выдержит вдвое больший ток, но потом её нужно минуту остужать. Просто такие режимы работы вам производитель не гарантирует.

3) Советую ещё раз перечитать что такое напряжение, а что такое ток, чтобы не писать 

45 минут назад, moi сказал:

при питании соленоида от 12А,

не поймут-с!

Питается схема от напряжения. На нагрузку подаётся ток. Всякие промежуточные элементы (микросхема в данном случае) могут как ограничить это потребление (своими внутренними цепями), так и пропустить всё "как есть". 

Читайте что такое "применение транзистора для увеличения тока". У вашей микросхемы ток мизерный для вашей задачи. Любой популярный "народный" N-канальный мосфет будет намного эффективнее. 

[Реклама]

20% скидка на весь каталог электронных компонентов в ТМ Электроникс!

Акция "Лето ближе - цены ниже", успей сделать выгодные покупки!

Плюс весь апрель действует скидка 10% по промокоду APREL24 + 15% кэшбэк и бесплатная доставка!

Перейти на страницу акции

Реклама: ООО ТМ ЭЛЕКТРОНИКС, ИНН: 7806548420, info@tmelectronics.ru, +7(812)4094849

[moi]

1 час назад, Dmitriy Parfenov сказал:

Читайте что такое "применение транзистора для увеличения тока". У вашей микросхемы ток мизерный для вашей задачи. Любой популярный "народный" N-канальный мосфет будет намного эффективнее. 

Так у меня применен транзистор (матрица из транзисторов Дарлингтона). Соленоид работает от блока питания 12V 2А, а не от "мизерного тока микросхемы". Микросхема принимает управляющее (слабое) напряжение и варьирует ток сток-исток, поступающий, в свою очередь, уже на соленоид. Вопрос был в том, что если я стану использовать БП на 12А, заводя его на клеммы G и COM, то не сгорит ли микросхема? А если сгорит, то чем заменить? "Народным" мосфетом? 

Изменено 16 февраля пользователем moi

[Реклама]

Выбираем схему BMS для корректной работы литий-железофосфатных (LiFePO4) аккумуляторов

 Обязательным условием долгой и стабильной работы Li-FePO4-аккумуляторов, в том числе и производства EVE Energy, является применение специализированных BMS-микросхем. Литий-железофосфатные АКБ отличаются такими характеристиками, как высокая многократность циклов заряда-разряда, безопасность, возможность быстрой зарядки, устойчивость к буферному режиму работы и приемлемая стоимость. Но для этих АКБ, также как и для других, очень важен контроль процесса заряда и разряда, а специализированных микросхем для этого вида аккумуляторов не так много. Инженеры КОМПЭЛ подготовили список имеющихся микросхем и возможных решений от разных производителей. Подробнее>>

Реклама: АО КОМПЭЛ, ИНН: 7713005406, ОГРН: 1027700032161

[Просто зашёл]

4 часа назад, moi сказал:

Схема вот такая:

Ваша схема с подключение нарисована не корректно… корректней выглядела бы так:

Спойлер

Следующий момент по силе тока… сила тока зависит (согласно закону Ома) от напряжения и сопротивления (I = U/R). В Вашем случае с соленоидом, то есть сопротивление соленоида неизменно и чтобы повысить ток в цепи соленоида необходимо повысить напряжение до необходимой вылечены (в разумных пределах ).

Вам для чего узнавать максимальный ток который может выдержать Ваш соленоид? Вам необходимо только знать величину напряжения (из описания на соленоид) на которое рассчитан данный соленоид. Что касается выяснение потребления его тока, то поступают просто, подают необходимое напряжение через амперметр на соленоид и смотрят по прибору, кокой ток он потребляет. Из измеренного значения делается вывод, подходит тот или иной элемент для коммутации или питания данного соленоида или нет.

Вы написали, что где-то в заводских условиях такой соленоид питается напряжением 40 В.

Цитата

Но его сделал контора, которая запитывает более сложную схему из таких же 80+ соленоидов от БП на 40V 12А.

Тогда возникает вопрос: из каких соображений Вы хотите подавать на него 12 В? Или я Вас не правильно понял? Напишите какое напряжение питания этого соленоида по паспорту.

 

Что касается БП с большим максимальным рабочим током, то от того, что БП довольно мощный по току, сила тока в цепи питания соленоида не изменится и тем более сгореть соленоид не сможет. Вот если БП будет маломощный, не достаточного для питания Вашего соленоида, то сгорит может только сам БП от перегрузки, но а соленоиду от этого хуже не станет.  

[moi]

10 часов назад, Просто зашёл сказал:

Ваша схема с подключение нарисована не корректно… корректней выглядела бы так:

Да, моя ошибка. Глянул не на ту шину своей платы. Соленоид запитан от плюса БП,

10 часов назад, Просто зашёл сказал:

Вам для чего узнавать максимальный ток который может выдержать Ваш соленоид?

Для того, чтобы подать этот самый максимальный, но безопасный ток и получить от соленоида максимально быстрое перемещения якоря -> макс.силу его толчка.

10 часов назад, Просто зашёл сказал:

Тогда возникает вопрос: из каких соображений Вы хотите подавать на него 12 В?

Потому что у меня сейчас под рукой есть только такой БП.

10 часов назад, Просто зашёл сказал:

Напишите какое напряжение питания этого соленоида по паспорту.

К сожалению, у него нет ни паспорта, ни маркировки. Я использую соленоид из сложной системы одного производителя, которая ставится на пианино для автоматической игры. Соленоиды жмут на клавиши. Вот картинка "ремонтного набора" с сайта производителя. Там я обвел соленоид, которые мне достался. Показан так же БП, который у них питает по схожей схеме 88 соленоидов (на каждую клавишу).

Эта вся инфа, что у меня есть. Плюс один фортепианный мастер по таким системам подсказал мне, что на шине питания соленоидов, оказывается, стоит предохранитель 7А.

Я правильно рассуждаю, что если измерю сопротивление соленоида и умножу на эти 7А, то получу маск.напряжение. И это будут те параметры БП по напряжению и току, которые можно безопасно подавать в мою систему? Главное чтобы усиливающий "транзистор" выдержал.

Изменено 17 февраля пользователем moi

[Просто зашёл]

2 часа назад, moi сказал:

Там я обвел соленоид, которые мне достался. Показан так же БП, который у них питает по схожей схеме 88 соленоидов (на каждую клавишу).

Раз для данных соленоидов фирмачи продают БП на 40 В, значит Ваш соленоид рассчитан на напряжение питания 40 В. То есть соленоид необходимо питать напряжением 40 В и не как не 12 В, как Вы себе придумали. Вы конечно можете подать на данный соленоид 12 В, но как положено работать он от этого не станет. Купите БП именно с выходным напряжением 40 В. Что касается потребляемого тока соленоидом… я уже писал как можно узнать потребляемый ток соленоидом, но похоже Вас это не устраивает. Хорошо, можно примерно логически приблизительно определить потребляемый ток одного соленоида из Ваших приведённых данных. Если предположить, что 88 шт. соленоидов потребляют не выше 7 А, то значит один соленоид потребляет не больше 80 мА (7000/88 = 79,5 мА). А значит Вам необходимо купить БП с выходным напряжением 40 В и током не ниже 100 мА (больше можно). Если БП на 40 В найти не получится, то можно купить повышающий преобразователь к вашему БП 12 В... к примеру такой:

DC/DC

2 часа назад, moi сказал:

Я правильно рассуждаю, что если

Нет. 

Изменено 17 февраля пользователем Просто зашёл

[moi]

7 часов назад, Просто зашёл сказал:

А, то значит один соленоид потребляет не больше 80 мА (7000/88 = 79,5 мА).

Запитал соленоид от БП 12В 2А через амперметра. Он показал 0.85А.
Замерил еще сопротивление соленоида, получилось 13.1 Ом. По закону Ома эти значения примерно сходятся. Но ведь все это опять-таки ничего не говорит о макс.токе для соленоида, верно?

Но если учесть, что заводской БП на 40В, то он запускает в соленоиде ток = 40В/13Ом=3А. Получается, что это верхняя граница по току для данного соленоида?

Изменено 17 февраля пользователем moi

[v1ct0r]

17 минут назад, moi сказал:

Получается, что это верхняя граница по току для данного соленоида?

@moi я вам уже писал на другом форуме

Цитата

 для того чтобы выяснить максимальный ток, нужно как минимум знать диаметр провода, которым он намотан

или вы думаете, что на этом форуме экстрасенсы обитают, в отличие от того?

нет здесь такие же точно "нормальные" люди  

 

[Просто зашёл]

3 часа назад, moi сказал:

Запитал соленоид от БП 12В 2А через амперметра. Он показал 0.85А.
Замерил еще сопротивление соленоида, получилось 13.1 Ом.

У меня сложилось впечатление, что какая-то информация не соответствует действительности (характеристики БП??? 88 соленоидов???). Дайте ссылку на сайт с информацией по БП и соленоиду. Откуда была взята информация по характеристике БП (40V/12A)? На картинке есть ещё другой БП (поменьше, в пакете #3350-00015), он тоже на 40 В?

 

При подаче 12 В на соленоид, он вообще срабатывает? Если его оставить под напряжением длительное время (скажем на 30 мин.) под контролем, насколько он разогревается? И вообще, что Вас не устраивает в его работе при напряжении питания 12 В? У Вас есть регулируемый по напряжению БП (или у ваших знакомых)? 

Изменено 18 февраля пользователем Просто зашёл

[Умклайдет]

13 часов назад, Просто зашёл сказал:

Если предположить, что 88 шт. соленоидов потребляют не выше 7 А, то значит один соленоид потребляет не больше 80 мА (7000/88 = 79,5 мА).

Это пианина. И капиталисты. А у человека 10 пальцев.

Соленоид не будет работать плавно. Кто хочет плавно- гидравлика в помощь. И время открытия клапана (частоту дискретизации подбирать эксперементально) регулирует плавность и скорость хода. По крайней мере так проще регулировать, чем меняя давление.

ПС. И такой соленоид будет под три ампера жрать на 40 вольтах.

Не двумя же пальцами (соленоидами)играет автомат.

Точно, где то закралась ошибка

[Просто зашёл]

1 час назад, Умклайдет сказал:

Соленоид не будет работать плавно.

Я где что-то писал про работу соленоида плавно? Речь шла о потребляемом токе соленоидом... вернее попытка косвенно определить его потребляемый ток. 

[Dr. West]

Ну, во первых, пианино - не оргАн, пианист не держит палец на клавише по полминуты. А кратковременную перегрузку по току вполне можно и допустить.
Во вторых, насколько знаю, сила и скорость нажатия на клавиши инструмента имеют значение. А значит, исходное устройство также повторяет этот алгоритм и регулирует ток через соленоид. Возможно, ШИМом.
Поэтому параметры блока питания и сопротивление соленоида можно рассматривать лишь для ориентировки и не стоит брать за аксиому, что соленоид рассчитан на длительный ток в 3 ампера. 

Изменено 18 февраля пользователем Dr. West

[Просто зашёл]

Всё верно… при отсутствии реальных характеристик соленоида, узнать их можно лишь при практических тестах используя БП с регулируемым выходным напряжением… а то так можно долго рассуждать, предполагая разные варианты. 

Изменено 18 февраля пользователем Просто зашёл

[Умклайдет]

2 часа назад, Просто зашёл сказал:

Я где что-то писал про работу соленоида плавно?

Вы , мнится мне,  невнимательны. ТС писал :

 

В 17.02.2024 в 00:29, moi сказал:

Мне нужно сейчас обеспечить плавную градацию этой силы в зависимости того тока, который выдает транзистор (которым я управляю по итогу с компьютера)

 

ТС хочет использовать эти соленоиды в своей конструкции.  Мне думается, это техническое решение не подойдет. Хотя  могу ошибаться. Устройство и его назначение нам не описали.

[Просто зашёл]

47 минут назад, Умклайдет сказал:

Вы , мнится мне,  невнимательны. ТС писал :

Да, бываю порой невнимательный, но зачем цитируя меня Вы отвечаете ТС? 

 

ЗЫ. Что касается силы нажатия штока соленоида, ИМХО то ТС в принципе подошёл к вопросу теоретически верно… сила тока соленоида будет влиять на силу нажатия штоком, так как и сила тока влияет на силу магнитного поле. Но вот схематическое решение выбрано неправильно…

Изменено 18 февраля пользователем Просто зашёл

[Умклайдет]

19 минут назад, Просто зашёл сказал:

сила тока соленоида будет влиять на силу нажатия штоком,

Будет, но у каждого соленоида по- своему. Зависит от положения якоря, зазоров и тд.

Даже начало движения будет отличаться, как отличается гистерезис реле одной партии.

Армейское единообразие отсутствует))

В импульсном режиме, подбирая настройки каждого канала, наверно да. А тут ещё индуктивность нападёт. Ой, не знаю!

[IMXO]

10 часов назад, moi сказал:

Замерил еще сопротивление соленоида, получилось 13.1 Ом.

В 16.02.2024 в 23:29, moi сказал:

Можно ли подать на единичный соленоид 12А?

можно ли есть грибы? да можно , но некоторые один раз...
с подачей 12А примерно та же история... не говоря уже о том что потребуется источник питания на 170В 2000Вт...

 

В 16.02.2024 в 23:29, moi сказал:

1) Сила толчка у соленоида определяется именно значением тока в его обмотке, верно? А влияет ли скорость возникновения этого тока? Потому что я могу рулить этой скоростью программно. Но мне кажется, что со скоростью играться не надо. Ведь при нарастании тока, как только он достигнет достаточного порога, чтобы якорь втянулся в катушку, то произойдет толчок. А дальнейший рост тока не окажет уже влияние на силу толчка. Верно рассуждаю?

2) Как выяснить максимальный ток, который выдержит соленоид? На нем маркировки нет. Но его сделал контора, которая запитывает более сложную схему из таких же 80+ соленоидов от БП на 40V 12А.

Вы наверно не совсем понимаете как  работает соленоид...  У любого соленоида есть такой параметр как Т_0,9 - время  за которое соленоид разовьет 90% номинального усилия при подаче номинального напряжения , по сути скорость включения соленоида. И параметр Т_0,15 - время за которое на соленоиде остановится 15% номинального усилия при снятии напряжения, по сути время выключения соленоида. 
Упрощенно Т_0,9 состоит из двух частей: первая время увеличения тока от нуля до 0,63 номинала зависящая от постоянной RL-цепи катушки соленоида (формулы зависимости тока можете посмотреть здесь https://de.ifmo.ru/--books/electrotech/tp/tp_2.htm)
и вторая механическая.
Т_0,15 учитывает только механическую составляющую , тк предполагается что постоянная RL-цепи  бесконечно мала из-за бесконечно большого сопротивления разомкнутого  ключа.
(установка диода параллельно катушки соленоида защищает от выхода из строя транзисторный ключ из-за ЭДС-самоиндукции катушки, но увеличивает в разы время выключения соленоида)
Уменьшить Т0,9 можно кратковременной подачей напряжения в 3..5 раз больше номинального напряжения, с последующим переключением на номинальное напряжение. 
Или подачей повышенного напряжения с последующей регулировкой при помощи ШИМ-регулирования. что собственно во втором пункте вашего вопроса и сделано.

Изменено 18 февраля пользователем IMXO

[Bobius]

В 17.02.2024 в 04:24, Dmitriy Parfenov сказал:

"сила" = масса*скорость

Альтернативная физика?

[moi]

11 часов назад, Просто зашёл сказал:

Дайте ссылку на сайт с информацией по БП и соленоиду. Откуда была взята информация по характеристике БП (40V/12A)?

Данная инфа с фоток и описания по установке 88 соленоидов и управляющей электроники на пианино:




 

11 часов назад, Просто зашёл сказал:

На картинке есть ещё другой БП (поменьше, в пакете #3350-00015), он тоже на 40 В?

Второй БП на 12В, он отдельно питает плату управления, не соленоиды.
 

11 часов назад, Просто зашёл сказал:

При подаче 12 В на соленоид, он вообще срабатывает?

Да, вполне себе. Я даже могу обеспечить градацию по силе нажатия. Но всего 4-5 степеней, а мне надо 12-14. Это то, что сейчас меня не устраивает в работе. Соленоид не справляет с сильным ударом. Поэтому и думаю увеличить на нем ток. Но так чтобы не спалить, ни катушку, ни усиливающий транзисторный блок.
 

11 часов назад, Просто зашёл сказал:

Если его оставить под напряжением длительное время (скажем на 30 мин.) под контролем, насколько он разогревается?

Не пробовал. Т.к. активация на 30 мин мне не требуется. Максимум 1-1.5 минуты. При такой работе он не греется.
 

11 часов назад, Просто зашёл сказал:

У Вас есть регулируемый по напряжению БП (или у ваших знакомых)? 

Нет. Под рукой есть только БП 20В 2А. Как понимаю, он сможет развить в катушке ток на 1.5А (если R соленоида = 13Ом). Небольшое различие от 0.9А, которые сейчас развивает мой БП на 12В. Кмк, надо брать 40-42В как у производителя на фотках.

9 часов назад, Умклайдет сказал:

Соленоид не будет работать плавно.

Плавность не требуется. Вы немного не так поняли фразу "плавная градация". Нужно обеспечить градацию в силе нажатия (очень тихо, тихо, средне, громко, очень громко - до 12-14 степеней) за счет изменения подаваемого тока. Многое степеней = плавность градации. Вот что я имел в виду. Более того, самые громкие удары по клавише и не получаться при плавном ходе. Нужно ускорение, а не просто плавно приложенная большая сила. Это же не пресс)

7 часов назад, Dr. West сказал:

Во вторых, насколько знаю, сила и скорость нажатия на клавиши инструмента имеют значение. А значит, исходное устройство также повторяет этот алгоритм и регулирует ток через соленоид. Возможно, ШИМом.

Все верно. Так и работает сейчас моя система. И меня лишь не удовлетворяет на данный именно малое число градаций силы, с которой соленоид ударяет по клавише.

4 часа назад, Умклайдет сказал:

Армейское единообразие отсутствует))

У меня один соленоид. 88 штук не потребуется как у фабричной системы, которую я тут показал. А вот как они обеспечивают единообразие нажатия, затрудняюсь сказать.

9 часов назад, Умклайдет сказал:

ПС. И такой соленоид будет под три ампера жрать на 40 вольтах.

Не двумя же пальцами (соленоидами)играет автомат.

Точно, где то закралась ошибка

А в чем вы видите ошибку?

4 часа назад, IMXO сказал:

Вы наверно не совсем понимаете как  работает соленоид...

Да, о переходных процессах в соленоиде я не знал настолько подробно. Но, получается, что они и не важны в моем случае.

Изменено 18 февраля пользователем moi

[IMXO]

1 час назад, moi сказал:

Но, получается, что они и не важны в моем случае.

здесь таких много  , без понимания сути процесса, мечтающих   из ГиПа собрать на двух деталях серийное устройство.
Ну что сказать... В добрый путь.

[Просто зашёл]

 @moi

Ну что же, моё сомнение питающего напряжения соленоида Вы развеяли…  вот тогда и нужно брать за основу, что максимальный ток соленоида будет в районе 3 А, при максимальном напряжении 40 В. А так как он рассчитан на кратковременную работу при таком токе, то естественно если не переусердствуете в продолжительности его работы при таком токе, то сгореть он не должен. А раз максимальный рабочий ток у него будет в районе 3 А, то и коммутирующий элемент должен быть соответствующий (смотрите в сторону мосфетов).

Изменено 18 февраля пользователем Просто зашёл

[Умклайдет]

1 час назад, moi сказал:

А в чем вы видите ошибку?

В мощности 40- вольтового блока. Хотя бы 5 одновременно нажатых клавиш уже сожрут 15 ампер. А еще бы запас по мощности иметь не мешало бы.

Вы с нормальным БП испытайте своё устройство.

Не смешите эти соленоиды 12ю вольтами

[moi]

9 часов назад, Просто зашёл сказал:

то и коммутирующий элемент должен быть соответствующий (смотрите в сторону мосфетов).

Я скоро раздобуду БП 48В 5А, запитаю от него. Надо теперь подобрать конкретный транзисторный блок (в идеале готовый модуль), который выдержит такой ток и напряжение.

Вот тут собирают похожую штуку, как у меня, но не на основе транзисторов Дарлингтона, а на MOSFET транзистора IRF520. Я уже было обрадовался, что тот держит ток до 5А. Но оказалось, что только до 24В. Вот есть еще такой блок на основе FR120N - 100В и 9.4А. Вроде подойдет? Единственный нюанс, который меня смущает, там написано про "минимальное напряжение питания значением около 10 В". Это сказано же не про управляющее напряжение? Потому что оно у меня до 3.3В только.

Изменено 18 февраля пользователем moi

[Просто зашёл]

1 час назад, moi сказал:

Я скоро раздобуду БП 48В 5А, запитаю от него.

ИМХО 48 В это будет многовато… я бы не советовал такой использовать без дополнительных тестов.

 

1 час назад, moi сказал:

Вроде подойдет?

Нет, не подойдёт... маловат по мощности… в Вашем случае нужен транзистор в корпусе ТО-220, чтобы можно было к нему прикрутить необходимый радиатор. Так как в некотором случае (вы же с помощью него будете регулировать сопротивление цепи питания соленоида), ему придётся рассеивать мощность порядка 30 Вт (это приблизительно, но не меньше при определённых значениях падения напряжения на транзисторе). А схему управления можете использовать и ту которая на сайте, а можете и без оптрона если предположим выберете транзистор к примеру IRL3705Z. Тут как говорится, хозяин барин... 

Изменено 19 февраля пользователем Просто зашёл

[moi]

13 часов назад, Просто зашёл сказал:

ИМХО 48 В это будет многовато…

Из доступных на маркетплейсах ниже только 36В, лучше его вместо штатных 40В?

13 часов назад, Просто зашёл сказал:

ему придётся рассеивать мощность порядка 30 Вт

А как вы прикинули,что 30Вт?

13 часов назад, Просто зашёл сказал:

маловат по мощности…

А вот тут пишут,что "Максимальная рассеиваемая мощность (Pd): 96 W". Все равно не то?