Sterowanie siłą elektromagnesu za pomocą arduino

To poprzednie pytanie Kontrolowanie elektromagnesu za pomocą Arduino dotyczy tylko sterowania binarnego (ON lub OFF). Po mojej stronie muszę wybrać siłę pola magnetycznego.

To domowy elektromagnes, udało mi się zasilić go napięciem stałym 12 V + rezystor 5 Ω, który daje około 2 A. Powstałe pole magnetyczne jest wystarczająco duże. Rezystor nagrzewa się, ale jest to znośne.

Teraz chcę modulować intensywność między 0 a 2 amperami na podstawie odczytu czujnika, więc planuję użyć Arduino.

Czy mogę użyć PWM, wiedząc, że obciążenie indukcyjne jest znaczące? Czy wybór częstotliwości PWM ma kluczowe znaczenie? Czy będę miał problem z prądami wirowymi w miękkim rdzeniu? (Nie mogę użyć laminowanego rdzenia).

Więc moje pytanie brzmi: czy PWM to naprawdę dobry wybór? Jeśli tak, czy powinienem zachować rezystor 5 Ω? Jak mogę skalibrować moją częstotliwość PWM + alfa? Jeśli nie, co mógłbym zamiast tego zrobić? Który obwód?

Dzięki

— odparł2
źródło

PWM jest rutynowo używany do ciągłej kontroli intensywności obciążeń elektromagnesu, więc tak, zadziała. Twoje obawy będą dotyczyły mechanizmu przełączania wysokiego prądu potrzebnego do elektromagnesu (wiele pytań na tej stronie dotyczy tego), indukcyjnego powrotu (użyj diody w układzie odchylenia w poprzek cewki) i (być może) upewnienia się, że częstotliwość PWM wynosi nie jest to harmoniczna jakiejkolwiek częstotliwości rezonansu naturalnego, jaką ma cewka.

— Anindo Ghosh

Silniki prądu stałego są również cewkami indukcyjnymi. Może tarcza silnika byłaby wygodnym rozwiązaniem?

— Phil Frost

Jeśli masz oscyloskop, możesz łatwo sprawdzić, czy induktor nasyca się. Jeśli tak, powinieneś rozważyć wyższą częstotliwość PWM. Jeśli częstotliwość stanie się wystarczająco wysoka, prąd przez cewkę osiągnie maksimum / minimum tylko przy cyklu pracy 100/0 procent.

— jippie

@jippie: tego nie rozumiem. Jeśli jest to> 50%, wówczas podczas każdego cyklu czas „narastania” jest dłuższy niż „czas przestoju”, więc prąd kończy się nieco wyżej niż w momencie rozpoczęcia. Dlaczego więc nie nasyca się po wielu cyklach? (Zauważyłem, że tak nie jest, ale mogę dowiedzieć się, dlaczego)

— odpowiedział 2

PWM to dobry wybór i pamiętaj, że cewka potrzebuje diody podłączonej do niej w poprzek, aby zapobiec cofaniu się emf z uszkodzonych cewek indukcyjnych z otwartym obwodem. Będziesz także musiał użyć pewnego rodzaju tranzystora mocy do połączenia między arduino a cewką - arduino nie zapewnia wystarczającej „mocy”, aby dostać się gdziekolwiek w pobliżu 2A. Oto schemat, który pokazuje tranzystor z MCU, ale ma silnik zamiast cewki. To nie ma znaczenia - ważne jest to, że pokazuje diodę i sposób napędzania cewki:

wprowadź opis zdjęcia tutaj

Pokazuje również + 5 V, ale może to być + 12V. Na co należy zwrócić uwagę: -

1) Dioda musi być znamionowana przy prądzie przekraczającym prąd maksymalny przez cewkę.

2) Cewka nadal potrzebuje szeregowego rezystora na wypadek zwarcia, ale może być zredukowana do około 1 oma, gdy jesteś zadowolony z operacji.

3) Tranzystor musi być przystosowany do przełączania prądu, więc prawdopodobnie wybierz taki, który może z łatwością obsłużyć co najmniej 3A.

4) Napięcie znamionowe na tranzystorze musi wynosić tylko 20 V lub więcej

5) Rezystor szeregowy z bazą może wymagać 100 omów - spróbuj od początku. Z linii 3V3 IO 100 omów będzie oznaczać prąd bazowy około 30mA, a jeśli HFE tranzystora jest dobry przy przełączaniu obciążeń mocy (100+), powinno być OK, jednak lepiej jest użyć FET do tego i tam jest wiele do wyboru.

Następnie spróbuj zgasić puls w przestrzeni 50:50 (fala prostokątna) i zmienić częstotliwość i zobacz, jak wyglądają straty rdzenia przy stopniowo wyższych częstotliwościach. Myślałem, że 1kHz to dobry punkt wyjścia i być może będziesz zadowolony z 10kHz.

— Andy aka
źródło

Dziękuję za pełną odpowiedź. Mam go pracującego z domyślnym arduino 500Hz PWM i MOSFET IRF520 (robi się gorąco, więc spróbuję lepszego) + dioda flyback + transoptor. Ale nadal nie rozumiem, dlaczego prąd nie narasta stopniowo (po wielu cyklach), gdy współczynnik PWM wynosi> 50%, ponieważ podczas każdego cyklu czas „narastania” jest dłuższy niż czas „opadania” i prąd powinien zakończyć się nieco wyżej niż w miejscu, w którym się zaczął!

— odpowiedział 2

ok, chyba to wymyśliłem dzięki niektórym symulacjom circuitlab.com/circuit/73nx5a/ferropwm .

— odpowiedział 2