Solenoider er svært brukte aktuatorer i mange prosessautomatiseringssystemer. Det er mange typer solenoid, for eksempel er det magnetventiler som kan brukes til å åpne eller lukke vann- eller gassrørledninger, og det er solenoidstempler som brukes til å produsere lineær bevegelse. En veldig vanlig anvendelse av solenoid som de fleste av oss ville ha kommet over, er ding-dong-dørklokken. Dørklokken har en magnetventil av stempelet inni den, som når den får strøm av vekselstrømkilde, vil den bevege en liten stang opp og ned. Denne stangen vil treffe metallplatene plassert på hver side av solenoiden for å produsere den beroligende ding dong-lyden.
Selv om det er mange typer solenoidmekanismer tilgjengelig, forblir det mest grunnleggende det samme. Det vil si at den har en spole viklet over et metall (ledende) materiale. Når spolen er aktivert, blir dette ledende materialet utsatt for en viss mekanisk bevegelse som deretter blir reversert gjennom en fjær eller annen mekanisme når den er spenningsfri. Siden solenoiden involverer spole, bruker de ofte en stor mengde strøm, noe som gjør det obligatorisk å ha en slags driverkrets for å betjene den. I denne opplæringen lærer vi hvordan du bygger førerkrets for å kontrollere en magnetventil.
Nødvendig materiale
- Magnetventil
- 12V adapter
- 7805 Regulator IC
- IRF540N MOSFET
- Diode IN4007
- 0.1uf Kapasitet
- 1k og 10k motstander
- Koble ledninger
- Brettbrett
Hva er en solenoid og hvordan fungerer den?
En solenoid er en enhet som konverterer elektrisk energi til mekanisk energi. Den har en spole viklet over et ledende materiale, dette oppsettet fungerer som en elektromagnet. Fordelen med en elektromagnet over naturlig magnet er at den kan slås på eller av når det kreves ved å aktivere spolen. Når spolen er aktivert, har den nåværende bærelederen ifølge faradays lov et magnetfelt rundt seg, siden lederen er en spole, er magnetfeltet sterkt nok til å magnetisere materialet og skape en lineær bevegelse.
Under denne prosessen trekker spolen en stor mengde strøm og produserer også hystereseproblemer, og det er derfor ikke mulig å drive en magnetventil direkte gjennom en logikkrets. Her bruker vi en 12V magnetventil som ofte brukes til å kontrollere væskestrømmen. Solenoiden trekker en kontinuerlig strøm på 700mA når den er strømført og en topp på nesten 1,2A, så vi må vurdere disse tingene mens vi utformer førerkretsen for denne spesielle magnetventilen.
Kretsdiagram
Det komplette kretsskjemaet for magnetkretsdriverkrets er vist på bildet nedenfor. Vi vil forstå hvorfor den er designet slik, en gang etter å ha sett på hele kretsen.
Som du kan se er kretsen veldig enkel og enkel å bygge, derfor kan vi teste dette ved hjelp av en liten brødbrettforbindelse. En solenoid kan enkelt slås på ved å slå 12V over terminalene og slå den av ved å slå den av. For å kontrollere denne på- og av-prosessen ved hjelp av en digital krets, trenger vi en bryterenhet som MOSFET, og det er dermed den viktige komponenten i denne kretsen. Følgende er parametrene du må sjekke når du velger MOSFET.
Gate Source Threshold Voltage V GS (th): Dette er spenningen som må leveres til MOSFET for å slå den på. Her er terskelspenningsverdien 4V, og vi leverer en spenning på 5V som er mer enn nok til å slå på MOSFET helt
Kontinuerlig dreneringsstrøm: Den kontinuerlige dreneringsstrømmen er den maksimale strømmen som kan tillates å strømme gjennom en krets. Her bruker solenoiden vår maksimal toppstrøm på 1,2A, og vurderingen av MOSFET er 10A ved 5V Vgs. Så vi er mer enn trygge med gjeldende vurdering av MOSFET. Det anbefales alltid å ha noen øvre marginale forskjeller mellom den faktiske verdien og nominelle verdien av strømmen.
Drain-Source On-State Resistance: Når MOSFET er helt slått på, har den noe motstand mellom Drain og Source pin, denne motstanden kalles som for tilstandsmotstand. Verdien av dette skal være så lav som mulig ellers vil det være enormt spenningsfall (ohm lov) over pinnene, noe som resulterer i ikke tilstrekkelig spenning til at solenoiden kan slå seg på. Verdien av on-state motstand her er bare 0,077Ω.
Du kan se på databladet til MOSFET hvis du designer kretsen for et annet Solenoid-program. En 7805 Lineær regulator IC brukes til å konvertere 12V inngangsforsyning til 5V, denne spenningen blir deretter gitt til portpinnen til MOSFET når bryteren trykkes gjennom en 1K strømbegrensende motstand. Når bryteren ikke trykkes på, trekkes portpinnen ned til bakken gjennom en 10k motstand. Dette holder MOSFET slått av når bryteren ikke trykkes. Til slutt tilsettes en diode i antiparallell retning for å forhindre at solenoidspolen tømmes i strømkretsen.
Arbeid av magnetkrets
Nå som vi har forstått hvordan driverkretsen fungerer, kan vi teste kretsen ved å bygge den på et brødbrett. Jeg har brukt en 12V adapter for strømforsyning, og maskinvareoppsettet mitt ser omtrent slik ut når det er ferdig.
Når bryteren mellom trykkes inn, leveres + 5V-forsyningen til MOSFET, og den slår på solenoiden. Når bryteren trykkes på igjen, kobler den fra + 5V-forsyningen til MOSFET, og solenoiden går tilbake til av-tilstand. Slå av og på solenoiden kan bli lagt merke til ved å klikke lyden fra den, men for å gjøre det litt mer interessant har jeg koblet magnetventilen til et vannrør. Når solenoiden er slått av, er verdien som standard stengt, og derfor kommer ikke noe vann ut gjennom den andre enden. Så når solenoiden er slått på, blir verdien åpen og vannet strømmer ut. Arbeidet kan visualiseres i videoen nedenfor.
Håper du forsto prosjektet og likte å bygge det. Hvis du hadde møtt noen problemer, kan du gjerne legge dem ut i kommentarseksjonen eller bruke forumet for teknisk hjelp.