Os solenoides úsanse en moitas aplicacións para proporcionar unha unidade lineal ou rotativa en sistemas mecánicos. Aínda que a actuación das válvulas de solenoide pode ser tan sinxela como a apertura e o peche da corrente, poden conseguir un mellor rendemento empregando un IC dedicado para impulsalas. Neste artigo, estudaremos como o circuíto de accionamento afecta ao rendemento electromecánico da válvula de solenoide. Compararanse dous circuítos de accionamento diferentes: un simple interruptor e un controlador regulado actual. Tamén se incluirán tecnoloxías de aforro de enerxía para limitar o consumo de enerxía de solenoide. O coñecemento básico da válvula de solenoide na forma máis sinxela, a bobina electromagnética é a bobina que xera campo magnético. O que normalmente chamamos solenoide é un dispositivo que usa unha bobina e un núcleo en movemento de ferro ou ás veces outro material magnético. A aplicación da corrente á bobina fai que o núcleo sexa tirado ou empuxado en relación á bobina, dando lugar ao movemento de obxectos empregados para conducir obxectos en sistemas mecánicos.
1. Unha bobina electromagnética típica consta dunha bobina que produce un campo magnético. Cando o solenoide está activado, a tensión aplícase aos enrolamentos para producir un campo magnético. Por mor da gran inductancia do enrolamento, leva un período de tempo para que a corrente se forme. A forza do núcleo electromagnet é proporcional á corrente. Para producir a forza máxima para mover o núcleo, debe aplicarse unha alta tensión ao enrolamento para establecer rapidamente a corrente. Unha vez finalizado o movemento, normalmente úsase unha corrente moito máis pequena para manter o núcleo no seu lugar. Se a corrente non diminúe, consúmase unha cantidade considerable de enerxía no enrolamento e o solenoide xera moita calor. Para resolver estes problemas, pódese usar un controlador de corrente constante para conducir a bobina electromagnética. A corrente pódese controlar co paso do tempo para proporcionar a acción desexada e limitar o poder consumido para manter o solenoide no seu lugar. Configuración da proba Para comparar o rendemento mecánico e eléctrico de diferentes esquemas de accionamento de solenoides, construíuse unha simple configuración de proba usando un servo potenciómetro conectado a un solenoide flexible para medir o movemento do solenoide. O movemento, así como a tensión e a corrente, son capturados mediante un osciloscopio.
2. O dispositivo de proba implica un servo potenciómetro conectado a un solenoide cunha curva. O xeito máis sinxelo de que un controlador electromagnético sinxelo conduce unha válvula de solenoide é activar e apagar a corrente. Neste circuíto, a corrente só está limitada pola tensión de subministración e a resistencia DC da bobina electromagnética.
3. O xeito máis sinxelo de conducir a bobina de solenoide é o problema da corrente de conmutación, que normalmente usa o interruptor MOSFET de gama baixa e o diodo de reciclaxe de corrente. O rendemento electromecánico de unidades simples é limitado. Dado que toda a tensión e a corrente se aplican ao 100% do tempo, o tirón da corrente está limitado pola clasificación continua de consumo de enerxía do solenoide. A gran inductancia da bobina tamén limita a velocidade do aumento actual cando se inicia a bobina. Na nosa proba, medimos o movemento, a tensión e a corrente de solenoide usando un interruptor sinxelo. Neste caso, sempre que se active o solenoide, o solenoide (15 Ω, tensión nominal de 12 V) leva 30 ms en conducir e consumir 10 W de potencia.
4. Estas formas de onda usan interruptores sinxelos para representar o movemento, tensión e corrente do solenoide. Se desexa coñecer o "val" na forma de onda actual, a diminución da corrente débese á parte traseira EMF xerada polo núcleo en movemento do electromagnet. A medida que o núcleo se acelera, o EMF traseiro aumenta ata que aparece o fondo do solenoide e deixa de moverse. Na maioría das aplicacións, os actuadores electromagnéticos de alto rendemento só precisan inicialmente corrente completa para tirar no solenoide. Despois de completar o movemento, pódese reducir o nivel actual no solenoide, o que pode aforrar enerxía e reducir a calor xerada na bobina. Isto tamén permite o uso dunha maior tensión de subministración, que proporciona unha corrente de entrada máis alta, permitindo que o solenoide comece máis rápido e proporcione máis forza.
