Схема привода соленоида

Соленоиды - очень часто используемые приводы во многих системах автоматизации технологических процессов. Есть много типов соленоидов, например, есть соленоидные клапаны, которые можно использовать для открытия или закрытия водопроводных или газовых трубопроводов, и есть соленоидные плунжеры, которые используются для создания линейного движения. Одно из самых распространенных применений соленоида, с которым столкнулось бы большинство из нас, - это дверной звонок «динг-дон». Внутри дверного звонка находится соленоидная катушка плунжерного типа, которая при возбуждении от источника переменного тока будет перемещать небольшой стержень вверх и вниз. Этот стержень ударяет по металлическим пластинам, расположенным по обе стороны от соленоида, чтобы произвести успокаивающий звук динг-дон.

Несмотря на то, что существует множество типов соленоидных механизмов, самые основные вещи остаются неизменными. То есть он имеет катушку, намотанную на металлический (проводящий) материал. Когда катушка находится под напряжением, этот проводящий материал подвергается некоторому механическому движению, которое затем отменяется с помощью пружины или другого механизма при отключении питания. Поскольку соленоид включает в себя катушку, они часто потребляют большое количество тока, что делает обязательным наличие какой-либо схемы драйвера для его работы. В этом уроке мы узнаем, как построить схему драйвера для управления электромагнитным клапаном.

Необходимые материалы

• Соленоидный клапан
• Адаптер 12 В
• 7805 Регулятор IC
• IRF540N МОП-транзистор
• Диод IN4007
• Емкость 0,1 мкФ
• Резисторы 1 кОм и 10 кОм
• Соединительные провода
• Макетная плата

Что такое соленоид и как он работает?

Соленоид - это устройство, преобразующее электрическую энергию в механическую. Он имеет катушку, намотанную на проводящий материал, эта установка действует как электромагнит. Преимущество электромагнита перед естественным магнитом состоит в том, что он может включаться или выключаться, когда это необходимо, путем подачи питания на катушку. Таким образом, когда катушка находится под напряжением, тогда согласно закону Фарадея проводник с током имеет вокруг себя магнитное поле, так как проводник представляет собой катушку, магнитное поле достаточно сильное, чтобы намагничивать материал и создавать линейное движение.

Во время этого процесса катушка потребляет большое количество тока, а также создает проблему гистерезиса, поэтому невозможно управлять катушкой соленоида напрямую через логическую схему. Здесь мы используем соленоидный клапан 12 В, который обычно используется для управления потоком жидкости. Соленоид потребляет непрерывный ток 700 мА при включении и пиковый ток около 1,2 А, поэтому мы должны учитывать эти вещи при разработке схемы драйвера для этого конкретного электромагнитного клапана.

Принципиальная электрическая схема

Полная принципиальная схема для цепи драйвера соленоида показана на изображении ниже. Мы поймем, почему он так устроен, однажды, взглянув на полную схему.

Как видите, схема очень проста и легка в сборке, поэтому мы можем протестировать ее с помощью небольшого макетного соединения. Соленоид можно просто включить, подав на его клеммы напряжение 12 В, и выключить, отключив его. Чтобы управлять этим процессом включения и выключения с помощью цифровой схемы, нам необходимо переключающее устройство, такое как полевой МОП-транзистор, и поэтому он является важным компонентом в этой схеме. Ниже приведены параметры, которые необходимо проверить при выборе полевого МОП-транзистора.

Пороговое напряжение источника затвора V _{GS (th)}: это напряжение, которое должно быть подано на полевой МОП-транзистор, чтобы включить его. Здесь пороговое значение напряжения составляет 4 В, и мы обеспечиваем напряжение 5 В, которого более чем достаточно для полного включения полевого МОП-транзистора.

Постоянный ток стока: Непрерывный ток стока - это максимальный ток, который может протекать через цепь. Здесь наш соленоид потребляет максимальный пиковый ток 1,2 А, а номинал нашего полевого МОП-транзистора составляет 10 А при напряжении 5 В Vgs. Так что мы более чем в безопасности с текущим рейтингом MOSFET. Всегда рекомендуется иметь некоторую верхнюю границу разницы между фактическим значением и номинальным значением тока.

Сопротивление сток-исток в открытом состоянии: когда полевой МОП-транзистор полностью включен, он имеет некоторое сопротивление между выводами стока и истока, это сопротивление называется сопротивлением в состоянии. Значение этого параметра должно быть как можно более низким, в противном случае на выводах будет сильное падение напряжения (закон сопротивления), что приведет к недостаточному напряжению для включения соленоида. Значение сопротивления в открытом состоянии здесь составляет всего 0,077 Ом.

Вы можете посмотреть таблицу своего MOSFET, если вы разрабатываете схему для другого приложения соленоида. ИС линейного регулятора 7805 используется для преобразования входного напряжения 12 В в 5 В, это напряжение затем подается на вывод затвора полевого МОП-транзистора при нажатии переключателя через токоограничивающий резистор 1 кОм. Когда переключатель не нажат, контакт затвора опускается на землю через резистор 10 кОм. Благодаря этому MOSFET остается выключенным, когда переключатель не нажат. Наконец, диод добавлен в противоположном направлении, чтобы предотвратить разряд катушки соленоида в силовую цепь.

Работа цепи привода соленоида

Теперь, когда мы поняли, как работает схема драйвера, давайте протестируем схему, построив ее на макетной плате. Я использовал адаптер на 12 В для источника питания, и моя установка оборудования после завершения выглядит примерно так.

Когда переключатель между ними нажат, на полевой МОП-транзистор подается питание +5 В, и он включает соленоид. При повторном нажатии переключателя отключается подача + 5 В на полевой МОП-транзистор, и соленоид возвращается в выключенное состояние. Включение и выключение соленоида можно заметить по издаваемому им щелчку, но, чтобы было немного интереснее, я подключил электромагнитный клапан к водопроводу. По умолчанию, когда соленоид выключен, значение закрыто, и, следовательно, вода не выходит через другой конец. Затем, когда соленоид включается, значение открывается, и вода вытекает. Работу можно увидеть на видео ниже.

Надеюсь, вы поняли проект и получили удовольствие от его создания, если вы столкнулись с какой-либо проблемой, не стесняйтесь размещать их в разделе комментариев или использовать форум для технической помощи.