Controlar el electroimán con PWM. Cualquier riesgo?

Primero, ese enlace dice 80 kg. Eso requiere alrededor de 800 N para levantar en la tierra.

No hay ninguna especificación en esa página que indique la corriente requerida a 12 V. Debe saber esto para diseñar el circuito. Si no puede excavar para encontrar la especificación, deberá medir una muestra. La corriente CC se debe estrictamente a la tensión aplicada a la resistencia CC de la bobina. Puede usar un ohmiómetro o medir la corriente y el voltaje en algún punto de operación. La corriente se escalará linealmente con el voltaje, por lo que puede calcular lo que será a 12 V.

Una vez que sepa la corriente, elija un transistor de conmutación que pueda manejarla y el voltaje. Un MOSFET de canal N de lado bajo es la opción obvia. A un voltaje tan bajo, están disponibles con resistencias bastante bajas. Esto es importante ya que el FET en la resistencia (R _dson ) no solo causa una caída de voltaje, sino que también causa una disipación de potencia en el FET proporcional al cuadrado de la corriente. Lo más fácil sería un FET que tenga suficiente R _dson que la disipación sea lo suficientemente baja para que no requiera un disipador de calor.

Por ejemplo, digamos que el imán dibuja 5 A a 12 V (su resistencia de CC es de 2,4 Ω). Un FET de 20 mΩ disiparía (5 A) ² (20 mΩ) = 500 mW. Un estuche TO-220, por ejemplo, se calentaría al aire libre, pero debería poder manejarlo. Consulte la hoja de datos del FET con cuidado para ver cuál será la disipación, el aumento de temperatura debido a esa disipación y si esa temperatura resultante es aceptable o no.

PWM es bueno para modular la corriente de la bobina. Sin embargo, asegúrese de que el diodo de captura de retorno esté clasificado para la corriente. A este bajo voltaje, use un Schottky para la caída frontal más baja y, por lo tanto, menos potencia desperdiciada.

Asegúrese de que el período PWM sea lo suficientemente corto para que la corriente cambie solo un poco durante un período. Piense en la corriente de ondulación como el promedio de CC más un componente de CA. Sólo el componente DC produce el campo magnético que desea. El componente de CA solo provoca un calentamiento adicional de I ² R y por lo tanto desperdicia energía.

Afortunadamente, un imán como este tiene una inductancia sustancial, por lo que incluso las frecuencias PWM modestas tendrán períodos suficientemente cortos. Por ejemplo, digamos que la bobina del imán tiene una inductancia de 10 mH (simplemente sacó algo del aire, puede que no coincida con su imán). (12 V) (40 µs) / (10 mH) = 48 mA. Eso es cuánto cambiaría la corriente a través de la bobina cuando se le aplican 12 V durante 40 µs. Eso es pequeño comparado con los 5 A que usamos como ejemplo anterior. De nuevo, tienes que determinar los números reales y hacer tus propios cálculos. El peor de los casos es una onda cuadrada con el tiempo de activación que es la mitad del período de PWM. Para un período de PWM de 40 µs, el tiempo de activación sería de 20 µs, y el rizado de 24 mA pico a pico.

40 µs para el período PWM es el más alto que usaría. Eso es 25 kHz y está justo por encima del rango audible, pero sigue siendo "lento" para cualquier microcontrolador competente y el tiempo de conmutación del controlador FET. Debería poder hacer 50-100 kHz sin ningún inconveniente real.

Cambiar las cargas inductivas con MOSFET es peligroso, ya que la inductancia continuará "empujando" la corriente hacia su FET, después de haberlo apagado. (Encontrará mucha información sobre esto en línea, solo Google "cambiando cargas inductivas" o algo así).

Otro punto a considerar es que su aumento actual es exponencial y la potencia resultante no tiene que ser proporcional a su ciclo de trabajo. La corriente resultante se verá algo así:

La corriente caerá más rápido cuando estés reduciendo la reluctancia magnética (es decir, cuando estés utilizando el imán para levantar cosas).

Si realmente está intentando implementar esto, probablemente debería usar la corriente real como retroalimentación para su controlador.

80kg es aproximadamente 800N, no 400N.

La potencia se indica en 13W, lo que implica una corriente de poco más de un amplificador, por lo que elegiría un FET y un diodo de retorno con una potencia de 2A. El diodo realizará una considerable cantidad de trabajo debido a la alta inductancia.

Luego, tendrá que sintonizar la frecuencia PWM para que el FET no pase demasiado tiempo cambiando. Es posible que necesite un búfer de controlador FET para PWM de alta frecuencia.

El otro riesgo obvio es que los imanes grandes pueden causar lesiones. No quieres aplicar repentinamente 400N a tus dedos.

El interruptor debe estar clasificado para la corriente y la tensión. Los MOSFET son más fáciles en estos días. Creo que deberías usar uno. Intente obtener un dispositivo de nivel lógico o un dispositivo de umbral bajo, si puede. Esto significa que el micro podría conducir la compuerta a través de una simple resistencia de compuerta. Es muy importante utilizar un diodo de rueda libre cuando se conduce un solenoide, ya que almacenan mucha energía inductiva. Es mejor usar un diodo rápido como un schottky para el diodo de rueda libre. Si su PWM está en las frecuencias de audio, puede escuchar el zumbido del solenoide en el extremo inferior y gritar en el rango medio y el chirrido en el extremo superior. La operación a 20 KHz es la forma generalmente aceptada de mitigar el ruido audible.