¿Área del núcleo de hierro para levantar una cierta cantidad de peso (imán / solenoide)?

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Me he estado preguntando y probando imanes hechos por mí mismo envolviendo hierro con cables y aplicándole un voltaje que lo hace un poco magnético. He estado buscando en Internet y parece que no puedo encontrar ejemplos de fórmulas o cálculos sobre este tema. Si tengo cables del ejemplo 0.22mm² y un voltaje de 3.3V, 2Amps, 25 vueltas, ¿qué tan grande debe ser el núcleo de hierro para levantar un peso del ejemplo 5 gramos?

O

¿Cuánto voltaje y corriente debo aplicar cuando tengo un valor constante del grosor del cable de cobre, los devanados y el núcleo de hierro para levantar 5gr.

Además, si reduzco a la mitad la cantidad de devanados pero el doble del grosor del cable de cobre, ¿es lo mismo?

Disculpe de antemano por posibles duplicados de este asunto. He intentado usar este enlace

Cuando complete:

Current = 2A
Area = 0.00439m2 = Cilinder with a diameter of 20mm and a length of 60mm
Number of turns = 25 turns
length of the gap = 0.001m = 1mm gap (I intent to touch the magnet if the intented object)
Results = 0.069N = 7 grams.

Sin embargo, a la calculadora no parece importarle el grosor de la bobina / diámetro del alambre, lo cual dudo que sea el resultado de su capacidad de levantar esa cantidad de peso.

    
pregunta Capt. Frost

2 respuestas

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La fuerza de tracción depende solo del producto con giro de amplificación y de la permeabilidad relativa del núcleo.

Tener un cable más grueso solo le permite poner más corriente en el cable.

Poner más corriente en el cable creará más fuerza, pero solo hasta cierto punto.

Una vez que el núcleo se satura, no obtendrás mucha más fuerza al agregar corriente o giros.

En cuanto a la tensión de la bobina, depende de la resistencia de la bobina.

EJEMPLO 1) Por ejemplo, suponga que tiene un núcleo de 10 mm de diámetro y 30 mm de longitud.
Digamos que usted tiene un alambre magent 30AWG de 0.3 mm de diámetro.

30mm / 0.3mm = 100 vueltas

Así que podrías colocar 100 vueltas de cable de 30 AWG en ese espacio.

Embalado en una bobina, es posible que se ejecuten 100 mA a través del cable.

Entonces, tu total de Amp-Turns es 100mA * 100 = 10 Amp-Turns

La longitud del cable es (pi * 10 mm) / vuelta * 100 vueltas = 3140 mm.

El cable 30 AWG tiene una resistencia de 338 mili-ohmios por metro.


Por lo tanto, la resistencia total de la bobina es 3140 mm * 338 mili-ohmios por metro = 1.22 ohmios.

Entonces, el voltaje de la bobina sería de 1.22 ohmios * 100mA = 0.122V.

EJEMPLO 2) Suponga que tiene el mismo núcleo, pero que utiliza un cable magnético de 40 AWG que tiene un diámetro de 0.08 mm.

30mm / 0.08mm = 375 vueltas

Embalado en una bobina, es posible que se ejecute 26 mA a través del cable.

Entonces, tu total de Amp-Turns es 26mA * 375 = 9.75 Amp-Turns.

La longitud del cable es (pi * 10 mm) / giro * 375 vueltas = 11,780 mm.

El cable 30 AWG tiene una resistencia de 3,44 ohmios por metro.

Por lo tanto, la resistencia total de la bobina es 3140 mm * 3,44 ohmios por metro = 40,5 ohmios.

Entonces, el voltaje de la bobina sería de 40.5 ohmios * 26mA = 1.053V.

Tenga en cuenta que en ambos ejemplos, el tamaño del núcleo era el mismo y los Amp-Turns eran casi iguales (10.0 vs 9.75), por lo que obtendría la misma fuerza de tracción. Pero el voltaje de la bobina era diferente, porque la resistencia de una bobina era diferente.

En cuanto a la fuerza de tracción exacta, depende en gran medida de la geometría y del material del núcleo. Es posible que solo tengas que experimentar con eso.



Tenga en cuenta que, en este caso, el cable 30AWG utilizó 100mA * 100mA * 1.22 ohms = 12.2mW de potencia.

El cable 40 AWG utilizó 26 mA * 26 mA * 40.5 ohmios = 27 mW.

Entonces, en este caso, el cable 40AWG fue menos eficiente. La razón es que hubo menos volumen total de cobre (ya que la capa de cable de 40 AWG era más delgada).
Si utilizáramos cuatro capas de cable de 40 AWG, la altura de las cuatro capas sumaría un total de 0,32 mm (30 AWG de 0,3 mm).

Hacer una aproximación (ya que el diámetro del alambre es pequeño en comparación con el diámetro del núcleo)
Para cuatro capas de cable de 40 AWG tenemos 375 Amp-Turns * 4 = 1500 Amp-Turns.

La resistencia de la bobina sería de 40.5 ohmios * 4 = 162 ohmios.

Para obtener 10 Amp-Turns necesitaríamos 10 Amp-Turns / 1500 Turns = 6.7mA.

El voltaje de la bobina sería de 6.7mA * 162 ohmios = 1.085V

Así que claramente para un tamaño de cable dado y Amp-Turns, el voltaje de la bobina no cambió cuando aumentamos el número de giros.

6.7mA * 6.7mA * 162 = 7.3mW.

Así que ahora el cable 40AWG es más eficiente que el cable 30 AWG porque aumentamos el volumen de cobre en el caso de 40 AWG.

    
respondido por el user4574
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Todo lo que importa para el rendimiento de tracción del solenoide es el producto de giro del amplificador y que la bobina está bien acoplada al núcleo. El diámetro del alambre es importante solo porque determina la resistencia de la bobina y, por lo tanto, la potencia se disipa al pasar la corriente. Si usa un cable muy pesado, es posible que pueda generar la corriente necesaria a una fracción de voltio caído sobre él. Si está utilizando un suministro de voltaje constante, querrá dimensionar el cable para que tenga una resistencia que proporcione una corriente adecuada. Si utiliza un suministro de corriente constante, no importará.

PS Vuelve a verificar los números que ingresaste en esa calculadora. El cálculo de tu área es incorrecto.

    
respondido por el Phil G

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