Κύκλωμα οδηγού ηλεκτρομαγνητικής βαλβίδας

Τα σωληνοειδή είναι πολύ συχνά χρησιμοποιούμενοι ενεργοποιητές σε πολλά συστήματα αυτοματισμού διεργασιών. Υπάρχουν πολλοί τύποι ηλεκτρομαγνητικών βαλβίδων, για παράδειγμα υπάρχουν ηλεκτρομαγνητικές βαλβίδες που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για το άνοιγμα ή το κλείσιμο γραμμών σωλήνων νερού ή αερίου και υπάρχουν ηλεκτρομαγνητικά έμβολα που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή γραμμικής κίνησης. Μια πολύ κοινή εφαρμογή της ηλεκτρομαγνητικής βαλβίδας που θα συναντούσαμε οι περισσότεροι από εμάς είναι το κουδούνι της πόρτας ding-dong. Το κουδούνι της πόρτας έχει ένα πηνίο τύπου ηλεκτρομαγνητικής βαλβίδας μέσα του, το οποίο όταν ενεργοποιείται από την πηγή τροφοδοσίας εναλλασσόμενου ρεύματος θα μετακινήσει μια μικρή ράβδο πάνω-κάτω. Αυτή η ράβδος θα χτυπήσει τις μεταλλικές πλάκες που είναι τοποθετημένες και στις δύο πλευρές του σωληνοειδούς για να παράγει τον χαλαρωτικό ήχο του ding dong.

Παρόλο που υπάρχουν πολλοί τύποι μηχανισμών σωληνοειδών, το πιο βασικό πράγμα παραμένει το ίδιο. Δηλαδή, έχει ένα πηνίο τυλιγμένο πάνω σε ένα μεταλλικό (αγώγιμο) υλικό. Όταν το πηνίο ενεργοποιείται, αυτό το αγώγιμο υλικό υποβάλλεται σε κάποια μηχανική κίνηση η οποία στη συνέχεια αντιστρέφεται μέσω ελατηρίου ή άλλου μηχανισμού όταν απενεργοποιείται. Δεδομένου ότι η ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα περιλαμβάνει πηνίο, καταναλώνουν συχνά μεγάλη ποσότητα ρεύματος καθιστώντας υποχρεωτικό να υπάρχει κάποιος τύπος κυκλώματος οδηγού για να το λειτουργήσει. Σε αυτό το σεμινάριο θα μάθουμε πώς να φτιάχνουμε κύκλωμα οδηγού για τον έλεγχο μιας ηλεκτρομαγνητικής βαλβίδας.

Απαιτούμενα υλικά

• Ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα
• Προσαρμογέας 12V
• 7805 Ρυθμιστής IC
• IRF540N MOSFET
• Δίοδος IN4007
• 0.1uf ικανό
• Αντιστάσεις 1k και 10k
• Σύνδεση καλωδίων
• Ψωμί

Τι είναι το Solenoid και πώς λειτουργεί;

Η ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα είναι μια συσκευή που μετατρέπει την ηλεκτρική ενέργεια σε μηχανική ενέργεια. Έχει ένα πηνίο τυλιγμένο πάνω από ένα αγώγιμο υλικό, αυτή η διάταξη λειτουργεί ως ηλεκτρομαγνήτης. Το πλεονέκτημα ενός ηλεκτρομαγνήτη έναντι του φυσικού μαγνήτη είναι ότι μπορεί να ενεργοποιηθεί ή να απενεργοποιηθεί όταν απαιτείται με ενεργοποίηση του πηνίου. Έτσι, όταν το πηνίο ενεργοποιείται, τότε σύμφωνα με τον ισχύοντα νόμο ο τρέχων αγωγός μεταφοράς έχει ένα μαγνητικό πεδίο γύρω του, καθώς ο αγωγός είναι ένα πηνίο, το μαγνητικό πεδίο είναι αρκετά ισχυρό ώστε να μαγνητίζει το υλικό και να δημιουργεί μια γραμμική κίνηση.

Κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας, το πηνίο αντλεί μεγάλη ποσότητα ρεύματος και παράγει επίσης πρόβλημα υστέρησης, επομένως δεν είναι δυνατόν να κινηθεί ένα πηνίο Solenoid απευθείας μέσω ενός λογικού κυκλώματος. Εδώ χρησιμοποιούμε μια ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα 12V που χρησιμοποιείται συνήθως για τον έλεγχο της ροής των υγρών. Η ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα αντλεί συνεχές ρεύμα 700mA όταν είναι ενεργοποιημένο και μια κορυφή σχεδόν 1,2A, οπότε πρέπει να λάβουμε υπόψη αυτά τα πράγματα ενώ σχεδιάζουμε το κύκλωμα οδήγησης για τη συγκεκριμένη ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα.

Διάγραμμα κυκλώματος

Το πλήρες διάγραμμα κυκλώματος για το κύκλωμα οδηγού ηλεκτρομαγνητικής βαλβίδας φαίνεται στην παρακάτω εικόνα. Θα καταλάβουμε γιατί έχει σχεδιαστεί έτσι, αφού ρίξουμε μια ματιά στο πλήρες κύκλωμα.

Όπως μπορείτε να δείτε το κύκλωμα είναι πολύ απλό και εύκολο στην κατασκευή, ως εκ τούτου μπορούμε να το δοκιμάσουμε χρησιμοποιώντας μια μικρή σύνδεση breadboard. Ένα σωληνοειδές μπορεί απλώς να ενεργοποιηθεί τροφοδοτώντας 12V στα τερματικά του και απενεργοποιημένο απενεργοποιώντας το. Για να ελέγξουμε αυτήν τη διαδικασία ενεργοποίησης και απενεργοποίησης χρησιμοποιώντας ένα ψηφιακό κύκλωμα χρειαζόμαστε μια συσκευή εναλλαγής όπως το MOSFET και έτσι είναι το σημαντικό συστατικό σε αυτό το κύκλωμα. Ακολουθούν οι παράμετροι που πρέπει να ελέγξετε κατά την επιλογή του MOSFET.

Τάση κατωφλίου πηγής πύλης V _{GS (th)}: Αυτή είναι η τάση που πρέπει να παρέχεται στο MOSFET για να την ενεργοποιήσετε. Εδώ η τιμή τάσης κατωφλίου είναι 4V και παρέχουμε τάση 5V η οποία είναι περισσότερο από αρκετή για να ενεργοποιήσετε πλήρως το MOSFET

Συνεχές ρεύμα αποστράγγισης: Το συνεχές ρεύμα αποστράγγισης είναι το μέγιστο ρεύμα που μπορεί να επιτραπεί να ρέει μέσω κυκλώματος. Εδώ η ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα μας καταναλώνει μέγιστο ρεύμα 1,2A και η βαθμολογία του MOSFET μας είναι 10A στα 5V Vgs. Έτσι, είμαστε περισσότερο από ασφαλείς με την τρέχουσα βαθμολογία του MOSFET. Συνιστάται πάντα να υπάρχει κάποια ανώτερη οριακή διαφορά μεταξύ της πραγματικής τιμής και της ονομαστικής τιμής του ρεύματος.

Αντίσταση Drain-Source On-State: Όταν το MOSFET είναι πλήρως ενεργοποιημένο έχει κάποια αντίσταση μεταξύ του πείρου Drain και Source, αυτή η αντίσταση ονομάζεται όπως στην αντίσταση κατάστασης. Η τιμή αυτού πρέπει να είναι όσο το δυνατόν χαμηλότερη αλλιώς θα υπάρξει τεράστια πτώση τάσης (νόμος ohms) μεταξύ των ακίδων, με αποτέλεσμα να μην υπάρχει επαρκής τάση για να ενεργοποιηθεί η ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα. Η τιμή της αντίστασης κατάστασης εδώ είναι μόνο 0,077Ω.

Μπορείτε να δείτε το φύλλο δεδομένων του MOSFET εάν σχεδιάζετε το κύκλωμα για κάποια άλλη εφαρμογή Solenoid. Ένα 7805 Linear Regulator IC χρησιμοποιείται για τη μετατροπή της τροφοδοσίας εισόδου 12V σε 5V. Αυτή η τάση δίνεται στη συνέχεια στον πείρο πύλης του MOSFET όταν ο διακόπτης πιέζεται μέσω μιας αντίστασης περιορισμού ρεύματος 1Κ. Όταν δεν πατηθεί ο διακόπτης, ο πείρος της πύλης τραβιέται προς τα κάτω μέσω της αντίστασης 10k. Αυτό διατηρεί το MOSFET απενεργοποιημένο όταν δεν πατάτε το διακόπτη. Τέλος προστίθεται μια δίοδος κατά της παράλληλης κατεύθυνσης για να αποφευχθεί η εκφόρτιση του πηνίου σωληνοειδούς στο κύκλωμα ισχύος.

Λειτουργία κυκλώματος οδηγού ηλεκτρομαγνητικής βαλβίδας

Τώρα που έχουμε καταλάβει πώς λειτουργεί το κύκλωμα οδήγησης επιτρέπει τη δοκιμή του κυκλώματος κατασκευάζοντάς το σε μια πλακέτα ψωμιού. Έχω χρησιμοποιήσει έναν προσαρμογέα 12V για τροφοδοσία και η ρύθμιση του υλικού μου μοιάζει κάπως έτσι όταν ολοκληρωθεί.

Όταν πατηθεί ο διακόπτης μεταξύ του, η τροφοδοσία + 5V παρέχεται στο MOSFET και ανάβει την ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα. Όταν πατηθεί ξανά ο διακόπτης, αποσυνδέει την τροφοδοσία + 5V στο MOSFET και η ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα επιστρέφει στην κατάσταση απενεργοποίησης. Η ενεργοποίηση και απενεργοποίηση της ηλεκτρομαγνητικής βαλβίδας μπορεί να παρατηρηθεί από τον ήχο κλικ που έκανε, αλλά για να το κάνω λίγο πιο ενδιαφέρον έχω συνδέσει τη σωληνοειδή βαλβίδα σε έναν σωλήνα νερού. Από προεπιλογή όταν η ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα είναι απενεργοποιημένη, η τιμή είναι κλειστή και ως εκ τούτου δεν βγαίνει νερό από άλλο άκρο. Στη συνέχεια, όταν το σωληνοειδές είναι ενεργοποιημένο, η τιμή ανοίγει και το νερό ρέει έξω. Η εργασία μπορεί να απεικονιστεί στο παρακάτω βίντεο.

Ελπίζω να καταλάβατε το έργο και να σας άρεσε να το φτιάξετε, αν είχατε αντιμετωπίσει κάποιο πρόβλημα, μπορείτε να τα δημοσιεύσετε στην ενότητα σχολίων ή να χρησιμοποιήσετε το φόρουμ για τεχνική βοήθεια.