电磁铁驱动
电磁铁对外产生的磁场与流过的电流之间,在电磁铁没有饱和之前大体呈现线性关系。如果忽略磁滞、磁饱和等非线性的特点,可以通过控制流经电磁铁的电流来控制它的电磁吸引力。
本文通过理论分析和实验来研究,在单管驱动电磁铁的情况下:
- 流经电磁铁的电流与占空比之间的关系。
- 增加续流电阻 Rf 如何影响电磁铁与占空比之间的线性性。
通过这些分析,为后面使用电磁铁做控制建立下很好的数学关系和电路设计参数。
01 实验研究
先通过实验研究,获得在一般情况下单管晶体管驱动电磁铁的占空比与流经电流之间的关系,然后在后面进行理论分析。
在实验中,使用 线性霍尔[1] 器件来测量电磁铁的铁芯磁场来间接反映电流的大小。
1. 实验中的元器件
(1) 功率晶体管
使用在 磁悬浮地球仪拆解[2] 中拆卸下的中功率 NPN 晶体管 D882 作为实验中的三极管。
(2) 续流二极管
使用 20ETF06S[3] 作为电路中的续流二极管。
使用万用表测量 20ETF06S 的二极管前向导通电压为:0.351V。
(3) 线性 HALL
使用 线性 HALL 3503[4] 测量电磁铁的磁芯磁场。
(4) 单片机板
使用 集成两路 MAX1169 的 STC8G1K08 模块,带有两路 PWM 输出[5] 中的单片机实验模块所产生的 PWM 以及 16-bitAD 转换器来测量 HALL 的输出。
(5) 电磁铁
使用所使用的电磁铁包括以下几种。
- 在 磁悬浮地球仪拆解[2] 中的电磁铁和 HALL 框架;
- 在 使用 STC8H1K28 控制微型磁悬浮[6] 中的继电器的磁铁;
- 使用一款在 TB 购买的 电磁铁[7] 作为测量对象。
- 基本参数: 电阻 R=16Ω;电感(1kHz)L=13.37mH。
2. 实验电路
使用 低价电阻箱 - 阻值测试[8] 作为 R1,用于动态调整 R1。在面包板上将实验电路搭建起来。
选择 VCC 为 12V 电压。测量单片机发送的 PWM 波形以及 T1 集电极电压波形如下,大体验证实验电路工作正常。
3. 测试数据
(1) 测试购买的电磁铁