Питание электромагнитных исполнительных устройств ШИМ-ом. В чем фишка? Опции

[bbb]

Смотрел схемы различных зарубежных устройств управления электромагнитами, клапанами и т.п..
И удивился, что буржуи часто соленоиды запитывают ШИМ-ом. Т.е. силовым MOSFET-ом с некоторой частотой (до 4 кГц) подают и снимают питание с соленоида

Кто сталкивался расскажите: в чем минусы и плюсы такого решения?

"Плюс" как я понимаю это то, что можно менять среднее значение тока.
Но, как мне кажется, частота 4кГц тока достаточно немаленькой величины (1ампер), гуляющая по проводам и соленоиду будем создавать помехи, акустический шум, вибрации.
Что в конечно счете приведет к быстрому выходу из строя

[ШСА]

Кто сталкивался расскажите: в чем минусы и плюсы такого решения?

Предполагаю, что это сделано для экономии электроэнергии, а также для снижения диаметра провода обмотки (т.е. габаритов устройства и тепловыделения на нём).
В начальный момент ток максимален, а после того, как электромагнит "сработал" (т.е. зазор в его магнитной системе стал минимальным), снижают до тока удержания.

Сообщение отредактировал ШСА - Feb 17 2016, 21:24

[uriy]

Тоже приходит в голову что только для экономии энергии.
В одном устройстве делали подобное для экономии энергии на обмотках реле.
Но у нас там был не ШИМ а просто два напряжения. Одно для гарантированного срабатывания, второе поменьше для удержания.

[ViKo]

Ключ будет открываться-закрываться с частотой 4 кГц, а ток через катушку будет идти почти постоянный, средний.

[AlexandrY]

Смотрел схемы различных зарубежных устройств управления электромагнитами, клапанами и т.п..
И удивился, что буржуи часто соленоиды запитывают ШИМ-ом. Т.е. силовым MOSFET-ом с некоторой частотой (до 4 кГц) подают и снимают питание с соленоида

Кто сталкивался расскажите: в чем минусы и плюсы такого решения?

4 кГц это что-то не то.

Применяют 16-20 кГц, чтобы было не слышно.
И ШИМ модулятор ставят прямо на соленоид, иначе действительно не сертифицируют.
Напряжения там генерируются микроконтроллером в определенной последовательности в зависимости от приложения и допустимой вероятности отрыва якоря.
Из-за микроконтроллера регламинтируется минимальное напряжения питания, кстати.

Втягивающий импульс в 4-е раза превышает номинальный безопасный ток, чтобы гарантировать момент силы на больших дистанциях хода якоря.
Соленоиды с малым ходом, например в двигателях вообще не имеют никакого ШИМ-а и управления.

Продвинутые соленоиды еще и бесконтактным способом следят за положением якоря одновременно с ШИМ-ом.

А 4 кГц это возможно чтобы еще служить и аудио-сигналом, или такая частота применяется из-за технических проблем с генерацией более высокой частоты.
Чем ниже частота тем конечно больше вибрация и износ обмотки.

[bbb]

В одном устройстве делали подобное для экономии энергии на обмотках реле.
Но у нас там был не ШИМ а просто два напряжения. Одно для гарантированного срабатывания, второе поменьше для удержания.

Мы тоже так всегда и делали. Это "классика" управление реле, контакторами, соленоидами, клапанами и т.п..
При этом наводки на сигнальные цепи датчиков происходят только в момент коммутации.
А при питании соленоидов ШИМом если их под тысячу штук и более наверное помеховая обстановка создается просто адская.
Тем не менее полазив по сайтам фирм, производящих платы управления индуктивными нагрузками, обнаружил, что идет тенденция перехода питания с постоянного напряжения на ШИМ.
Народ! Кто-нибудь из вас пробовал питать индуктивные нагрузки (клапана, электромагниты и т.п.) на объектах, где этих нагрузок под сотню и более?
Проблем никаких не возникало?

Ключ будет открываться-закрываться с частотой 4 кГц, а ток через катушку будет идти почти постоянный, средний.

Не совсем так. Все зависит от соотношения периода ШИМ и электромагнитной постоянно времени тай электромагнита

Тоже приходит в голову что только для экономии энергии.

А может ещё для измерения индуктивности?
Т.е. меряем постоянную времени и по ней вычисляем индуктивность.
Зачем?
Чтобы понять что:
1) Нагрузка в норме (нет межвитковых замыканий и т.п.)
2) Регистрировать движение штока в клапане (когда шток меняет положение - инуктивность меняется)

4 кГц это что-то не то.
Применяют 16-20 кГц, чтобы было не слышно.

Даже если не слышно я читал, что ультразвук воздействует на психику человека. Вызывая психозы, приступы уныния и депрессии и неконтролируемую агрессию.
Т.е. по любому находится человеку в помещении где тысяча соленоидов запитываются 16-ти килогерцовым ШИМ-ом, ИМХО, нежелательно

Сообщение отредактировал Herz - Feb 19 2016, 11:49

[alexvu]

Если электромагнит зашунтирован диодом, то помех особо и не будет.
Ну что такое 2А, если рядом идут линии на десятки А 380В, и ничего.
Кстати, не только экономится электричество, но и можно делать меньшего размера катушку, которая при большом напряжении перегрелась бы.
А насчет вреда ультразвука - то в пром. помещениях, где куча соленоидов, как правило и так шума вредного выше крыши.

[Ga_ry]

Я когда-то имел непродолжительное время отношение к релейному оборудованию АТС в частности АТСК50/200.
Вы спросите и что с того? Причем тут ШИМ и пр.
Отвечу, там есть узел в абонентском комплекте, который отвечает за прием вызывного сигнала. Вызывной сигнал формируется с частотой 25 Гц и специальное реле одна из обмоток которого закорочена вместо того чтобы вибрировать срабатывает и держит якорь замкнутым пока идет вызывной сигнал. Схемных подробностей уже не вспомню, но обычное реле без такой короткозамкнутой обмотки "тарахтит" своим якорем с частотой сигнала.

[AlexandrY]

Кстати, не только экономится электричество, но и можно делать меньшего размера катушку, которая при большом напряжении перегрелась бы.

Катушку меньше не сделаете. Меньше катушка - меньше сила.
Попытаетесь поднять напряжение получите перегрев. ШИМ тут не имеет преимуществ по сравнению с регуляторами постоянного напряжения.

Насчет ультразвука, то я вспоминаю развертку мониторов и телевизоров, которая работала кстати в режиме с прерывистым током, т.е. очень интенсивный ультразвук.
Что-то общество даже не заметило как вокруг утих ультразвук с переходом на LCD мониторы. Все те же уныние и депрессия в офисах.

[bbb]

Если электромагнит зашунтирован диодом, то помех особо и не будет.
Ну что такое 2А, если рядом идут линии на десятки А 380В

Не. У нас "рядом идут" линии с микровольтовыми сигналами

Насчет ультразвука, то я вспоминаю развертку мониторов и телевизоров, которая работала кстати в режиме с прерывистым током, т.е. очень интенсивный ультразвук.
Что-то общество даже не заметило как вокруг утих ультразвук с переходом на LCD мониторы. Все те же уныние и депрессия в офисах.

Ну хорошо. Допустим люди хорошо переносят ЭМП с частотой в несколько кГц.
А сигнальные линии?

[Сергей Борщ]

На ваш вопрос "зачем так делается" вам уже ответили. Если это решение конкретно вам не подходит - не используйте. Провоцировать участников на пустую дискуссию не нужно.

[Iptash]

А может для экономии меди? Для переменного тока число витков меньше. Если последовательно включить конденсатор, то на резонансной частоте сигнал будет близко к синусоиде. Или ошибаюсь?

[Iptash]

И еще, наверное самое главное.) Когда втягивается сердечник солиноида, индуктивность увеличивается и соответственно индуктивность увеличивается и резонансная точка смещается и рабочий ток уменьшается. Сразу двух зайцев убиваем.

[bbb]

На ваш вопрос "зачем так делается" вам уже ответили. Если это решение конкретно вам не подходит - не используйте. Провоцировать участников на пустую дискуссию не нужно.

Вы уверены, что это правильный ответ и что это единственное для чего "буржуи" питают соленоиды ШИМ-ом?
Мне бы Вашу уверенность.
Поэтому хотелось бы услышать хотя бы 3-4 разных мнения, прежде чем делать выводы

И еще, наверное самое главное.) Когда втягивается сердечник солиноида, индуктивность увеличивается и соответственно индуктивность увеличивается и резонансная точка смещается и рабочий ток уменьшается. Сразу двух зайцев убиваем.

Я об этом писал, что возможно "буржуи" питают катушки клапанов ШИМ-ом, чтобы кроме питания ещё и мониторить:
:

1) Нагрузка в норме (нет межвитковых замыканий и т.п.)
2) Регистрировать движение штока в клапане (когда шток меняет положение - инуктивность меняется)

Никто не слышал ничего об этом?

[Iptash]

Не для мониторинга, а для автоматического уменьшения тока катушки. Это я имел ввиду. А мониторить включен или не включен, проще контактом на солиноиде.

[bbb]

А мониторить включен или не включен, проще контактом на солиноиде.

Покажите мне, где я писал про мониторинг "включен/не включен"?
P.S. Прежде чем отвечать - прочитайте до конца на что Вы отвечаете.
P.P.S. по поводу "проще": Иная простота - хуже воровства

[Iptash]

bbb зачем без повода нервничать? Я где то написал, что вы написали-нужно мониторить вкл/выкл. Читайте внимательно, я рассуждаю по теме в месте с вами и не берите близко к сердцу. А простота она нам жизнь облегчает.

[bbb]

Смотрел схемы различных зарубежных устройств управления электромагнитами, клапанами и т.п..

Вот к примеру картинка из даташита



Таких картинок полно на буржуйских сайтах, занимающихся коммутаций индуктивных нагрузок.
Более того. Они мониторят обратный выброс на стабилитроне, чтобы проверять исправность цепи защиты от перенапряжения.

С учетом мной вышесказанного я на 70% уверен, что ШИМ используется не только для управления величной тока удержания, но ещё для мониторинга движения штока в клапане, отсутствия межвитковых замыканий в катушке, исправность цепи защиты от обратного выброса напряжения

Сообщение отредактировал Herz - Feb 21 2016, 12:21

[AlexandrY]

Таких картинок полно на буржуйских сайтах, занимающихся коммутаций индуктивных нагрузок.
Более того. Они мониторят обратный выброс на стабилитроне, чтобы проверять исправность цепи защиты от перенапряжения.

А , вот оно откуда 4 кГц.
Вы речь ведете о соленоидах в автоматических трансмиссиях.
Тема конечно интересная, но как бы немного далека от классических соленоидов.
В трансмиссиях соленоиды работают весьма медленно и довольно специфично.

Для этого у нас есть раздел автоэлектроника.

Кстати, кто бы объяснил зачем в трансмиссионных соленоидах нужен некий "Programmable superimposed dither"?

[khach]

Буржуи на современной электронике уходят от двухобмоточных схем. Когда одна обмотка- втягивающая, а вторая- удерживающая. Я с этим столкнулся в управляемых вакуумных вентилях большого сечения. Там силы на соленоиде велики. Поэтому в древности всегда было две обмотки, а после втягивания концевик переключал втягивающую обмотку на удерживающую.
А сейчас начали применять однообмоточные с ШИМ. Низкая частота обусловленная возможным собственным резонансом обмотки- емкость у нее тоже большая. Чтобы не "пело"- обмотки пропитанные. Ну и ШИМ позволяет использовать только одно стандартное напряжение питания (обычно общепромышленное для автоматики 24 или 48 В). А управление идет по RS485 или по CAN. Сейчас промышленный эзернет стали делать. Т.е ради одного соленоида- уже нода полноценная. Зато с кабелями путаницы меньше.

[bbb]

А управление идет по RS485 или по CAN. Сейчас промышленный эзернет стали делать. Т.е ради одного соленоида- уже нода полноценная. Зато с кабелями путаницы меньше.

Управление чем?
Клапаном? Т.е. на сам клапан вешают платку "драйвер клапана"?

Сейчас промышленный эзернет стали делать.

Ага. EtherCAT, PowerLink и SERCOS III

Зато с кабелями путаницы меньше.

Это да. Посадил на один кабель 64 клапана и не паришься,
Можно для надежности закольцевать сеть

Вы речь ведете о соленоидах в автоматических трансмиссиях.
Тема конечно интересная, но как бы немного далека от классических соленоидов.
В трансмиссиях соленоиды работают весьма медленно и довольно специфично.

Для этого у нас есть раздел автоэлектроника.

Электромагнитные клапана не только в автоэлектронике использются.
На многих предприятиях пневматика и гидравлика работает.
К примеру, у нас на предприятии работают около 10 тыс клапанов

Сообщение отредактировал bbb - Feb 21 2016, 14:03

[khach]

Управление чем?
Клапаном? Т.е. на сам клапан вешают платку "драйвер клапана"?

Да, одни клапан-один контроллер. Например:
http://www.vatvalve.com/products/catalog/B/615_1_I
Бывает и групповое управление- коробочка с Эзернетом и 8- 16 клапанов к ней обычными проводами. Но там не только провода соленоида, но и обратка от концевиков состояния клапана.

[AlexandrY]

Да, одни клапан-один контроллер. Например:
http://www.vatvalve.com/products/catalog/B/615_1_I
Бывает и групповое управление- коробочка с Эзернетом и 8- 16 клапанов к ней обычными проводами. Но там не только провода соленоида, но и обратка от концевиков состояния клапана.

Ну и где там соленоид?
Ясно же написано, что это позиционно управляемый клапан.
Там явно стоит движок, а не соленоид.

[khach]

Ну и где там соленоид?
Ясно же написано, что это позиционно управляемый клапан.
Там явно стоит движок, а не соленоид.

В этом -движок. А соленоидного я тип просто не помню. Меняли по гарантии, я его в руках покрутил, подивился на чудо техники.
как вариант именно соленоидов- festo VTSA, можно он 1 до 16 клапанов на контроллер ставить.

[bbb]

Т.е. это троированное УСО с управлением по EtherCAT?

А схемку можно глянуть?

А исправность стабилитрона там мониторится?