Zasilanie małej cewki prądem przemiennym

[Lolek]

Drodzy Robotycy!

Uprzejmie proszę Was o fachową pomoc.

Moja wiedza z zakresu elektryki sprowadza się jedynie do tego, że jestem w stanie zaobserwować kiedy prąd mnie kopnie a kiedy nie...

Poszukuję metod zasilania małej cewki (o średnicy ok.5 mm, wstępne egzemplarze, które wykonałem miały oporność rzędu 50 Ohm) prądem przemiennym - o niskim napięciu i natężeniu.

Tytułowa ceweczka poruszać się będzie pomiędzy dwoma magnesami stałymi.

Muszę mieć możliwość regulacji pracy takiego układu, jego częstotliwości i mocy.

Co muszę zrobić? Co zakupić? Co sklecić?

Na dziś dysponuję np.: generatorem na NE555, regulatorem AVT1007, sterownikiem do serwomechanizmów - czy coś z tego się przyda?

Oczywiście typowy zasilacz też sie znajdzie, tyle, że to jest prąd stały...

Będę bardzo wdzięczny za okazaną pomoc!

Moderatorów przepraszam jeśli umieściłem to zapytanie w niewłaściwym dziale.

[marek1707]

To wydaje się proste, ale musisz podać więcej cyfr. Co to znaczy niskie napięcie, niskie natężenie i jaki zakres częstotliwości Cię interesuje. Co rozumiesz przez regulację mocy? Chodzi o amplitudę wychyleń? Koniecznie napisz konkretne liczby lub zakresy.

50Ω to sporo jak na (małą?) cewkę o średnicy 5mm. Ile tam jest zwojów i jakiego drutu? Od tego zależy indukcyjność a od niej zależy prędkość narastania prądu więc i prędkość całości przy danym napięciu zasilania.

W najprostszym przypadku wystarczy 555 z kondensatorem na wyjściu.

W przypadku bardzo małych częstotliwości, gdy cewka będzie w stanie w czasie jednego okresu napięcia przejechać całą drogę między magnesami, zaczyna mieć znaczenie kształt napięcia/prądu. Jeśli zrobisz prostokątny czyli błyskawicznie przełączany z jednej wartości skrajnej w drugą (tak najłatwiej, np. 555), cewka będzie nagle przeskakiwać między położeniami skrajnymi z prędkością zależną od jej masy i sił magnetycznych. Napisz o jaki ruch Ci chodzi albo do czego to jest. Można zrobić dowolny kształt prądu: sinusoidalny - wtedy cewka będzie poruszać się płynnie jak wahadło, piłokształtny - wtedy będzie powoli, jednostajnie jechać w jedną stronę a wracać szybko, trójkątny - wtedy będzie przesuwać się tak samo liniowo w obie strony itd..

Czy możesz narysować układ mechaniczny jaki sobie wymyśliłeś?

[Lolek]

Bardzo dziękuję za pierwszą odpowiedź!

Otóż. Tym dość specyficznym układem mam zamiar napędzać pewną membranę. Powodować jej rytmiczne wychyły. Cewka jest dość płaska (ok.1 mm) tak aby możliwie wpasować się w grubość membrany.

Problemem jest słaba siła pola w początkowym momencie ruchu gdyż magnesy stałe są w oddaleniu paru milimetrów. Dlatego występują w parze - niejako jeden ciągnie drugi pcha. Stąd wynika potrzeba cyklicznej zmiany biegunowości.

Pomierzona oporność cewki jest prawdopodobnie błędna. Mam słaby miernik...

A propos. Z jakiego drutu nawijać? Cieńkiego i dużo zwojów czy lepiej grubszy kosztem mniejszej ilości nawinięć?

Co do charakterystyki prądu...

Oczywiście byłoby pięknie mieć możliwość wyboru nie tylko prostokątnego przebiegu. Na razie mam tylko wspomniany 555. Jaki generator zakupić dla wersji poszerzonej?

Jeszcze o parametrach i liczbach...

Zaczynam od zera. Ta cyfrę dobrze znam. Wszystkie inne poznaję w boju...

Nawinięte ceweczki, z drutu 0.17, potrafiły się zagotować gdy dłużej przyjęły prąd z dwóch paluszków. Co oczywiste. Dlatego muszę mieć kontrolę nad napięciem/prądem oraz czasem trwania impulsu.

Mam wspomniany regulator z avt. Jeśli dobrze rozumiem, to tam leci przemienny. Tyle że dużej mocy. Czy nie można by tego po prostu zdławić mocnym opornikiem? Niejako obniżyć cały zakres w dół.

[marek1707]

Szkoda, że nie wrzuciłeś rysunku i nie napisałeś co to naprawdę będzie. Rzeczy nagle stają się oczywiste. Błędy również.. Być może rozwiązania takiego układu (mechanicznego) są już gotowe. Przecież np. każdy głośnik dynamiczny ma taką cewkę zawieszoną w jednorodnym i bardzo silnym polu magnetycznym. Wszystko gotowe. Wychylenia nawet rzędu ±1cm są w zasięgu głośnika o średnicy 30cm. Nawet jeśli nie chcesz głośnika jako takiego (bo np. jest stożkowy a Ty chcesz na membranie rozsypywać piasek i dostawać śliczne, ruchome mandale) to można wtedy płaską powierzchnię sprząc mechanicznie z umieszczonym pod spodem dużym głośnikiem basowym. Czy w ogóle chodzi o akustykę i wrażenia słuchowe, czy to jakaś przesłona do czegoś gdzie ważne jest precyzyjne wychylenie, jakie siły będzie ta mechanika przenosić itd..

W takim pomyśle ważne jest wszystko, bo wszystko od wszystkiego zależy i każda decyzja determinuje w jakiś sposób resztę:

1. Pole magnetyczne. Zastanów się jak zrobić, by pole było silne i jednorodne. Linie sił pola magnetycznego nie lubią zamykać się przez powietrze. Stanowi ono dla tego pola duży "opór". Dlatego warto wprowadzić obwody magnetyczne z blachy stalowej. Każdy przekaźnik, każdy głośnik i każdy silnik ma takie elementy. Powinieneś zmusić pole, by przez powietrze przechodziło tylko tam gdzie tego potrzebujesz - w pobliżu cewki. Narysuj to sobie. Dwa magnesy oddalone od siebie to zły pomysł już na starcie.

2. Mechanika. Dlaczego to cewka ma się ruszać? Czy nie można sytuacji odwrócić i zmusić do ruchu magnes umieszczony na membranie? Stała cewka jest łatwiejsza do zrobienia, wyprowadzenia się nie urywają no i jej masa nie determinuje dynamiki ruchów.

3. Od sposobu nawinięcia cewki zależy jej opór, ale także indukcyjność. Te dwie wartości razem mówią Ci o tym jak nią będziesz sterować i ile z niej "wyciśniesz". Możesz to zrobić bardziej " prądowo" jak cewki głośników (mało zwojów grubego drutu) albo "napięciowo" - cewki małych przekaźników (dużo zwojów cienkiego drutu). Im cewka będzie miała większy opór tym więcej ciepła będzie generować przy tym samym prądzie. Od konstrukcji cewki i stawianym jej wymaganiom (siła, przesunięcie, częstotliwość górna) zależy elektronika. Nie każda będzie pasowała do każdej cewki. Cewka działa najlepiej gdy jej długość (liczona wzdłuż osi walca) jest lekko większa (np. o 50%) niż średnica. Nie bez powodu większość elektromagnesów i uzwojeń przekaźników jest właśnie taka. Właśnie, możesz wykorzystać gotową cewkę z przekaźnika za grosze, ale póki nie znamy tego projektu lepiej, nie wiadomo który dobrać.

4. Elektronika. W najprostszym przypadku bierzesz 555, liczysz go dla wybranego zakresu częstotliwości, starasz się by generator dawał przebieg symetryczny (tyle samo stanu wysokiego co niskiego) a wyjście układu sprzęgasz z cewką przez duży kondensator. To wycina składowa stałą i masz prąd przemienny. To ma wszelkie wady i zalety i prostego układu (tani, szybki w zbudowaniu, małe szanse na eksperymenty, działa i tyle, ograniczona moc) i sygnału prostokątnego (konwulsyjne ruchy cewki od lewa do prawa). Możesz wykorzystać gotowe moduły wzmacniaczy audio, ale te kończą się (od dołu) na 10-20Hz więc trzeba by je przerabiać. Możesz zbudować coś własnego analogowego (scalak wzmacniacza mocy, wzmacniacz operacyjny plus tranzystory itp) lub cyfrowego (mostek H sterowany PWM jak typowy silnik - są tanie gotowe moduły, ale wymagają podłączenia Arduino i napisania kawałka programu). Konkretne rozwiązanie będzie zależało od cewki i pożądanych parametrów wyjściowych (prąd, napięcie, częstotliwości). Rozumiem, że łatwo Ci podać zero jako dolną granicę, ale chociaż oszacuj górę. Przecież chyba wiesz do czego to jest i możesz powiedzieć, czy będzie to 10Hz, 1kHz czy 100kHz a to bardzo wiele zmienia. Regulator AVT nie nada się. Jest przystosowany do 50Hz a moc reguluje przez wycinanie fragmentów sinusoidy, wyjściowy przebieg jest mocno odkształcony i nadaje się do silnika z ogromną bezwładnością, gdzie liczy się wartość skuteczna napięcia.

[Polecacz 101]

Produkcja i montaż PCB - wybierz sprawdzone PCBWay!
   • Darmowe płytki dla studentów i projektów non-profit
   • Tylko 5$ za 10 prototypów PCB w 24 godziny
   • Usługa projektowania PCB na zlecenie
   • Montaż PCB od 30$ + bezpłatna dostawa i szablony
   • Darmowe narzędzie do podglądu plików Gerber
Zobacz również » Film z fabryki PCBWay

[Lolek]

Ponownie wielkie dzięki za odpowiedź!

Poniżej zamieszczam rysunek sytuacyjny...

A w nim:

1. Nieszczęsna ceweczka ( bądź magnes...), przypominam, że co by to nie było, to musi być "plaskate" - średnicy paru milimetrów a grubości jedynie około milimetra

2. Cienka membrana o grubości około jednego milimetra

3. Magnesy (bądź cewki...)

4. Ścianka obudowy, można miejscowo zejść z grubości nawet do 0.1 mm

Wychył membrany, jej pełna amplituda, musi być w ok. 80% wymiaru pomiędzy ściankami obudowy.

Czyli jeśli całego miejsca jest np. 10 mm to amplituda winna mieć powiedzmy 8 mm, co oznacza 4 mm w jedną ze stron od położenia neutralnego.

Przepraszam, jeśli opis wydaje się nadal zagmatwany... Proszę mieć wyrozumiałość.

Wracając do ad remu.

Owszem, to jest dylemat czy ruszamy cewka czy magnesem.

Początkowo wybrałem to pierwsze rozwiązanie, gdyż wystarczy zrobić tylko jedną sztukę i nie będę miał problemów z jej zasileniem - chodzi o prowadzenie przewodu. Magnesy daję dwa, mogą być znacznie większe, mam swobodę w tej kwestii.

Jeśli pozostanie to rozwiązanie to nadal nie wiem jakiego drutu używać. I jaki materiał (skąd go zdobyć) wprowadzić jako rdzeń? Jaka winna być jego wielkość względem samej cewki?

Co do zasilania.

Odwiedziłem jedną z siedzib nowego elektronika... W tym magicznym miejscu poznałem, stojąc w kolejce, niezwykle miłego i kompetentnego pana, który mi doradził zastosowanie wzmacniacza audio... Z rady tej skorzystałem zakupując układ na lm386... Żadnych generatorów i tak nie mieli...

I teraz. Jeśli na sygnale wejściowym dam mu to co mi wypluje ne555, to na wyjściu dostanę piękna sinusoidkę? Dobrze kombinuję?

Byłoby cudownie!

[marek1707]

OK, ciężko idzie wyciąganie informacji, ale lepsze tyle niż nic. Trochę nie rozumiem tego typu oporów. Wymyślając jakiś układ dobrze jest wiedzieć wszystko o jego zastosowaniu bo inaczej istnieje poważne niebezpieczeństwo, że można przeoczyć coś bardzo ważnego, co zdyskwalifikuje rozwiązanie. Za to wiedząc dużo można z góry powiedzieć czy dany pomysł sprawdzi się czy nie i zaproponować taki, który zadziała od pierwszego razu.

O wzmacniaczu audio pisałem - to tanie rozwiązanie mające jednak pewną wadę. Scalaki typu 386 mają jedno wyjście, które sprzęgane jest z obciążeniem (np. głośnikiem) przez kondensator. To działa tylko do pewnej niskiej częstotliwości, poniżej której już nie. W technice audio to nie jest problem, ale jeśli zależy Ci na stałych odchyleniach (od 0Hz) to taki wzmacniacz audio samodzielnie nie zadziała. Generalnie jakieś decyzje o użyciu takiego czy innego scalaka na tym etapie zupełnie nie mają znaczenia. Kiedy już uzgodnimy parametry, na poczekaniu można wymyślić odpowiedni schemat. Wciąż nie napisałeś jaka jest górna granica częstotliwości, czy membrana będzie napotykać jakiś opór oprócz własnej sprężystości (jak duże będą siły starające się ją powrócić do neutrum?), statyczny czy dynamiczny. Od tego wszystkiego zależy siła jaką musisz wygenerować a więc tak konstrukcja cewki jak i elektroniki.

Hm, nie wiem co Ci poradzić. Może nie ma sensu kombinować, skoro i tak na początku musisz ogarnąć podstawy. Jeśli nie rozumiesz zasad konstruowania obwodów magnetycznych i (prawdopodobnie) nie odróżniasz indukcji w cewce od jej od indukcyjności to może powinieneś się choć raz sparzyć? Może to dobry moment?

Bipolarny 555 ma silne wyjście (o ile pamiętam 200mA) więc może wysterować niewielką cewkę. Masz wtedy prostokąt, ale może to wystarczy. Z 386 możesz bez problemu zbudować generator, tak prostokątny jak i sunusoidalny - w końcu to wzmacniacz czyli podstawowy człon generatora. Poszukaj hasła "LM386 sine wave generator" lub czegoś podobnego.

Moim zdaniem mostek H sterowany z procesora sprawdziłby się nieźle pod warunkiem, że wiedzielibyśmy więcej o aplikacji. To rozwiązanie najbardziej uniwersalne, ale trzeba je oprogramować. W pracach doświadczalnych czasem warto zbudować coś przewymiarowanego choćby tylko po to, by za chwilę nie musieć przebudowywać układu do zmienionej koncepcji. Oczywiście w układzie czysto analogowym także da się zrobić wszystkie regulacje: częstotliwości i amplitudy. Gdybyś chciał zrobić to w ten sposób, musisz szukać wzmacniaczy audio tzw. mostkowych, bo te umożliwiają dwukierunkowe sterowanie prądem bez kondensatorów wyjściowych. W technice car audio są one powszechne, choć z innego powodu.

Zaczynanie takiego projektu od średnicy drutu jest rozpoczynaniem podróży od kupowania zakładki do książki. Musisz albo: a) nawinąć kilka różnych cewek różnymi drutami z różną liczbą zwojów i przekonać się na własne oczy jaki to ma wpływ, b) poczytać o natężeniu pola, indukcji, przenikalnościach magnetycznych, rdzeniach itp, policzyć choć zgrubnie całość i wykonać jedną cewkę, c) zlecić to komuś. Wybieraj.

Jeśli kompletnie się na elektronice nie znasz, musisz kupić coś gotowego lub zbudować coś bardzo prostego. Z gotowców nic mi nie przychodzi do głowy, hm, może jakiś generator? Historyczna kostka Intersila produkuje trzy różne kształty przebiegów:

http://gotronik.com/2016/08/25/generator-funkcyjny-icl8038/

Do tego wzmacniacz? A niechby i ten LM386. Zbuduj, pobaw się.. Znajdź ograniczenia, przemyśl. Może po takich pierwszych próbach będziesz wiedział więcej.

[Lolek]

Jest postęp w sprawie, żeby nie napisać progres... 😉

Wedle wszystkich rad pożeniłem ne555 z lm386. Testowo podpiąłem do głośniczka 8 ohm. No i uroczo to brumi i piszczy!.. 😎 oczywiście wedle życzenia operatora.

Interesować mnie będą zakresy niskie, powiedzmy od 0 do okolic 100Hz. Głośnik i tak za bardzo się w tym obszarze nie czuje, ale interpretuje sobie ten sygnał po swojemu, coś tam dudniąc.

To tymczasowa prowizorka aby rozeznać się z naturą zjawisk i problemów. Zamawiam generator funkcyjny z gotronika. Także sprawa rozwojowa...

Pozdrawiam wszystkich śledzących temat. Gdy jakieś kształtne wyniki się pojawią będą przedstawione drogim Forumowiczom.

[ Dodano: 15-11-2017, 00:09 ]

Wystąpił jeden ze spodziewanych problemów, a jakże...

Sygnał wychodzący że wzmacniacza jest słabiutki: 0.2V i 30mA. Dlatego efekt działań cewki jest bardzo delikatny. Co nie zmienia faktu, że instrumentum działa!

Gdy podpinałem ją bezpośrednio do generatora było znacznie lepiej bo jest wyższy woltaż, no ale wtedy wychyły tylko w jedną ze stron...

Tak więc muszę teraz zwiększyć moc wzmacniacza.

A docelowy generator funkcyjny również będzie wymagał zwiekszenia mocy. C.B.D.O.

P.S.

Poznawanie zdobyczy elektrotechniki przynosi mi radość w wymiarze znanym chyba tylko z lat dziecinnych...