Circuit conductor solenoide

Els solenoides són actuadors molt utilitzats en molts sistemes d'automatització de processos. Hi ha molts tipus de solenoides, per exemple, hi ha electrovàlvules que es poden utilitzar per obrir o tancar línies de canonades d’aigua o gas i hi ha pistons solenoides que s’utilitzen per produir moviment lineal. Una aplicació molt comuna del solenoide amb la qual ens hauríem trobat la majoria és la campana de la porta ding-dong. El timbre de la porta té una bobina de solenoide del tipus èmbol al seu interior, que quan s’alimenta per una font d’alimentació de CA farà moure una petita vareta cap amunt i cap avall. Aquesta vareta impactarà contra les plaques metàl·liques col·locades a banda i banda del solenoide per produir un so calmant del ding ding.

Tot i que hi ha molts tipus de mecanismes solenoides disponibles, el més bàsic continua sent el mateix. És a dir, té una bobina enrotllada sobre un material metàl·lic (conductor). Quan la bobina s’energia, aquest material conductor és sotmès a algun moviment mecànic que després s’inverteix mitjançant un ressort o un altre mecanisme quan es desconnecta. Com que el solenoide implica una bobina, sovint consumeixen una gran quantitat de corrent, per la qual cosa és obligatori disposar d'algun tipus de circuit conductor per accionar-lo. En aquest tutorial aprendrem com construir un circuit conductor per controlar una electrovàlvula.

Materials necessaris

• Electrovàlvula
• Adaptador de 12V
• 7805 IC regulador
• MOSFET IRF540N
• Diodo IN4007
• 0.1uf Capacitat
• Resistències 1k i 10k
• Connexió de cables
• Taula de pa

Què és i com funciona un solenoide?

Un solenoide és un dispositiu que converteix l’energia elèctrica en energia mecànica. Té una bobina enrotllada sobre un material conductor, aquesta configuració actua com un electroimant. L’avantatge d’un electroimant sobre l’imant natural és que es pot activar o desactivar quan es requereixi alimentant la bobina. Així, quan la bobina s’energia, segons la llei actual, el conductor que porta el corrent té un camp magnètic al seu voltant, ja que el conductor és una bobina, el camp magnètic és prou fort per magnetitzar el material i crear un moviment lineal.

Durant aquest procés, la bobina atrau una gran quantitat de corrent i també produeix problemes d'histèresi, per tant no és possible conduir una bobina de solenoide directament mitjançant un circuit lògic. Aquí fem servir una electrovàlvula de 12V que s’utilitza habitualment per controlar el flux de líquids. El solenoide extreu un corrent continu de 700 mA quan s’alimenta i un pic d’aproximadament 1,2 A, de manera que hem de tenir en compte aquestes coses en dissenyar el circuit conductor d’aquesta electrovàlvula en particular.

Esquema de connexions

A la imatge següent es mostra el diagrama complet del circuit del controlador de solenoide. Comprendrem per què està dissenyat així, un cop feta una ullada al circuit complet.

Com podeu veure, el circuit és molt senzill i fàcil de construir, per tant, podem provar-ho mitjançant una petita connexió de taulers de suport. Un solenoide es pot encendre fàcilment alimentant 12V a través dels seus terminals i apagar-lo apagant-lo. Per controlar aquest procés d’encès i apagat mitjançant un circuit digital, necessitem un dispositiu de commutació com el MOSFET i, per tant, és el component important d’aquest circuit. Els següents són els paràmetres que heu de comprovar mentre seleccioneu el MOSFET.

Voltatge del llindar de la font de la porta V _{GS (th)}: és el voltatge que s’ha de subministrar al MOSFET per engegar-lo. Aquí el valor de la tensió llindar és de 4 V i subministrem una tensió de 5 V que és més que suficient per encendre el MOSFET completament

Corrent de drenatge continu: el corrent de drenatge continu és el corrent màxim que es pot deixar fluir a través d’un circuit. Aquí el nostre solenoide consumeix un corrent màxim màxim d’1,2A i la qualificació del nostre MOSFET és de 10A a 5V Vgs. Per tant, estem més que segurs amb la qualificació actual del MOSFET. Sempre es recomana tenir alguna diferència marginal superior entre el valor real i el valor nominal del corrent.

Resistència a l'estat de la font de drenatge: quan el MOSFET està completament engegat, té una certa resistència entre el pin de drenatge i la font, aquesta resistència s'anomena com la de l'estat. El valor d'això hauria de ser el més baix possible, en cas contrari, hi haurà una caiguda de tensió enorme (llei d'ohms) a través dels pins que donarà lloc a una tensió insuficient perquè el solenoide s'encengui. El valor de la resistència en estat aquí només és de 0,077Ω.

Podeu consultar el full de dades del vostre MOSFET si esteu dissenyant el circuit per a alguna altra aplicació de solenoide. Es fa servir un regulador lineal 7805 IC per convertir l’alimentació d’entrada de 12V a 5V; aquesta tensió es dóna al pin de porta del MOSFET quan es pressiona l’interruptor mitjançant una resistència de limitació de corrent d’1K. Quan no es prem l'interruptor, el passador es porta cap a terra a través d'una resistència de 10 k. Això manté el MOSFET apagat quan no es prem l'interruptor. Finalment, s’afegeix un díode en direcció anti-paral·lela per evitar que la bobina del solenoide es descarregui al circuit de potència.

Funcionament del circuit de control de solenoide

Ara que hem entès com funciona el circuit del controlador, podem provar el circuit construint-lo sobre una placa de pa. He utilitzat un adaptador de 12 V per a la font d'alimentació i la configuració del maquinari té un aspecte semblant al finalitzar.

Quan es prem l'interruptor intermedi, es subministra el subministrament de + 5 V al MOSFET i s'encén el solenoide. Quan es torna a prémer l’interruptor, desconnecta l’alimentació de + 5 V a MOSFET i el solenoide torna a estar apagat. L’encès i l’apagada del solenoide es pot notar pel so que fa un clic, però per fer-lo una mica més interessant he connectat la solenoide a una canonada d’aigua. Per defecte, quan el solenoide està apagat, el valor està tancat i, per tant, no surt aigua per un altre extrem. Després, quan s'activa el solenoide, el valor s'obre i l'aigua surt. El treball es pot visualitzar al vídeo següent.

Espero que hàgiu entès el projecte i us hagi agradat construir-lo, si teniu algun problema, no dubteu a publicar-los a la secció de comentaris o a utilitzar el fòrum per obtenir ajuda tècnica.