Стабилизация Активная - часть II

Ckona> И насыщение наступает при слишком слабом токе, всего лишь 70...90 мА.

Что-то ты странное говоришь!
Когда-то пытался сделать клапан, считал магнит к нему, вот что получается:
При напряжённости поля от 100 до 1000 ампер/метр (ампервитки на метр воздушного зазора) проницаемость обычного железа больше 1000. До насыщения ещё далеко.
Сила считается так: магнитное поле создаёт отрицательное давление, это давление умножаем на площадь наконечников, получаем силу. По известной школьной формуле.
А давление поля равно объёмной плотности его энергии, которая пропорциональна КВАДРАТУ напряжённости.

p[Па] = u0 * (i / L)² / 2 = 6.28 * 10^-7 * (ампервитки / метр)²

u0 — это мю нулевое, приницаемость вакуума.
Пример: для поля 400000 А/м давление получается 1 атм.
Железо тут учитыватся прибавлением к длине воздушного зазора примерно одной тысячной длины магнитопровода.

Ну вот.
Если у тебя зазор (ход) 2 мм, а длина магнитопровода 10 см, то железо добавит к зазору всего 0.1 мм, можно не учитывать.
Чтоб получить силу в 1 кГ при диаметре полюса 4.8 мм (0.18 см2), надо давление 5.5 атм.
Для этого надо ток:

400000 А/м * 0.002 м * sqrt(5.5) = 1880 ампервитков.

Вот как-то так.

Xan> Вот как-то так.
О, Ксаныч - спасибо !

Я тоже когда-то баловался электромагнитами, но там ничего не надо было экономить.
А тут - претензии на полеты... (блажен, кто верует)

Синий график у меня относится к полностью втянутому якорю, когда зазора нет практически.
При росте тока не увеличивается удерживающая сила. Насыщение.

По твоему расчету получается ток 0,63 ампера. Сгорит провод на фиг.
(или аппарат от тяжести не взлетит)

Переточил, дурное дело не хитрое. Попробуем на 8 мм якоре.

Когда я считал магниты для системы спасения - тут тема была, использовал FEMM - очень просто и легко посчитать электромагнит любой конфигурации.

a_centaurus> Летающий шток-якорь с коническим пластиковым уплотнением, две пружины и катушка.
Интересно, а для чего пружина большого диаметра ?
Малого диаметра - запирающая, большого - наоборот.
Похоже, играя на жесткости пружин, корректируют силовую характеристику электромагнита.

Ckona> Похоже, играя на жесткости пружин, корректируют силовую характеристику электромагнита.

По моему мнению это стабилизирующая пружина. Она позволяет наконечнику самоцентрироваться относительно отверстия и смягчать удар при возвращении. Ведь схема работы пульсирующего сопла подразумевает не только открытие за минимальное время (jitter), но и строго калиброванная длительность импульса с такой же быстрой отсечкой. Я проводил эксперименты по диагностике молекулярных газовых пучков, производимых этим соплом при помощи пироэлектического приёмника. И на осциллографе чётко регистрируется время начала и окончания работы сопла, хорошо совпадающее со значениями на контроллере. Есть некоторая проблема в неравномерности пучка, связанная с конусной формой наконечника (впадина на графике сразу за выходом из отверстия), а также электромагнитный импульс при включении/выключении соленоида, дающий наводки на точную цифровую аппаратуру. Но ты ведь собираешься использовать аналоговые датчики.

Ckona>> Похоже, играя на жесткости пружин, корректируют силовую характеристику электромагнита.
Скорее всего это тебе не нужно. Но пришёл на работу и на глаза попался вот такой пнеумоклапанок (не сопло) marca Angar Cientific.
Он рассчитан на 30 psi и 24 В. Используется в аналоговых логических пнеумосистемах. Другой - пока самый малый из имеющихся (на фото внизу). Он также для плоттеров но нового поколения (xa -15 лет назад). Я его также препарировал, но делать отказался ввиду слишком уж малых размеров. Но соотношения якоря и статора с размером катушки могут дать некое представление о возможной интерпретации дизайна на своем поле. Этот на 6 В. Вообще, если ты задался целью искать другую форму для системы якорь/катушка/статор, то обрати внимание на малогабаритные реле. Есть 12В с замкнутым сердечником и коромысловым якорем. Они мощные, но адаптация кинематической схемы будет стоит дорого.

a_centaurus> Скорее всего это тебе не нужно.

a_centaurus> Вообще, если ты задался целью искать другую форму для системы якорь/катушка/статор, то обрати внимание на малогабаритные реле.
Спасибо, думал об этом.
Сейчас собрал вторую версию электромагнита, в тех же наружных габаритах - диаметр 19, высота 29.
Опираясь на первую "пристрелку", увеличил диаметр якоря до 8 мм, а диаметр провода - до 0,17 мм.
Результат положительный.
Тягает груз 1,8 кГ на высоту 2,1 мм, "как тузик грелку".
Ток при этом ~1 ампер, сопротивление обмотки 23 ома, 1320 витков. Еще 200 витков поместилось бы.

Теперь можно спокойно подумать о дальнейших действиях - собственно клапан, источник питания, оптимизация обмотки, снижение веса наружной части магнитопровода.

Ckona> собственно клапан

Вот такой вариант проработался.
Резьбы не показаны.

Ckona>> собственно клапан
Ckona> Вот такой вариант проработался.

Конструкция клапана вполне логична. Меня смущает запирающая плоскость. Если учесть, что она подвижна, то будет сложно добиться полной герметичности. Мне, видится, что надо запирать резиновым конусом. Конструктивно, сложно, но ты хороший мастер! А, вот какой будет окончательный полный вес клапана и потребляемый им ток большой вопрос???

Брат-2> смущает запирающая плоскость.
На эскизе - круглая резиновая прокладка, которую прижимает к выступающему буртику.
Скопировал с уплотнения в автомобильном золотнике.
Предложение насчет конуса учту, это позволит не выполнять буртик.

Ток получится 1...1,3 ампера.
Насчет веса пока не знаю. Хочется вписаться в 50 граммов на клапан.
Получился неожиданный ход: если оставить цилиндрический магнитопровод,
его можно проклеить и не делать герметичную обойму.
Наверное, перейду на другой фланг шахматной доски: выточу сопло и подую в него от компрессора. Потом уже стану "ужимать" электромагнит и делать корпус клапана.

Ckona> На эскизе - круглая резиновая прокладка, которую прижимает к выступающему буртику.

Во всех промышленных клапанах (я сейчас активно работаю в этой теме) прокладки плоские. Кроме импульсного быстрого клапана-сопла Parker. В нем-конус. Но тебе ведь не нужны микросекунды. Поэтому не заморачивайся. Ибо конусный замок подогнать сложнее, чем буртик выточить. В целом - конструкция должна работать. Конечно, статор можно загерметизировать посадкой на клей. Из сегодняшнего лабораторного опыта: не все клапаны одинаково работают в любом положении. Обязательно проверь работоспособность в горизонтали и при давлении, превышающем рабочее. И ток надо мерять именно в экстриме.

a_centaurus> И ток надо мерять именно в экстриме.

Вот это совсем не обязательно, ток через электромагнит - он в устоявшемся режиме во-первых максимален, а во-вторых не зависит ни от чего, кроме сопротивления обмотки и напряжения питания. Ну а последнее разве что от температуры немножко зависит, единицы процентов или даже доли процента.

alex_zeed> ток через электромагнит - он в устоявшемся режиме максимален
Это если не экономить бортовое питание.
По-серьезному, ток надо пускать максимальным, пока большой зазор,
по мере втягивания якоря его уменьшать надо.

Выше Andrey71 уже предложил - использовать конденсатор для увеличения пускового тока.
Но тут опасность обратного броска тока, плюс конденсатор надо возить.
Выгоднее использовать микросхему - преобразователь напряжения, с отлаженной схемой управления.

Также не исключено, что Центаурус под "экстримом" имел в виду масксимум инерционного прижимания горизонтального якоря в процессе разгона.

.....
Ckona> Выгоднее использовать микросхему - преобразователь напряжения, с отлаженной схемой управления.
Ckona> Также не исключено, что Центаурус под "экстримом" имел в виду масксимум инерционного прижимания горизонтального якоря в процессе разгона.
В любом случае потребляемый ток электромагнита не зависит от экстрима. Надо думать об источнике питания и наверно наиболее подходит Li-ion примерно на 700мА/час, то есть типа от сотового, а лучше силовой от моделей. Напряжения в 4.0В будет явно не достаточно, нужна батарея, а это вес! Не очень понятно, что может дать микросхема преобразователя без накопительной емкости, но опять вес. Вероятнее всего подобная система действительно обеспечит полную стабилизацию ракеты, причем до состояния покоя!.

Брат-2> наиболее подходит Li-ion силовой от моделей. Напряжения в 4.0В будет явно не достаточно.
Будет достаточно !
Самое простое - разделить обмотку на несколько 4-вольтовых секций и включать паралельно.

Ckona> Будет достаточно !
Мне кажется, что на данном этапе нам данную проблему не решить. Ну не наступило еще время сверхзвукового пассажирского авиационного сообщения, и ничего, все живые. Даже если тебе и удастся решить столь трудную текущую задачу, то это ничего не меняет. Или думаешь, что Non-conformist и его нештатные помощники решат проблему с твердотельным гироскопом? Предлагаю потихонечку шумиху свести на нет!

Брат-2> Предлагаю потихонечку шумиху свести на нет!
Да, конечно. Просто продолжим путь.

Ckona> Также не исключено, что Центаурус под "экстримом" имел в виду масксимум инерционного прижимания горизонтального якоря в процессе разгона.

a_c имел в виду одну из важнейших характеристик соленоидных КЛАПАНОВ (а не просто катушек, как большинство их здесь рассматривает) - МОЩНОСТь. Во всех паспортах на подобное изделие указывается потребляемая мощность при ПОСТОЯННОМ напряжении питания (12,24,28 В) vs. режим работы (одиночный импульс, средние и максимальные частоты повторения циклов или duty cicle). Кроме того Power зависит от динамического диапазона рабочего давления. Более того, Power зависит от пространственного положения клапана. На днях проводил отбор имеющихся в наличии (около десятка) пневмоклапанов различных марок и убедился, что изделия с тяжёлым якорем (и высокой пропускной способностью) работают только в указанном в паспорте положении. При вращении клапана вокруг осей, параметры времени открытия-закрытия и СКОРОСТИ ответа на команду начинают отличаться от стандартного положения. И только Parker работал в любом положении без изменений своей performance. К слову: Parker стоит за штуку от 2000 USd. Остальные - 50-300.
В дискутируемом случае о применении пневмоклапана в динамических условиях (изменение положения, перегрузки и непостоянное давление в магистрали) нужно тщательно проработать не только конструкцию, но и провести ряд измерений в динамическом режиме, чтобы убедиться в соответствии изделия столь непростой задаче управления курсом полёта ракеты. Особые требования к управляющей электронике. К форме импульса и его амплитуде. Над этим нужно отдельно работать.


Это часть data sheet на electrovalvula marca FESTO, где указывается потребляемая мощность на разных режимах. Кроме того все специалисты по логическим управляющим системам на пневмоклапанах пользуются именно понятием мощности, характеризуя условия работы устройств в схеме. Про Россию говорить не могу, возможно там все на свой лад, но в западных стандартах это так.

a_centaurus> a_c имел в виду одну из важнейших характеристик соленоидных КЛАПАНОВ (а не просто катушек, как большинство их здесь рассматривает) - МОЩНОСТь. Во всех паспортах на подобное изделие указывается потребляемая мощность при ПОСТОЯННОМ напряжении питания (12,24,28 В) vs. режим работы (одиночный импульс, средние и максимальные частоты повторения циклов или duty cicle). Кроме того Power зависит от динамического диапазона рабочего давления. Более того, Power зависит от пространственного положения клапана. ........
Многие электромагнит рассматривают как электродвигатель постоянного тока, то есть если их движению якоря создать некоторое механическое противодействие, то они обязательно увеличат потребляемый ток. Но это не так, электромагнит это просто катушка, то бишь индуктивность у которой незначительно меняются параметры индуктивности от небольшого перемещения якоря, и от чего действительно меняется форма потребляемого тока во время переднего и заднего фронтов питающего импульса тока. Так как мы собираемся запитать соленоид от постоянного напряжения относительно редкими импульсами, то индуктивными потерями можно пренебречь, они незначительные, тем более еще незначительней их изменения от положения якоря, противодействующего ему усилия, пространственного положения и т.п. Мощность потребления электромагнита в цепи постоянного тока в основном зависит только от активного сопротивления его катушки. Поэтому приведенного тобой «важнейшего параметра» соленоида в природе не существует, впрочем, можешь предоставить печатные доказательства.
Вдогонку!
Если указывается в паспорте напряжение питания, то указывается не потребляемая мощность, а ток.

...
Брат-2> Если указывается в паспорте напряжение питания, то указывается не потребляемая мощность, а ток.
Задний ход.
Действительно в паспорте промышленного соленоида указывается питающее напряжение и мощность потребления, вот с чем это связано мне непонятно. Возможно указание мощности более понятней и родней для потребителей, чем указание тока. А умный уж высчитает.

Брат-2> в паспорте промышленного соленоида указывается питающее напряжение и мощность потребления, вот с чем это связано мне непонятно.
Чтобы определять мощность потребления "автоматики", в составе которой ...

Ckona> Чтобы определять мощность потребления "автоматики", в составе которой ...

Почти в яблочко, ckona. Все импульсные процессы характеризуются средней мощностью. Например, импульсно-периодические лазеры. Поэтому, основным параметром для соленоидного сопла/клапана, работающего в режиме высокой частоты повторений БЕЗ ИЗМЕНЕНИЯ ВРЕМЕНИ РЕАКЦИИ является средняя мощность. А уж ток, необходимый для питания системы, будет производной из постоянного напряжения и этой самой мощности.
В применении к твоей разработке это правило нужно интерпретировать следующим образом: клапан должен отрабатывать цикл открытие/закрытие согласно ПОСТОЯННОМУ по амплитуде командного импульса во всех возможных пространственных положениях и со всеми возможными сопровождающими перегрузками. Вот почему, бегунок-якорь не должен обладать чрезмерным запасом инерции. Проще говоря он должен быть максимально лёгким, абсолютно надёжным в перекрытии потока и обладать известными магнитными качествами для быстрой реакции на изменение магнитного поля, производимого соленоидом (надёжное и быстрое открытие). Балансом этого равновесия будет пружина, подбор которой - отдельная история. Как-то 4 В не внушают доверия. Не будет запаса по динамическому диапазону. Наверное, минимальное напряжение БИП (бортовой источник питания), достигаемое из доступного набора коммерческих источников будет 12 В.

a_centaurus> Почти в яблочко, ckona. Все импульсные процессы характеризуются средней мощностью. Например, ...
Ну да, на лампочке накаливания тоже написано 220В, 100Вт и на утюге, и на кофемолке и никто особо ни чего не думал, просто привычка! Можно и 4В, можно и 12, ничего не меняет, ведь отдавать мощность! Вот для управления наиболее рационально иметь на соленоиде две обмотки, вместе - пуск, одна – удержание, а коммутация ключами. Думаю, что после предварительного расчета необходимо изготовить некий рабочий макет, на котором отработать нюансы. Навскидку, очевидно, что ни хрена не выйдет, конструкция будет тяжелой и прожорливой!

Кстати, то, что ты привел в качестве доказательства явно не о том, правда, мне непонятно и о чем!

Брат-2> Кстати, то, что ты привел в качестве доказательства явно не о том, правда, мне непонятно и о чем!

Важно, что мне понятно. И доказывать мне никому ничего УЖЕ не нужно. Просто реплика в разговоре. И мне уже НЕ ИНТЕРЕСНО про это думать. У меня и так рабочий динамический диапазон зашкаливает. От космоса до nuclear technology. Через quantum electronics и Laser Spectroscopy & Photochemistry. Немного поучаствовал в работе ckona и на этом basta. Надеюсь, что ему мои реплики в чём-то помогут.