Стабилизация Активная - часть II

a_centaurus> Важно, что мне понятно. И доказывать мне никому ничего не нужно.

A_centaurus! Извини, но спорить с тобой буду и впредь, ну люблю я умных, ведь при этом кажется, что и сам такой!

Брат-2> ну люблю я умных, ведь при этом кажется, что и сам такой!

Gracias!

a_centaurus> 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.

Возможно, было бы правильнее сначала изучить все-все-все об электромагитных клапанах, а потом только что-то пытаться сделать. Но время уйдет, все равно все урывками делается.
Поэтому я ограничился лишь одной статической зависимостью: тяговое усилие VS начальный зазор. Зависимость эта похожа на гиперболу, которую можно немного "подгибать", меняя форму торцевых поверхностей якоря. Оптимум - конус 90 градусов.
Электромагнит должен при миимальном весе иметь заданный ход якоря (2 мм) с требуемым усилием (оценено в 2 кГс).
Поковырявшись с вариантами, по технологическим соображениям была отвергнута схема с т.н. "пневмоусилителем" и выбрана т.н. "прямая" схема: якорь-клапан.

Поигравшись с размерами, вышел на диаметр якоря 8 мм и длину 20 мм, объем 1 куб.см, вес 8 граммов.
Каркас для соленоида латунный, с толщиной стенок (всех) 0,5 мм, габаритный диаметр 16 мм, высота 21 мм.
Альтернатива - фторопласт. Если удастся выточить с такой же толщиной стенок - будет хорошо. Пока боюсь.
Каркас одновременно является поверхностью скольжения для якоря.
Обмотка из провода диаметром 0,2 мм (0,24 в изоляции) позволяет намотать 1400 витков,
выдерживает ток 1 ампер (30 А/кв.мм). Предельной плотностью тока в обмотках реле кратковременного действия считается значение 35 А/кв.мм.
Цилиндрический наружный магнитопровод выполнен из водопроводной трубы, имеет толщину стенок 0,4 мм, сечение в 4 раза больше, чем сечение якоря. Габаритные размеры D18х25. Катушка с обмоткой весит 19 граммов., торцы магнитопровода - еще 9 граммов.
Итого электромагнит в нынешнем виде весит 41 грамм.
Резервы: удалять часть сечения магнитопровода, выигрыш еще 8-14 граммов.

Пока что буду вытачивать корпус клапана для макетного образца.
Проверить все в целом, измерить тягу сопла (хрен знает, какой там угол расширяющейся части...!!), а потом в действующих образцах экономить вес.

Проблемы ориентации и перегрузок: тяговое усилие 1,8 кГс, инерционная масса 8 г. (ну пусть 10).
Надо полировать трущиеся поверхности, оставлять запас 0,2 кГс на трение, и все будет в порядке. (блажен, кто верует)
С динамикой сложнее. Ток через катушку не может мгновенно достигнуть одного ампера.
Измерю индуктивность - станет понятно, какова постоянная времени и как ее уменьшать.
К сожалению, от меня до электромагнита 500 км. в течение ближайших двух суток.

Ckona> Каркас для соленоида латунный, с толщиной стенок (всех) 0,5 мм, габаритный диаметр 16 мм, высота 21 мм.
Ckona> Альтернатива - фторопласт. Если удастся выточить с такой же толщиной стенок - будет хорошо. Пока боюсь.
Даже не понял сначала. Латунь!!! Для катушки соленоида. Да нет, по части магнитной проницаемости все в порядке. просто как-то за последние 20 лет технологии научились обходиться без металлов в подобных системах. Кстати, дерево (береза) - прекрасный материал для катушек. Мой механик ругается, когда приходится точить катушки из тефлона. Плывёт на тонких (от 1 мм вниз) стенках. А PVC в кругляке нет? Идеально работает ... Да ладно, нет его у тебя и не будет. Ток в 1 А на такой катушке в 50-70 Ом достигает максимума в доли ms. Не думаю, чтобы это было проблемой для командной системы. Детектация скорости или положения будет занимать в лучшем случае сотни ms.

Ckona> Поигравшись с размерами, вышел на диаметр якоря 8 мм и длину 20 мм, объем 1 куб.см, вес 8 граммов.

Вообще-то, в релюхах делают лёгкие язычки, а не массивные болванки якорей.
Я планировал для клапана с дыркой 1 мм использовать вообще 0.5 мм жестянку.

a_centaurus> Ток в 1 А на такой катушке в 50-70 Ом достигает максимума в доли ms.
Увы, если 9-вольтовая батарея дает ток короткого замыкания 9 Ампер, то при подключении к ней катушки индуктивности величиной 1 Генри, ток начнет нарастать со скоростью не более чем 1 А/с.
Постоянная времени нарастания тока = [индуктивность, Гн]/[суммарное сопротивление, Ом].
Существует не менее трех способов ускорить процесс, но вышеприведенную зависимость "обойти" невозможно.
a_centaurus> А PVC в кругляке ... нет его у тебя и не будет.
Если Центаурус скажет "надо" - значит, будет !

Выбор латуни был продиктован трением "сталь-латунь", гарантией относительно тонких стенок и теплопроводностью.

Xan> в релюхах делают лёгкие язычки, а не массивные болванки якорей.
Тяговое усилие пропорционально площади якоря, и тяговые электромагниты почему-то не копируют конструкцию язычковых реле. Хотя, возможно, не все так "на поверхности".

Ckona> Увы, если 9-вольтовая батарея дает ток короткого замыкания 9 Ампер, то при подключении к ней катушки индуктивности величиной 1 Генри, ток начнет нарастать со скоростью не более чем 1 А/с.

Алё! Гараж!
9 (Девять)


Оценить время срабатывания можно так:

Энергия = путь * сила

Время = коэффициент * энергия / мощность

Мощность здесь - которая на сопротивлении катушки рассеивается.
Коэффициент = 1...2. Примерно.

Xan> Оценить время срабатывания можно так:
Xan> Энергия = путь * сила
Xan> Время = коэффициент * энергия / мощность
Xan> Мощность здесь - которая на сопротивлении катушки рассеивается.
Xan> Коэффициент = 1...2. Примерно.

Или посчитать в лоб. Напряжение источника равно сумме индуктивной и реактивной ЭДС.

U = L*dI/dT+R*I
dI/dT = U/L-R/L*I

Дальше жутко болела голова, пытаясь это проинтегрировать

I(T) = U/R*(1-exp(-R/L*T))

За время нарастания можно взять T = 2*L/R. За это время ток будет 0.86 от номинала. За 3*L/R уже 0.95 от номинала.

spacecraft> жутко болела голова, пытаясь это проинтегрировать
Ничего, зато правильно проинтегрировал.
В моем примере внутреннее сопротивление источника питания 1 ом, а сопротивлением обмотки я пренебрег (типа, нулевое). Итого, начальная скорость нарастания тока 1 ампер в секунду.
Где Ксаныч увидел девятку - непонятно, видать, ошибся (надышался ПХА).

Ckona> В моем примере внутреннее сопротивление источника питания 1 ом, а сопротивлением обмотки я пренебрег (типа, нулевое). Итого, начальная скорость нарастания тока 1 ампер в секунду.

А при чем тут сопротивление? Начальная скорость нарастания как раз таки от него не зависит и равна просто U/L. И для индуктивности в 1Гн действительно будет 9 Ам/сек. Но это только в первый момент, затем скорость начнет быстро падать. А именно такая индуктивность просто для примера взята? Вроде 1Гн - это достаточно большая индуктивность, мне кажется...

spacecraft> Начальная скорость нарастания как раз таки от него не зависит и равна просто U/L.
spacecraft, интегрируешь хорошо !
Возьми dI/dt в своей формуле - получишь R/L.

spacecraft>> Начальная скорость нарастания как раз таки от него не зависит и равна просто U/L.
Ckona> spacecraft, интегрируешь хорошо !
Ckona> Возьми dI/dt в своей формуле - получишь R/L.

А дифференцирую я еще лучше

I(T) = U/R*(1-exp(-R/L*T)) = U/R-U/R*exp(-R/L*T) (скобки раскрыл)
dI/dT = (-U/R)*(-R/L)*exp(-R/L*T) = U/L*exp(-R/L*T)

для T = 0 экспонента равна единице и dI/dT = U/L.
Этот результат можно было получить и без интегрирования. Просто взять изначальный диффур
dI/dT = U/L-R/L*I и подставить I = 0 (в начальный момент ток нулевой).

spacecraft> А дифференцирую я еще лучше

Признаю свою ошибку - я перепутал постоянную времени и фактическую скорость нарастания тока - которая, естественно, пропорциональна напряжению.

Приношу Ксанычу извинения за "наезд".
Вот же ж, "переклинило" !

.....
Ckona> Вот же ж, "переклинило" !
Алексей! Ты знаешь, что к твоему проекту я отношусь с недоверием (оцени мою мягкость! ), но с твоего согласия немного насоветую. Как то все у тебя идет не с того конца, я уж не говорю о туманной перспективе датчика вертикали, так и с клапаном как то не так. Мне видится, что необходимо сначала изготовить макет самого клапана, и посмотреть в натуре какое необходимо усилие на отпирание и запирание клапана. Посмотреть, на сколько пшиков хватит объема воздуха. Можно поэкспериментировать с формой сопла и.т.п., а посчитаешь потом, не состыкуется, припишешь.
Если решишь, что соленоид приемлем, то уж не делай латунного каркаса катушки, ведь это короткозамкнутый виток, который быстродействие точно уменьшит. Изготовь каркас из стеклотекстолита. И сколько раз у тебя сработает клапан и на какое время? Увеличивай плотность тока раз в пять выше максимально допустимого, ведь тебе главное - уменьшить вес, а дым, так мочи у батарей не хватит.

Брат-2> не делай латунного каркаса катушки, который быстродействие точно уменьшит. Изготовь каркас из стеклотекстолита.

Я знаю, что короткозамкнутый виток - это нехорошо.
Но не представляю (точнее, никогда не задумывался), как он влияет на быстродействие электромагнита. Зато латунный каркас легко выточить. На что заменить латунь ? - пока не решил.

Начал с самого проблемного - может ли легкий электромагнит преодолеть пневматический прижим.(да)
Перед этим оценил, сколько воздуха надо израсходовать на корректирующие импульсы. (приемлемо)
Расчет не вступил в противоречие с измерениями Центауруса, хотя и не подтвердился.

Делать "просто клапан" не стану. Как им управлять ?
Усилие считается легко - по давлению и площади.
Буду делать макетный образец - корпус, клапан, электромагнит.

По плотности тока - отдельный вопрос. Надо, чтоб провод не испарился и чтоб изоляция не сгорела.
Следую книжным рекомендациям: кратковременный режим - до 35 А/кв.мм.

Ckona> По плотности тока - отдельный вопрос. Надо, чтоб провод не испарился и чтоб изоляция не сгорела.

Время полёта у тебя ограничено.
Время включенности клапана ещё более ограничено.
Зная теплоёмкость меди легко посчитать, до какой температуры она нагреется за твои несколько секунд.
А заодно ты узнаешь, насколько от нагрева увеличится сопротивление и уменьшится ток.
100 градусов - температура многолетней работы обмотки.

Ну и: если длину катушки увеличить в 2 раза, длина провода увеличится в 2 раза, ток уменьшится в 2 раза, ампервитки останутся те же, греться будет в 4 раза дольше.

Ckona> Буду делать макетный образец - корпус, клапан, электромагнит.

Делай так, как ты себе это представляешь, ckona. По сделанному легче сделать анализ. Если у тебя есть осциллограф под руками, то можно открытие-закрытие клапана регистрировать микрофоном. По факту прихода/ухода газовой струи. В принципе можно с ним и настраивать систему (На фото). Я тебе выложил большой каталог клапанов Festo. Там много интересных данных. Полистай. Испанский в пределах понимания без словаря, по цифрам и обозначениям.

Festo_valves

Ckona>> Буду делать макетный образец - корпус, клапан, электромагнит.
Можно видеть (на экране осц.), что точность регистрации вполне удов. Время между откр/закр клапана - 200 ms (4 клетки). Микрофон пиезоэлектрический. В другом случае использовали наушник от MP3.

Ckona> Измерю индуктивность - станет понятно, какова постоянная времени
80 миллиГенри при зазоре 2 мм, 110 миллиГенри без зазора.
Задержка в возникновении рабочего тягового усилия относительно момента подачи напряжения на обмотку явно не превысит 0,05 секунды.

Ckona> Я знаю, что короткозамкнутый виток - это нехорошо.
Ckona> Но не представляю (точнее, никогда не задумывался), как он влияет на быстродействие электромагнита. Зато латунный каркас легко выточить. ....

Дело в том, что найти материала по влиянию короткозамкнутого витка на индуктивность крайне сложно из-за специфичности момента, вот то, что нашел.
А вот если где-то потерял, то действительно легче искать под фонарным столбом.

Брат-2> легче искать под фонарным столбом.
Прочитал нужное - в рабочих образцах латунного каркаса не будет.

Ckona> макетный образец - корпус, клапан, электромагнит.

Идет подготовка к испытаниям пшика.
Массу корпуса не экономил, по длине - можно ужаться до 42 мм.
Диаметр сопла - 3 мм х 1,5 мм, затем отверстие рассверлено до 4,5 мм, еще через 2 мм - до 6 мм.
Наружный диаметр буртика, к которому прижимается резиновая прокладка - 4,3 мм.

Очень доволен, что затеял макетный образец. Много нюансов.
Например, если вклеить электромагнит - потом до клапана не добраться, нужна резьба.

Ckona> подготовка к испытаниям пшика.
Проверял насос, подал давление. На подсознательном инстинкте отклонился.
На 4 атм. выбило на хрен электромагнит, на потолке вмятина.
Ушел точить резьбу.

Ckona>> подготовка к испытаниям пшика.
Ckona> Проверял насос, подал давление. На подсознательном инстинкте отклонился.
Ckona> На 4 атм. выбило на хрен электромагнит, на потолке вмятина.
Ckona> Ушел точить резьбу.

Осторожность и еще раз осторожность
Пневматика это не гидравлика

RLAN> Пневматика это не гидравлика

Ничто так не стимулирует, как поддержка единомышленников !

Ckona> Ушел точить резьбу.
Нам не страшен Серый Волк. (М22х1)

После некоторых усилий ПШИК заработал !
Теперь его надо правильно испытать.