סולנואידים הם מפעילים נפוצים מאוד במערכות אוטומציה רבות לתהליכים. ישנם סוגים רבים של סולנואיד, למשל ישנם שסתומי סולנואיד אשר באמצעותם ניתן לפתוח או לסגור קווי מים או צינורות גז וישנם בוכנות סולנואיד המשמשות לייצור תנועה ליניארית. יישום נפוץ מאוד של סולנואיד שרובנו היינו נתקלים בו הוא פעמון הדלת של הדונג-דונג. בפעמון הדלת יש סליל סולנואיד מסוג בוכנה, שכאשר יופעל על ידי מקור כוח זרם זרם יניע מוט קטן למעלה ולמטה. מוט זה יפגע בלוחות המתכת המוצבים משני צידי הסולנואיד כדי להפיק את צליל הדונג דונג המרגיע.
למרות שקיימים סוגים רבים של מנגנוני סולנואיד, הדבר הבסיסי ביותר נשאר זהה. כלומר יש לו סליל הפצוע מעל חומר מתכת (מוליך). כאשר הסליל מופעל, חומר מוליך זה נתון לתנועה מכנית כלשהי אשר הופכת לאחר מכן באמצעות קפיץ או מנגנון אחר בעת הפעלת אנרגיה. מכיוון שהסולנואיד כרוך בסליל, הם צורכים לעתים קרובות כמות גדולה של זרם מה שמצריך חובה שיהיה לו מעגל דרייבר כלשהו שיפעיל אותו. במדריך זה נלמד כיצד לבנות מעגל נהג לשליטה על שסתום סולנואיד.
חומרים נדרשים
- שסתום סולנואיד
- מתאם 12 וולט
- 7805 IC הרגולטור
- IRF540N MOSFET
- דיודה IN4007
- 0.1uf קפיצי
- נגדים 1k ו- 10k
- חוטי חיבור
- קרש לחם
מהו סולנואיד וכיצד הוא עובד?
סולנואיד הוא מכשיר הממיר אנרגיה חשמלית לאנרגיה מכנית. יש לו סליל הפצוע מעל חומר מוליך, הגדרה זו משמשת כאלקטרומגנט. היתרון של אלקטרומגנט על פני מגנט טבעי הוא שניתן להפעיל או לכבות אותו כשנדרש באמצעות הפעלת הסליל. לפיכך, כאשר הסליל מונע אז על פי החוק הרחוק המוליך הנוכחי נושא שדה מגנטי סביבו, מכיוון שהמוליך הוא סליל השדה המגנטי מספיק חזק למגנט את החומר וליצור תנועה ליניארית.
במהלך תהליך זה הסליל שואב כמות גדולה של זרם ומייצר גם בעיית היסטריה, ולכן לא ניתן להניע סליל סולנואיד ישירות דרך מעגל לוגי. כאן אנו משתמשים בשסתום סולנואיד 12V המשמש בדרך כלל לשליטה בזרימת הנוזלים. הסולנואיד שואב זרם רציף של 700mA כשהוא מואץ ושיא של כמעט 1.2A ולכן עלינו לשקול דברים אלה בעת תכנון מעגל הנהג עבור שסתום סולנואיד מסוים.
תרשים מעגל
תרשים המעגל השלם למעגל דרייבר סולנואיד מוצג בתמונה למטה. נבין מדוע הוא מתוכנן כך, פעם אחת לאחר התבוננות במעגל השלם.
כפי שאתה יכול לראות המעגל פשוט מאוד וקל לבנייה, ולכן אנו יכולים לבדוק זאת באמצעות חיבור קרש לחם קטן. ניתן להפעיל סולנואיד פשוט על ידי הפעלת 12 וולט על גבי המסופים שלו וכיבוי על ידי כיבויו. כדי לשלוט בתהליך הפעלה וכיבוי זה באמצעות מעגל דיגיטלי אנו זקוקים להתקן מיתוג כמו ה- MOSFET ולכן זהו המרכיב החשוב במעגל זה. להלן הפרמטרים שעליך לבדוק בעת בחירת ה- MOSFET.
מתח סף מקור שער V GS (th): זהו המתח שיש לספק ל- MOSFET כדי להפעיל אותו. כאן ערך מתח הסף הוא 4 וולט ואנחנו מספקים מתח של 5 וולט שהוא יותר ממספיק להפעלת MOSFET לחלוטין
זרם ניקוז מתמשך: זרם הניקוז הרציף הוא הזרם המרבי שניתן לאפשר לזרום במעגל. כאן הסולנואיד שלנו צורך זרם שיא מקסימלי של 1.2A והדירוג של MOSFET שלנו הוא 10A ב 5 V Vgs. אז אנחנו יותר בטוחים עם הדירוג הנוכחי של MOSFET. תמיד מומלץ שיהיה הבדל שולי עליון כלשהו בין הערך בפועל לערך המדורג של הזרם.
התנגדות מקורית לנקז במצב: כאשר ה- MOSFET מופעל לחלוטין יש לו התנגדות מסוימת בין סיכת הניקוז למקור, התנגדות זו נקראת כמו בהתנגדות המדינה. הערך של זה צריך להיות נמוך ככל האפשר אחרת תהיה ירידת מתח עצומה (חוק אוהם) על פני הפינים וכתוצאה מכך מתח לא מספיק להדליק הסולנואיד. ערך ההתנגדות במצב כאן הוא רק 0.077Ω.
אתה יכול להסתכל בגליון הנתונים של MOSFET שלך אם אתה מתכנן את המעגל ליישום סולנואיד אחר. רגולטור IC 7805 ליניארי משמש להמרת אספקת הקלט 12V ל -5 וולט, מתח זה ניתן לאחר מכן לסיכת השער של MOSFET כאשר לוחצים על המתג למרות נגד מגביל זרם 1K. כאשר לא לוחצים על המתג, סיכת השער נמשכת לקרקע דרך נגד 10k. פעולה זו שומרת על כיבוי ה- MOSFET כאשר לא נלחץ על המתג. לבסוף מתווספת דיודה בכיוון אנטי מקבילי בכדי למנוע את סליל הסולנואיד להתפזר למעגל ההספק.
עבודה במעגל נהג סולנואיד
כעת לאחר שהבנו כיצד עובד מעגל הנהג מאפשר לבדוק את המעגל על ידי בנייתו על לוח לחם. השתמשתי במתאם 12 וולט לאספקת חשמל והגדרת החומרה שלי נראית ככה בסיום.
כאשר לוחצים על המתג בין לבין אספקת + 5V מסופקת ל- MOSFET והיא מדליקה את סולנואיד. כאשר לוחצים על המתג שוב הוא מנתק את אספקת + 5V ל- MOSFET והסולנואיד חוזר למצב כבוי. ניתן להבחין בהפעלה ובכיבוי של הסולנואיד על ידי צליל הלחיצה שמשמיע אותו, אך כדי להפוך אותו למעניין יותר חיברתי את שסתום הסולנואיד לצינור מים. כברירת מחדל כאשר סולנואיד כבוי הערך סגור ולכן שום מים לא יוצאים דרך קצה אחר. ואז כאשר סולנואיד מופעל הערך נפתח והמים זורמים החוצה. ניתן לדמיין את העבודה בסרטון להלן.
מקווה שהבנתם את הפרויקט ונהניתם לבנות אותו, אם נתקלתם בבעיה כלשהי, אתם מוזמנים לפרסם אותם בסעיף ההערות או להשתמש בפורום לעזרה טכנית.