拉开磁铁时保持磁铁的电气行为

我要购买一个固定的电磁体和一个敲击板来固定一些东西，我想设计电路（由arduino控制）而不像培根那样油炸。我知道，由于固定磁铁是电感器，因此在电流中断时，我应该使用反激二极管以及可能的电容器来处理反电动势。但是，如果将固定磁铁从撞板上强行推开，会发生什么情况？为了克服磁力，我们正在做一些工作，所以我认为能量会流向某个地方，但是电路中的瞬时变化又如何体现呢？我看到通过线圈的电流增加了吗？电流减小了吗？因此，当磁铁碰到并锁定在冲击板上时，电路中会发生什么？

基本上，我试图确定是否需要处理正向EMF尖峰和反向EMF尖峰，而且我的研究还不足以使我了解磁场如何自行解决。

编辑

我目前正在使用此电路：

原理图

^{模拟此电路 –使用CircuitLab创建的原理图}

L1是磁铁；我不知道它的电感，但是它的串联电阻为20欧姆。D1是防止过电压的齐纳二极管；之所以选择R1是因为我仅有的齐纳二极管恰好是12V，并且我希望有一定的安全裕度，以避免由于L1以外的其他原因导致电源升高而造成短路。D2是反激式；它可以防止低于-1V的电压，但希望这还不足以破坏电容帽（肖特基会更好，但我周围没有一个）。

我通过打开和关闭电源进行操作。将来，我会将达林顿放在C1和V1之间。它能正常工作，即使我将印版分开也不会损坏任何东西，所以这很好，希望我不会对电源做任何令人讨厌的事情。我仍然需要以一定的范围来看待这个问题。

我确实有将自己的电感器与L1串联的想法。这将限制由L1的电感变化引起的电流变化。不知道我是否会那样做。

inductor solenoid back-emf

— 埃德·克罗恩
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很好的问题，我不知道答案，但您是否尝试过评估发生了什么？

— 罗杰·罗兰2014年

好吧，我相信我想要一个范围，而且我从未使用过。我会用的那个不是我的，所以我宁愿不破坏它。EMF回扣有多大？我可以先用兆欧：欧姆分压器开始工作，然后逐步降低，但我什至不确定这些电压不会使电阻器短路。我真的超出了我的深度。如果对流程有任何建议，我很乐意进行测试并向您报告。

— Ed Krohne 2014年

嗯，英语不是我的母语，你可以告诉“拿着磁铁”更详细，或者某些环节只是OK :)。

— 分散器

catalog.apwcompany.com/viewitems/电磁铁/…？这里是。使电流通过，它变成一块磁铁，该磁铁可以固定在触击板上（也链接在该页面上）。它们可以用来捡拾并释放装有挡板的东西。

— Ed Krohne 2014年

当您将两个固定磁体也分开时，工作就完成了：能量以两个磁体之间的势能增加的形式出现。我认为一个或两个部分都是电磁体没有什么不同。

— 尼克·约翰逊

Answers:

您可能知道公式

ü_{大号} （ Ť ） = 大号 \frac{d 一世}{d Ť}

$U_L(t)=\,L\frac{dI}{dt}$ 表示电感上的电压。

结果是：如果停止流经电感器的电流（例如通过开关），则会出现高压峰值，这可能会造成损坏。

但是，此公式来自磁通量随时间的变化：

ü_{大号} （ Ť ） = \frac{d Ψ}{d Ť} = \frac{d （ 大号 一世 ）}{d Ť}

$U_L(t)=\frac{d\Psi}{dt}=\frac{d(LI)}{dt}$

其中L被认为是随时间变化的常数。如果没有，你得到

ü_{大号} （ Ť ） = 大号 \frac{d 一世}{d Ť} + 一世 \frac{d 大号}{d Ť}

$U_L(t)=L\frac{dI}{dt}+I\frac{dL}{dt}$

问题是您不知道电感L随时间如何变化。它将在线圈和板之间的距离上改变非线性。同样，当靠近线圈时，作用在板上的力也会增加，因此速度也会增加，从而导致更大的L变化。

即使我们假设随时间线性变化，方程的解也很难看。

我试图编写一个允许指定L随时间变化的模拟，但是我必须考虑一下结果，因为我目前不确定是否有意义。我会告诉你。

但是，您应该考虑的是，极板在某一点上从线圈/电路中获取能量，而在另一点上，它将能量返回。即使在两个方向上，这都可能导致电压尖峰，因此，我不仅会使用反激二极管，而且还会使用齐纳二极管（电压高于电源电压）。

我也建议用示波器来测量它。

编辑：

我现在正在进行长途旅行，但上周五我有机会在我们的实验室玩了很短一段时间。

我们有几卷漆包铜线，问题是要找到一根绕线两端均可触及的线。我只发现了一个：

线径：0.22mm
导线电阻：200欧姆
螺线管直径：3cm
螺线管长度：3cm

我通过2kOhm电阻将其连接到恒定电压电源，并施加50V电压至少获得一点电流。插入和卸下铁螺钉时，线圈上有电压：

在此处输入图片说明

示波器设置为交流耦合，因此您看不到ca。+ 5V基准线。

可以清楚地看到在两个方向上都有尖峰。插入螺钉时，线圈也会将其吸入并消耗电能。拔出螺钉时，我将能量投入系统，线圈将其传播为电能，从而导致负尖峰。有趣的是，在尖峰之后存在某种极性相反的弛豫效果。

我必须提到，这种设置无法与您的固定磁铁媲美。我的线圈不是真正的磁铁，因为我注意到铁磁性材料上没有力。我的线圈也只是空气线圈，而且卷盘上的孔直径小于1厘米，因此螺丝也要少一些。因此，我没有用材料填充线圈的全部体积。（顺便说一句：由于很难用该螺钉击中那个孔，因此我无法将螺钉快速推入，因此，第一个峰小于第二个峰）

保持磁铁的强度要高几个数量级，电感也一样。板完成了一个偏航到完全偏航，因此该板的效果也将比我的设置大得多。

因此，我确信您会在两个方向上都得到很大的尖峰，如果不处理它们，可能会损坏电路。

— 斯伯
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我喜欢（+1），这就是我要回答的。您可以做的一件事是在有铁板和没有铁板的情况下测量激活线圈的电感。然后您将得到一个增量L的数字。然后未知的是该板被移除的速度。有点猜测...但是可以尝试一些不同的数字..也许是1毫秒？

— 乔治·赫罗德

我很高兴能激发调查的灵感。实际上，我与向我出售电磁体的公司的总裁（APW公司）进行了交谈，他告诉我说磁体是电阻器，无法测量到任何踢动。我不想和他争论，但这听起来很难想象。我仍然没有设法进入示波器，但是当我将弱磁铁移离电磁体时，我确实测量了一个小的短暂负电压。

— Ed Krohne 2015年

首先想到的是像电吉他拾音器一样。永磁体产生一个恒定的磁场，当琴弦移动时，该磁场会受到轻微调制，结果是在线圈的端子上会出现一个小信号。将恒定电流发生器连接到线圈并产生相同的静磁场会不会很重要？

不，我认为没有区别-电流源的顺应性仍然允许在弦移动时跨线圈的端子产生相同的信号。

因此，在这个问题上，有一个直流电磁铁拉在可磁化板上。有一个吸引力，当平板靠近时，两个力都会增加，局部磁通密度也会增加。从固定的磁体和缠绕在其周围的线圈来看，朝着线圈/磁体移动的板将导致局部磁通量增加，这将在线圈的一个方向上产生电动势脉冲。当板移开时，通量密度减小，这将在另一个方向上产生电动势脉冲。

电动势是一个脉冲，因为它仅在改变通量时产生。法拉第感应定律！

回到电磁铁场景（而不是物理磁体和线圈），如果功率馈送是电流源（就像吉他拾音器工作一样），则在端子处会看到这种“内部到线圈”电动势的效果。然而，由于电磁体被供电，电压脉冲根据板的移动方式迫使电流流入或流出电源。

考虑到电磁体存在正常的直流电流，该电流脉冲（受线圈的自感和电阻限制）将导致该电流的瞬时增加/减少。这将沿着线圈的电源导轨看到。

因此，线圈通电后，就坐在那里，静心经营自己的事业。然后，该板沿磁力移动并迅速移动到线圈。这会引起线圈BUT所消耗电流的调制，重要的是不会产生电压尖峰，因为线圈是通过晶体管或开关通过电压源为线圈供电的。

如果将板拉开，则会有另一个电流脉冲，但由于上述原因，不会出现电压尖峰。

接下来，打开线圈电路，然后您的反激二极管立即抓住反电动势-此时分离的极板会使情况变得更糟-不！

除反激二极管外，继电器是否需要特殊形式的线圈保护吗？

— 安迪（aka）
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好吧，继电器通常不会物理上被强制断开，因此，即使在这样做时出现正向电压尖峰，也不必保护继电器。如果我理解正确，您会声称电流已调制，但没有电压尖峰，因为电压源足够强大，可以承受电流。那不取决于电源以及调制量有多大吗？

— Ed Krohne 2014年

@EdKrohne如果需要的话，还要在线圈与地之间放一个二极管。

— 安迪（aka Andy）