Varias otras respuestas han abordado formas de disipar la energía de forma automática y pasiva de manera muy eficaz. Voy a responder a la pregunta exacta que has formulado: ¿cuánto tiempo debe aplicarse la tensión inversa, si es que la aplicación de la tensión inversa es la forma en que vamos a hacerlo?
Consideremos el solenoide como un inductor, sin los efectos del núcleo móvil. Entonces el objetivo es conducir la corriente a través del solenoide a cero.
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simular este circuito - Esquema creado con CircuitLab
La magnitud de la corriente suponiendo que el solenoide ha estado encendido durante un tiempo es \$I_{\text{on}} = V_{\text{in}}/R\$ porque está determinada por la resistencia de la bobina y en absoluto por la inductancia.
Ahora supongamos que invertimos la polaridad. Esto se hace fácilmente con un puente H como se haría para invertir un motor - un solenoide es eléctricamente el mismo tipo de cosa. Entonces hemos aplicado un cambio de tensión de paso (de \$2V\text{in}\$ ) al solenoide. ¿Cómo podemos saber cómo responderá a esto? ¡Es un circuito RL! El respuesta al paso de dicho circuito, en la forma habitual de "la tensión aplicada era cero en \$t=0\$ y ahora es una constante \$V\$ ", es
$$I(t) = \frac{V}{R}(1 - e^{-(R/L)t})$$
En este caso estamos considerando no pasar de \$0\$ a algunos \$V\$ sino de \$+V_{\text{in}}\$ a \$-V_{\text{in}}\$ pero como se trata de un sistema lineal no importa de dónde partamos; para utilizar esta ecuación sólo tenemos que duplicar la tensión aplicada. Entonces la condición que buscamos es cuando esta curva es igual en magnitud a el estado estacionario de la corriente \$I_{\text{on}}\$ que es el mismo momento en el que el disminuyendo la corriente será igual a cero. (Podríamos hacer esto con menos complicaciones si empezáramos con la ecuación diferencial \$I = dv/dt\$ y solucionarlo, pero me imagino que reutilizar soluciones ya conocidas es un enfoque más práctico-intuitivo).
$$ \begin{align*} \frac{2V_{\text{in}}}{R}\left(1 - e^{-(R/L)t}\right) &= I_{\text{on}} \\ \frac{2V_{\text{in}}}{R}\left(1 - e^{-(R/L)t}\right) &= \frac{V_{\text{in}}}{R} \\ 2\left(1 - e^{-(R/L)t}\right) &= 1 \\ 2 - 2e^{-(R/L)t} &= 1 \\ e^{-(R/L)t} &= 1/2 \\ -(R/L)t &= \ln 1/2 \\ (R/L)t &= \ln 2 \\ t &= (\ln 2)\left(\frac{L}{R}\right) \\ \end{align*} $$
Es decir, debe aplicar la tensión inversa para \$(\ln 2)\left(\frac{L}{R}\right)\$ o alrededor de \$0.7\$ veces \$L/R\$ segundos.
\$L\$ y \$R\$ se puede averiguar a partir de las especificaciones del solenoide o, si no se dispone de documentación, utilizando un medidor LCR u otros métodos de medición de la inductancia y la resistencia.
Sin embargo, esta respuesta teórica parte de varios supuestos:
- El hierro en movimiento, temporalmente magnetizado, no tiene ningún efecto.
- Su fuente de alimentación es una fuente de tensión ideal que no parpadea ante esta carga inductiva. (Yo pensaría en tener un gran condensador de desacoplamiento, dimensionado para almacenar unas cuantas veces más energía de la que estamos poniendo dentro/fuera de la bobina, justo al lado de la entrada de este circuito de accionamiento. De esta manera, el aumento de corriente y tensión fluye principalmente a través del condensador en lugar del resto del circuito de alimentación).
- El puente H u otro dispositivo de inversión también es ideal.
En la práctica, si quisieras hacerlo con precisión , querrá aplicar la tensión inversa hasta que detectar que la corriente a través de la bobina ha llegado a cero, entonces abre el circuito.
Y, en la práctica, los diversos circuitos pasivos de disipación de energía publicados en otras respuestas son comunes y mejor soluciones. En lugar de verter la energía en los raíles de la fuente de alimentación, se disipa a través de una gran caída de tensión del semiconductor. Como esta tensión puede ser mayor que la que utiliza normalmente la fuente de alimentación (según el principio de que un inductor producirá tanta tensión en sus terminales como sea necesaria para hacer fluir la corriente), el decaimiento de la corriente es aún más rápido que si se utiliza la tensión de alimentación invertida.
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Cuando la corriente deje de fluir, volverá por sí sola. Tiene resorte para hacerlo, no es necesario invertir la polaridad.
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Ya lo sé, mi pregunta es cómo liberarlo de la forma más rápida posible (ya que la corriente tarda un momento en decaer)
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Estimar el tiempo de activación y el límite de especificación del tiempo de liberación necesarios con la tensión y la DCR del solenoide.
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Sólo soy un ingeniero en electrónica digital y puede que no sepa mucho sobre electromagnetismo y electromecánica pero quizás algo con una cantidad muy pequeña de histéresis de posicionamiento sería un buen objetivo de diseño. Hay un interesante artículo sobre esto.
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¿No hay especificaciones? entonces no hay respuesta posible. La fuerza es proporcional a la corriente, la inductancia, la tensión aplicada y la constante del muelle, y la energía almacenada en la activación debe disiparse en algún lugar cuando se libera. La reducción de la tasa de liberación de energía con un diodo de EMF posterior también aumenta el tiempo de decaimiento de la corriente Tau=L/R. La corriente de activación debe ser liberada rápidamente lo que puede crear un arco en los contactos o una tensión inversa conducida durante algún tiempo hasta que la corriente se detenga.
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La aplicación de tensión inversa eliminaría la resonancia con la capacitancia distribuida en el devanado, pero obtendrás la mayor parte del beneficio simplemente dejando que la tensión aumente mucho, lo que significa que el pico de pérdida de energía en la pinza es muy alto, por lo que la corriente decae rápidamente (hay una cantidad fija de energía presente en el inductor cargado a una corriente de funcionamiento determinada).