Сердечник электромагнитного клапана

Принцип действия

Линейный соленоид работает на том же основном принципе, что и электромеханическое реле, описанное в предыдущем уроке, и точно так же, как и реле, они также могут переключаться и управляться с помощью транзисторов или полевых МОП-транзисторов. Линейный соленоид — это электромагнитное устройство, которое преобразует электрическую энергию в механическое толкающее или тянущее усилие или движение.

Соленоиды могут использоваться для электрического открывания дверей и защелок, открытия или закрытия клапанов, перемещения и управления роботизированными конечностями и механизмами и даже для включения электрических выключателей только путем подачи питания на его катушку. Соленоиды доступны в различных форматах, причем наиболее распространенными типами являются линейный соленоид, также известный как линейный электромеханический привод (LEMA) и вращающийся соленоид.

Соленоид и сфера применения.

Соленоид и сфера применения

Оба типа соленоидов, линейный и вращательный доступны в виде удержания (с постоянным напряжением) или в виде защелки (импульс ВКЛ-ВЫКЛ), при этом типы защелки используются в устройствах под напряжением или при отключении питания. Линейные соленоиды также могут быть разработаны для пропорционального управления движением, где положение плунжера пропорционально потребляемой мощности.

Данный вид соленоида является более сложным, и понадобится больше времени для объяснения механизма его работы. Проще говоря, соленоид косвенного действия состоит из двух клапанов, соединённых в один механизм. Основной клапан (main valve) – это золотник, который работает по описанному выше принципу, второй используемый механизм – это управляющий клапан (pilot valve), который находится между золотником и электромагнитом.

Управляющий клапан представляет собой маленький соленоид прямого действия, который активирует нажатие большого золотника. Обратите внимание, что соленоид, показанный на данном изображении, является соленоидом прямого действия, так как он напрямую воздействует на управляющий клапан, но вся конструкция в сборе является соленоидом косвенного действия.

Основное различие между соленоидами прямого действия и косвенного действия в том, как они взаимодействуют с механическими частями маркера. Соленоиды прямого действия работают напрямую с элементами механизма маркера. Соленоиды косвенного действия используют воздушный поток для управления золотником. Основная причина существования соленоидов косвенного действия – это их невероятно низкое потребление энергии по сравнению с соленоидами прямого действия.

Схема работы соленоида.

Схема работы соленоида.

Далее соленоиды делятся по количеству потоков. Для функционирования у соленоида должно быть хотя бы одно отверстие, через которое воздух поступает в соленоид, одно отверстие, из которого воздух поступает в механизм, и одно отверстие для сброса воздуха. Но в большинстве случаев используется конструкция с двумя отверстиями для подачи воздуха в механизм маркера и двумя отверстиями сброса воздуха. В настоящее время, в основном, используются три основных типа соленоидов:

  1. Четырёхпоточный золотниковый клапан (four way spool valve). Этот тип используется в большинстве полностью электропневматических маркеров, где для движения поршня назад и вперёд используется воздух. Например Ego, Angel, Shocker, Dye Matrix и т.п. Неправильно названный тривей (three way valve) на кокерах, тоже является примером четырёхпоточного поршня.
  2. Трехпоточный золотник, закрытый в состоянии покоя (3-way spool normally closed). Это трехпоточный клапан, который подаёт воздух при подаче на него напряжения. Когда этот соленоид в состоянии покоя, он не подаёт никакого давления, например pVI Shocker, Invert Mini.
  3. Трёхпоточный золотник, открытый в состоянии покоя (3-way spool normally open). Это трёхпоточный клапан, который подаёт давление в состоянии покоя, и перекрывает поток воздуха, когда на него подаётся напряжение, например Ion.

Сердечник электромагнитного клапана

Управляющий клапан в соленоиде всегда является трёхпоточным, закрытым в состоянии покоя. Когда на соленоид подаётся напряжение, управляющий клапан открывается и подаёт воздух для того, чтобы сдвинуть золотник, который, в свою очередь, может быть и трехпоточным и четырёхпоточным.

Каждый соленоид косвенного действия делится на три сегмента: катушка (coil), управляющий клапан (pilot) и золотник (spool). Катушка – это единственная электромагнитная часть всего механизма. Состоит она из медной проволоки, обмотанной вокруг металлического кожуха, внутри которого находится металлический стержень, являющийся противоположным магнитным компонентом клапана.

Также на золотнике имеются разнообразные прокладки для того, чтобы перенаправлять воздушные потоки. И, наконец, последняя часть соленоида – управляющий клапан, который является “посредником” между движением стержня катушки и золотника. Основной компонент для управляющего клапана – круглый поршень, который передвигает золотник в открытое положение.

Поршень представляет собой маленький пластиковый диск с прокладкой вокруг него. За поршнем находится маленький привод, деталь для удержания привода на месте и маленькая заглушка, находящаяся внутри привода. Большинство этих компонентов, как и корпус управляющего клапана, изготавливается из полимеров для того, чтобы улучшить скольжение и уплотнение.

В заключение статьи, что же такое двелл? Это время, в течение которого на соленоид подаётся напряжение (соответственно, путь болта маркера в переднее положение время, которое болт находится в переднем положении, выпуская воздух). При сильном понижении параметра двелл вам придётся компенсировать более короткое время пребывания болта в переднем положении путём повышения рабочего давления маркера, что не будет полезным для вашего маркера. Слишком завышенное значение параметра двелл приведёт к перерасходу воздуха, заряда батареи и большему износу самого соленоида.

два одинаковых соленоида.

Два одинаковых соленоида.

На электромагнитную катушку клапана подаётся электрическое напряжение, после чего магнитный сердечник втягивается в соленоид, что приводит к открытию либо закрытию клапана. Сердечник помещён внутри закрытой трубки катушки соленоида — это необходимо для герметичности электромагнитного клапана.

Электромагнитное переключение

Поставляются для распределителей серии V. В комплект входит разъем и din-коннектор. Катушки взаимозаменяемы с катушками распределителей производства Camozzi. Напряжение катушек: 12, 24 В постоянного тока или 24, 110, 220 В переменного. Под заказ возможно изготовление катушек с другим напряжением.Условное обозначение “НО” в графе “совместимость катушек” указывает на то, что данный клапан относится к нормально открытому типу, “НЗ” – нормально закрытому.

E1 – AC 110В
E2 – AC 220В
E3 – AC 380В
E4 – DC 24В
E5 – DC 12В
E6 – AC 36В
E7 – AC 24В
E8 – DC 110В
E9 – DC 48В
E10 – DC 36В
Катушка пневмораспределителя VC-2

Наимено­вание катушки Напря­жение и мощность Проход­ное отверстие Размеры Совмес­тимость катушек
Длина Ширина Высота

VC2-DT

E5
E4 – 4,8 W
E7
E1
E2 – 5,5 VA

9,2 мм

28,2 мм

22 мм

29,5 мм

V221
V321
V5221
V5231
V5241
Катушка пневмораспределителя VC-1

Наимено­вание катушки Напря­жение и мощность Проход­ное отверстие Размеры Совмес­тимость катушек
Длина Ширина Высота

VC1-DT

E5
E4 – 2,8W
E7
E1
E2 – 3VA

8 мм

22 мм

17 мм

23,5 мм

V3211
V5211
N1M231-06

Катушка для электромагнитного клапана

Поставляются для клапанов серий ZS, SLP, UW, SLC. Напряжение катушек: 12, 24 В постоянного тока или 220 В переменного. Под заказ возможно изготовление катушек с другим напряжением.

Катушка для электромагнитного клапана ZS

Наимено­вание катушки Напря­жение и мощность Проход­ное отверстие Размеры Совмес­тимость катушек
Длина Ширина Высота

Катушка ZS

E2 – 20VA (ZS15-25мм)
E2 – 57VA (ZS35-50мм)
E2 – 33VA (ZS15-25мм)*
E2 – 70VA (ZS35-50мм)*
E4 – 20W (ZS15-25мм)
E4 – 45W (ZS35-50мм)
E5 – 25W (ZS15-25мм)
E5 – 33W (ZS35-50мм)
E7 – 43VA (ZS15-25мм)
E7 – 55VA (ZS35-50мм)

16,3 мм

54 мм

38,5 мм

40 мм

ZS10-25мм (НЗ)
SLP15-50 (НО)
THP (НО, НЗ)

*Относится только к клапанам нормально открытого (НО) типа.

Катушка для соленоида SLP

Наимено­вание катушки Напря­жение и мощность Проход­ное отверстие Размеры Совмес­тимость катушек
Длина Ширина Высота

Катушка SLP

E2 – 22VA
E4 – 13W
E4 – 20W*
E5 – 12W
E5 – 25W*
E7 – 18VA
E7 – 43VA*

14,7 мм

38,5 мм

29 мм

42 мм

SLP15-50 (НЗ)

*Относится только к клапанам нормально открытого (НО) типа.

Соленоидная катушка

Наимено­вание катушки Напря­жение и мощность Проход­ное отверстие Размеры Совмес­тимость катушек
Высота Диаметр
Катушка UW E5
E4 – 6W
E2 – 50VA
Данные уточняются… Данные уточняются… Данные уточняются… Данные уточняются…
Катушка для клапана SLC

Наимено­вание катушки Напря­жение и мощность Проход­ное отверстие Размеры Совмес­тимость катушек
Высота Диаметр

Катушка SLC

E5
E4 – 5W
E2 – 6,8VA

11,5 мм

34 мм

31 мм

SLC1, SLC2
E5
E4 – 9,3W
E2
SLC3, SLC4

Электромагнитные катушки так же называют катушками индуктивности или соленоидами. Они предназначены для превращения энергии электрического тока в механическое поступательное движение. Цилиндр соленоидной катушки обычно имеет медную обмотку, реже – алюминиевую. На высокотехнологичных производствах обмотку изготавливают из сверхпроводников. Длина цилиндра, а следовательно, и обмотки – должна превышать свой диаметр. Эти цилиндрические каркасы изготавливаются как однослойными, так и многослойными. Внутри обмотки содержится магнитный плунжер. При подаче постоянного электрического тока на обмотку – в полости цилиндра возникает практически однородное магнитное поле. Под его действием сердечник втягивается в катушку. Сердечники изготавливаются из железа, чугуна, ферритовых и иных сплавов. При подаче переменного тока – магнитное поле электромагнитной катушки так же будет переменным.

Катушка соленоида

Принцип работы соленоидного клапана:

До тех пор, пока напряжение на обмотку катушки соленоидного клапана не подано – пружина плотно перекрывает отверстие и поток сжатого воздуха перекрыт. Рабочая среда благодаря специальным отверстиям в верхней части диафрагмы создает естественное давление. Как только подается электрический сигнал – магнитное поле, воздействуя на сердечник, втягивает его, сжимая пружину. Тем самым проходное отверстие оказывается открытым. За счет того, что диаметр проходного отверстия больше, чем специальные отверстия на верхней части диафрагмы – давление на верхнюю часть сбрасывается и основное отверстие открывается. Как только напряжение пропадает – под действием пружины отверстие катушки электромагнитного клапана вновь оказывается перекрытым.

Сердечник электромагнитного клапана

Поставляются для клапанов серий ZS, SLP, UW, SLC. Напряжение катушек: 12, 24 В постоянного тока или 220 В переменного. Под заказ возможно изготовление катушек с другим напряжением.

длина 31мм, диаметр основания 11,5мм.

Когда электрический ток проходит через обмотки катушек, он ведет себя как электромагнит, и плунжер, который находится внутри катушки, притягивается к центру катушки с помощью магнитного потока внутри корпуса катушек, который, в свою очередь, сжимает небольшая пружина прикреплена к одному концу плунжера. Сила и скорость движения плунжеров определяются силой магнитного потока, генерируемого внутри катушки.

Когда ток питания выключен (обесточен), электромагнитное поле, созданное ранее катушкой, разрушается, и энергия, накопленная в сжатой пружине, заставляет поршень вернуться в исходное положение покоя. Это движение плунжера вперед и назад известно как «ход» соленоидов, другими словами, максимальное расстояние, на которое плунжер может проходить в направлении «вход» или «выход», например, 0–30 мм.

Такой тип соленоида обычно называется линейным соленоидом из-за линейного направленного движения и действия плунжера. Линейные соленоиды доступны в двух основных конфигурациях, которые называются «тягового типа», так как он тянет подключенную нагрузку к себе, когда они находятся под напряжением, и «толкающего типа», которые действуют в противоположном направлении, отталкивая его от себя при подаче питания. Как притягивающие, так и толкающие типы обычно имеют одинаковую конструкцию, с разницей в расположении возвратной пружины и конструкции плунжера.

Магнитное поле, создаваемое внутри.

Магнитное поле, создаваемое внутри.

Обычно соленоиды, линейные или вращающиеся, работают с приложением постоянного напряжения, но их также можно использовать с синусоидальными напряжениями переменного тока, используя двухполупериодные мостовые выпрямители для выпрямления питания, которые затем можно использовать для переключения соленоида постоянного тока.

Однако, как мы видели ранее с электромеханическими реле, линейные соленоиды являются «индуктивными» устройствами, поэтому требуется некоторая электрическая защита через катушку соленоида для предотвращения повреждения полупроводникового переключающего устройства высокими обратными ЭДС. В этом случае используется стандартный «Диод маховика», но вы также можете использовать стабилитрон или варистор малого значения.

Устройство электромагнитного клапана.

Устройство электромагнитного клапана.

Электромагнитный клапан выполняет роль регулирующего и запорного устройства в дистанционном управлении транспортировкой потоков жидкостей, воздуха, газа и других носителей. При этом процесс его использования может быть как ручным, так и полностью автоматизированным.

Наибольшую популярность получил соленоидный клапан Esbe, имеющий в качестве основного устройства соленоидный вентиль. Клапан соленоид состоит из электрических магнитов, которые в народе еще называют соленоидами. По своему устройству электромагнитный клапан напоминает обыкновенный запорный, но в данном случае управление положением рабочего органа происходит без применения физических усилий. Катушка принимает на себя электрическое напряжение, тем самым приводя в работу соленоидный вентиль и всю систему.

Электромагнитный клапан работает как в сложных технологических процессах на производстве, или же в коммунальных предприятиях, так и в быту. Используя такое устройство, мы можем самостоятельно регулировать объемы подачи воздуха или жидкости в конкретный момент времени. Вакуумный клапан же может работать в системах разреженного воздуха.

Сердечник электромагнитного клапана

В зависимости от условий, где применяется электромагнитный клапан, корпус может изготавливаться обычный и взрывозащищенный. Такое устройство используется преимущественно на точках нефте- и газодобычи, а также на автомобильных заправках и складах топлива.

Водяные клапаны применяются для автоматизации систем очистки воды. Кроме этого, электромагнитный водопроводный клапан нашел свое применение в поддержании уровня воды в водных резервуарах.

Конструкция линейного соленоида вытяжного типа

Линейные соленоиды полезны во многих устройствах, которые требуют движения открытого или закрытого типа (например, внутри или снаружи), таких как дверные замки с электронным управлением, пневматические или гидравлические регулирующие клапаны, робототехника, управление автомобильным двигателем, ирригационные клапаны для полива сада и даже для дверного звонка. Они доступны как открытая рама, закрытая рама или герметичные трубчатые типы.

Вращательный соленоид

Большинство электромагнитных соленоидов являются линейными устройствами, создающими линейную силу движения или движения вперед и назад. Однако имеются также вращательные соленоиды, которые производят угловое или вращательное движение из нейтрального положения либо по часовой стрелке, против часовой стрелки, либо в обоих направлениях (в двух направлениях).

Обычно доступные ротационные соленоиды имеют перемещения 25, 35, 45, 60 и 90 o, а также многократные перемещения к определенному углу и от него, такие как самовосстановление в двух положениях или возврат в нулевое вращение, например, от 0 до 90- до -0 ° , самовосстановление в 3 положениях, например от 0 ° до 45 ° или от 0 ° до -45 °, а также фиксация в 2 положениях.

Соленоид в металлическом корпусе

Соленоид в металлическом корпусе.

Вращающиеся соленоиды производят вращательное движение, когда под напряжением, обесточено, или изменение полярности электромагнитного поля изменяет положение ротора с постоянными магнитами. Их конструкция состоит из электрической катушки, намотанной вокруг стальной рамы с магнитным диском, соединенным с выходным валом, расположенным над катушкой.

Вращающиеся соленоиды используются в торговых автоматах или игровых автоматах, для управления клапанами, затворами камер со специальными высокоскоростными, низкоэнергетическими или регулируемыми позиционирующими соленоидами с высоким усилием или крутящим моментом, такими как те, которые используются в точечно-матричных принтерах, пишущих машинках, автоматах или в автомобилях.

Схема устройства соленоида.

Схема устройства соленоида.

Назначение и применение электромагнитных клапанов

Сердечник электромагнитного клапана

Соленоидный клапан применяется как в сложных технологических процессах, так и в быту. С его помощью можно дистанционно подать требуемый объём жидкости, пара или газа в нужный момент времени (подача воды в поливочных системах, регулирование отопительных процессов, обеспечение работы котельных объектов, в системах дозирования и смешения, а также для слива воды).

Снижение энергопотребления соленоида

Одним из основных недостатков соленоидов, особенно линейного соленоида, является то, что они являются «индуктивными устройствами», изготовленными из катушек с проволокой. Это означает, что соленоидная катушка преобразует часть электрической энергии, используемой для их работы, в «нагрев» из-за сопротивления провода.

Другими словами, при длительном подключении к источнику электропитания они нагреваются, и чем дольше время, в течение которого питание подается на соленоидную катушку, тем горячее становится. Также, когда катушка нагревается, ее электрическое сопротивление также изменяется, позволяя течь большему току, повышая ее температуру.

При постоянном входном напряжении, подаваемом на катушку, катушка соленоидов не имеет возможности остыть, потому что входная мощность всегда включена. Чтобы уменьшить этот самогенерируемый эффект нагрева, необходимо уменьшить либо количество времени, в течение которого катушка находится под напряжением, либо уменьшить количество тока, протекающего через нее.

Один из способов потребления меньшего тока заключается в подаче подходящего достаточно высокого напряжения на электромагнитную катушку, чтобы обеспечить необходимое электромагнитное поле для работы и посадки плунжера, но затем один раз активировать для снижения напряжения питания катушек до уровня, достаточного для поддержания плунжера, в «сидячем» или закрытом положении.

Рабочий цикл соленоида

Другим более практичным способом уменьшения тепла, выделяемого катушкой соленоидов, является использование «прерывистого рабочего цикла». Прерывистый рабочий цикл означает, что катушка многократно переключается «ВКЛ» и «ВЫКЛ» на подходящей частоте, чтобы активировать механизм плунжера, но не дать ему обесточиться во время периода ВЫКЛ. Прерывистое переключение рабочего цикла является очень эффективным способом уменьшения общей мощности, потребляемой катушкой.

Затем, если соленоид включен или включен на 30 секунд, а затем выключен на 90 секунд перед повторным включением, один полный цикл, общее время цикла включения / выключения составит 120 секунд, (30 90) поэтому рабочий цикл соленоидов будет рассчитываться как 30/120 сек или 25%. Это означает, что вы можете определить максимальное время включения соленоидов, если вам известны значения рабочего цикла и времени выключения.

Например, время выключения равно 15 секундам, рабочий цикл равен 40%, поэтому время включения равно 10 секундам. Соленоид с номинальным рабочим циклом 100% означает, что он имеет постоянное номинальное напряжение и поэтому может быть оставлен включенным или постоянно включен без перегрева или повреждения.

В этом уроке о соленоидах мы рассматривали как линейный соленоид, так и вращающийся соленоид как электромеханический привод, который можно использовать в качестве выходного устройства для управления физическим процессом. В следующем уроке мы продолжим рассмотрение устройств вывода, называемых исполнительными механизмами, и устройства, которое снова преобразует электрический сигнал в соответствующее вращательное движение, используя электромагнетизм. Тип устройства вывода, которое мы рассмотрим в следующем уроке — это двигатель постоянного тока.

Материал по теме: Что такое реле времени.

Соленоид в упаковке

Соленоид в упаковке

Как проверить работоспособность

Проводник, имеющий форму спирали, в котором возникает магнитное поле, называется соленоидом. Применяется в автомобилях и предназначен для переключения датчиков и клапанов на расстоянии. Таким образом, если клапан или какой-либо датчик перестал функционировать, то, прежде всего, проверке подвергают соленоид.

Для проверки потребуется следующее:

  • компрессор;
  • оборудование для диагностики;
  • различные инструменты – отвертки, ключи и другие.

Для проверки соленоида его необходимо переключить в режим “омметра”. Отыскать соленоид в автомобиле можно посредством технической документации, которая идет с каждым транспортным средством. Соленоид должен быть подключен к бортовому компьютеру. Обратить внимание и на то, в каком состоянии находится клапан. Он может быть закрытым или открытым.

  1. Следующим этапом следует проверка электрического сопротивления соленоида. В работе потребуется применить омметр, который следует подключить к клеммам компонента. О том, каким сопротивлением должен обладать соленоид в горячем и холодном состоянии, указано в технической документации. Проверить контур компонента на замыкание. Необходимо каждый контакт через корпус автомобиля замкнуть. В течение долгого периода эксплуатации в соленоиде скапливается большое количество загрязняющих компонентов. По возможности следует промыть соленоид в бензине. Возможно, что приходится иметь дело с неразборным компонентом. Тогда придется заменить старый соленоид на новый, и можно быть уверенным в том, что проблема устранена.
  2. Соленоид является источником мощного магнитного поля. В результате этого внутри скапливается большое количество металлических микрочастиц. Они оседают на стенках каналов и вскоре начинают препятствовать нормальной работе клапана. Подвижные части работают с перебоями. Удалять металлические микрочастицы можно посредством компрессора. Высокое давление воздуха удалит весь мусор, скопившийся за несколько лет или месяцев эксплуатации. Не забыть обратить внимание на то, в каком состоянии должен находиться клапан в обычном состоянии.
  3. Если соленоид закрыт в нормальном положении, то выполнить простой тест. Отключить устройство от источника питания. После этого направить струю воздуха, которая должна задерживаться внутри, а не выходить через выходной канал. Подать напряжение на соленоид. В данной ситуации воздушная струя должна начать выходить через выходной канал. Если условия выполняются, то можно сказать, что компонент находится в пригодном состоянии.
  4. С иной ситуацией придется столкнуться в случае с нормально открытым соленоидом. Как только компонент был обесточен, воздух должен начать выходить через выходной клапан. При подаче тока канал запирается, и воздух остается внутри.
Электромагнитный клапан.

Электромагнитный клапан.

Наличие короткого замыкания становится причиной низкого сопротивления. Его можно измерить и для этого необходимо отыскать электродвижущую силу, а также ее внутреннее сопротивление. На основании полученных сведений выполнить требуемые расчеты. Для расчета короткого замыкания потребуется лишь тестер.