Cuộn Dây Van Điện Từ Và Những Điều Cần Lưu Ý
Cuộn coil van điện từ hay cuộn hút là phụ kiện quan trọng được lắp bên trong van. Bài viết hôm nay sẽ giới thiệu tới bạn đọc về các loại cuộn dây điện từ thường gặp, tác nhân gây hư hỏng cuộn dây điện từ và những lưu ý đối với loại phụ kiện van này.
Tương tự như nam châm điện, cuộn dây điện từ dùng để tạo ra năng lượng điện từ. Năng lượng điện từ được tạo ra tương ứng với số vòng quấn của cuộn dây, cuộn dây được cấp điện có từ tính như nam châm và mất từ tính khi nguồn điện bị ngắt.
Cuộn dây điện từ thường có hình chữ nhật để lõi dễ nhiễm từ hơn. Để khử từ tính ngay khi tắt nguồn điện, sắt non và thép sillic là những vật liệu thường được sử dụng. Cuộn dây điện từ (nam châm điện) có rất nhiều ứng dụng trong công nghiệp, phát minh này đã giúp cải thiện công suất máy phát điện rất nhiều.
Các loại cuộn dây điện từ thường sử dụng
Các loại cuộn dây van điện từ
- Cuộn dây điện từ loại DIN EN 175301 (loại tiêu chuẩn cho van điện từ)
- Cuộn dây điện từ loại giắc cắm (Metri-pack solenoid coil)
- Cuộn dây điện từ với 2 đường dây ra
- Cuộn dây điện từ loại Deutsch (DT04-4P)
- Cuộn dây điện từ loại ISO/DIN43650
- Cuộn dây điện từ loại dây với ống bảo vệ
Cuộn dây điện từ dùng cho van thủy lực thường được trang bị đầu nối ISO / DIN43650 cấp bảo vệ IP65 (xem thêm về các cấp bảo vệ ở cuối bài). Do đó, có nhiều loại đầu nối (dạng phích cắm hoặc dây) để đáp ứng các yêu cầu khác nhau, đặc biệt là các yêu cầu về máy móc kỹ thuật. Các loại đầu nối cho cuộn dây điện từ được liệt kê phía trên thường có thể đạt cấp bảo vệ IP67. Tuy nhiên, cần lưu ý tránh nước xâm nhập vào ống bọc cách điện của cuộn dây và khe hở giữa các đường kim loại.
>> Xem thêm: Van điện từ là gì và cách kiểm tra.
Cấu tạo cuộn dây điện từ
Cuộn dây điện từ gồm 1 cuộn dây được quấn tròn, đầu nối nguồn và lớp vỏ sắt.
Cuộn dây điện từ thường được bọc một lớp nhựa bằng máy ép. Một số nhà sản xuất sử dụng công nghệ thêm 30% sợi thủy tinh vào lớp nhựa để tăng độ cứng cho cuộn dây. Để cuộn dây sinh ra từ lực tạo thành mạch vòng và nhận được từ trở nhỏ hơn thì cuộn dây phải có độ dày đáng kể và sử dụng thép non có độ thẩm từ tốt, độ cảm ứng dư thấp.
Cấu tạo của cuộn dây van điện từ
Cuộn dây điện từ dạng đúc
Tính chất từ tính tốt hơn. Tuy nhiên, hệ số giãn nở nhiệt của sắt và chất dẻo khác nhau nên dễ tạo ra khe hở trong quá trình giãn nở và co lại.
Cuộn dây điện từ dạng dây quấn
Hiệu suất nhiệt tốt hơn. Cuộn dây được bảo vệ khỏi các hư hỏng cơ học nhưng kém an toàn và tiện lợi như loại dây đúc trong hệ thống van thủy lực.
Cường độ dòng điện qua cuộn dây tỉ lệ thuận với số vòng quấn của lực điện từ. Khi lõi dây đồng dày hơn và số vòng quấn nhiều hơn ta sẽ thu được một lực điện từ lớn hơn dưới cùng điện áp và dòng điện. Các loại cuộn dây điện từ có khối lượng càng lớn sẽ có giá thành càng cao.
Nguồn điện AC-DC sử dụng cho cuộn dây điện từ
Thông thường có các loại DC: 12V, 24V và AC: 110 (115V), 220 (230)V. Ngoài ra cũng có các loại được thiết kế theo yêu cầu như DC: 6V, 20V, 30V, 72V.
Hầu hết van cartridge được sử dụng trong máy móc di động thủy lực. Nguồn điện đầu tiên đến từ ắc quy thường khoảng 24V DC. Điện áp sẽ cao hơn khi máy phát điện chạy bằng động cơ đốt trong để sạc, một số thậm chí hơn 28V DC cũng có thể mang lại dòng điện AC. Có thể xem xét điều này để giải quyết sự cố đoản mạch khi cuộn dây điện từ trong van bị hỏng.
Nhiệt độ hoạt động, nhiệt độ môi trường xung quanh và lớp cách điện của cuộn dây điện từ
Khi cuộn dây van điện từ hoạt động, dòng điện được cấp chỉ trong 0.0 giây. Một phần công suất được dùng để đẩy phần ứng thực hiện một số tác động cơ học, phần công suất còn lại được chuyển đổi thành nhiệt. Do đó, nhiệt độ tăng cao là điều không thể tránh khỏi (không đề cập đến rằng cuộn dây điện từ có thể trong van tiếp tục hoạt động với hệ thống làm việc 100%).
t: thời gian T: nhiệt độ F: Lực điện từ i: Dòng điện P: Năng lượng U: điện áp
Khi sự chênh lệch nhiệt độ giữa cuộn dây và môi trường ngày càng lớn, bức xạ nhiệt ngày càng cao. Đến một điểm nhiệt độ nhất định nhiệt độ sẽ cân bằng, khi đó nhiệt độ cuộn dây không tăng thêm nữa.
Nhiệt độ cân bằng phụ thuộc vào các điều kiện nhiệt. Một mặt là kích thước diện tích bề mặt cuộn dây, hệ số truyền nhiệt; mặt khác tùy thuộc vào nhiệt độ của môi trường xung quanh.
Nhiệt độ cân bằng của cuộn dây khi hoạt động liên tục dễ đạt đến mức 100oC khi van điện từ được cấp điện. Do đó, cấp cách điện tối thiểu của cuộn dây là cấp F với nhiệt độ tối đa 155oC. Cấp cách điện H và cấp cách điện N cũng được sử dụng, nhiệt độ tối đa là 180oC và 200oC. Vì cuộn dây có thể đạt tới mức nhiệt độ rất cao nên cần phải có các biện pháp bảo vệ tốt, tránh tiếp xúc với cuộn dây để hạn chế nguy cơ bỏng cho người vận hành.
Điện áp hoạt động và dòng điện
Cuộn dây van điện từ được quy định mức điện áp tiêu chuẩn, điện áp đầu vào cho phép sai lệch ±10%.
Cần lưu ý rằng, vì lực điện từ tỷ lệ với cường độ dòng điện qua cuộn dây, điện trở của cuộn dây tăng khi nhiệt độ tăng, dòng điện hoạt động giảm dẫn đến lực điện từ suy giảm theo. Do đó, để duy trì hoạt động bình thường của điện áp đầu vào và nhiệt độ môi trường xung quanh trong phạm vi hoạt động của cuộn dây được thể hiện như sau:
Sẽ có sự khác biệt chút ít đối với mỗi cuộn dây được chế tạo bởi các nhà sản xuất khác nhau, điều này không quan trọng. Khi không đủ điện áp, cuộn dây vẫn có thể hoạt động ở nhiệt độ môi trường thấp hơn. Tuy nhiên, nếu không đủ điện áp và nhiệt độ môi trường cao hơn, cuộn dây sẽ không thể hoạt động bình thường.
Bảo vệ điện áp ngược tăng
Khi cuộn dây điện từ được cấp điện, dòng điện tăng dần do ảnh hưởng bởi độ tự cảm của cuộn dây. Khi phần ứng của cuộn dây chuyển động, độ tự cảm bắt đầu tăng lên dẫn đến sự suy giảm dòng điện qua cuộn dây trong thời gian ngắn. Sau khi hành trình của phần ứng kết thúc, dòng điện lại tăng dần cho đến khi đạt giá trị ổn định.
Khi cuộn dây bị khử điện, dòng điện bị cắt đột ngột, xuất hiện điện áp ngược cao bởi sự thay đổi từ trường. Điện áp tại giá trị đó đạt gấp 20 lần điện áp định mức và có khả năng làm hỏng lớp cách điện của cuộn dây.
Đặc biệt lưu ý, cuộn dây điện từ thông thường không phân cực nhưng khi có một diode bên trong sẽ có một chiều phân cực. Hệ thống dây điện phải được kết nối theo cực được chỉ định, nếu không sẽ gây ra dòng ngắn mạch (đoản mạch) qua diode và làm cháy cuộn dây điện từ.
Nguyên nhân hư hỏng cuộn điện và các biện pháp phòng tránh
Không giống như chuyển động cơ học, không có sự hao mòn của chuyển động electron. Về lý thuyết, cuộn dây điện từ có thể sử dụng mãi mãi. Tuy nhiên trên thực tế luôn xảy ra những hư hỏng, nguyên nhân chủ yếu như sau:
- Hư hỏng do tác động đột ngột.
- Đai ốc siết cuộn dây bị vặn quá chặt gây ra các vết nứt nhỏ ở lớp nhựa.
- Ống bọc phần ứng bị ăn mòn làm hỏng cuộn dây của lớp nhựa. Vì vậy, có hai vòng chữ O thường được lắp ở hai bên cuộn dây để ngăn nước thấm vào giữa cuộn dây và ống bọc.
- Phích cắm loại ISO / DIN43650 chủ yếu được sử dụng trong van thủy lực. Giữa các chân kim loại và thành phần nhựa có một khoảng trống nhỏ. Nếu gioăng cao su của phích cắm không được lắp đúng hoặc bị thiếu, nước có thể xâm nhập vào cuộn dây bên trong qua khe hở nhỏ, đặc biệt nếu van được sử dụng ngoài trời.
- Cuộn dây sẽ tạo ra nhiệt khi van hoạt động. Không khí sẽ nở ra giữa các vòng dây quấn và thoát ra từ các khe hở giữa đường vào và vỏ nhựa và các kẽ hở khác. Khi van điện từ không hoạt động và nhiệt độ hạ xuống, áp suất bên trong giảm, không khí sẽ được hút vào cuộn dây. Hiện tượng này được gọi là cuộn dây “thở”. Hơi nước theo không khí vào trong cuộn dây có thể dẫn đến ăn mòn. Để khắc phục, một số nhà sản xuất sử dụng cuộn dây đồng phẳng nhằm giảm khoảng cách giữa các vòng dây quấn.
- Do sự ăn mòn và lão hóa cách điện ở nhiệt độ cao, giữa các vòng quay của cuộn dây xảy ra ngắn mạch. Sự đoản mạch nhỏ xuất hiện một ít giữa các vòng dây đồng. Cuộn dây điện từ có thể vẫn hoạt động. Tuy nhiên, khi số vòng ngắn mạch tăng lên, điện trở cuộn dây giảm, dòng điện qua cuộn dây tăng lên. Sự ngắn mạch giữa các vòng dây quấn sẽ dẫn nhiệt bất thường tại các điểm, làm hỏng gia tốc.
Đối với tất cả các trường hợp trên, biện pháp phòng tránh tốt nhất là thường xuyên đo điện trở của cuộn dây. Nếu điện trở của cuộn dây giảm 15% ~ 20% so với bình thường thì không nên sử dụng cuộn dây này trong thời gian dài nữa. Ngay cả khi thiết bị vẫn hoạt động thì tốt hơn hết nên thay thế cuộn dây càng sớm càng tốt. Cần lưu ý rằng điện trở của cuộn dây thay đổi theo nhiệt độ, yếu tố này cần được tính đến khi đo cuộn dây.
Bộ điều khiển lập trình nâng cao PLC có thể giám sát dòng điện đầu ra tại mỗi cổng ra. Nếu có thể phát hiện nhiệt độ môi trường xung quanh và kết hợp với các thuật toán thích hợp có thể cảnh báo trước về sự hư hỏng ở cuộn dây.
Các cấp độ bảo vệ của cuộn dây
Nước, đặc biệt là các tạp chất và dung môi hóa học trong nước là yếu tố gây hư hỏng cho cuộn dây. Do đó, tiêu chuẩn IEC144 và DIN40050-9 cung cấp khả năng chống thấm nước và chống bụi.
IP65: Yêu cầu của lớp bảo vệ là ngăn bụi xâm nhập và cuộn dây có thể chịu được tác động của tia nước áp suất thấp từ bên ngoài trong 3m.
IP67: Yêu cầu của lớp bảo vệ là ngăn bụi xâm nhập và cuộn dây có thể được ngâm trong nước sâu trong 30 phút.
IP69K: yêu cầu của lớp bảo vệ là ngăn bụi xâm nhập và cuộn dây có thể chịu được áp suất cao trong khoảng cách 10 ~ 15cm (10MPa) ở nhiệt độ cao (80oC) và bị tác động bởi nước tẩy rửa hỗn hợp.
Trên đây là những đặc điểm của cuộn dây van điện từ và những lưu ý trong quá trình sử dụng. Hy vọng những kiến thức mà B2bmart.vn tổng hợp sẽ hữu ích với mọi người.
B2b Team
