Nguyên tắc hoạt động của van điện từ

Một van điện từ điều khiển là một loại van cách ly cho phép một thiết bị điện để kiểm soát dòng chảy của khí hoặc chất lỏng. Thiết bị điện tạo ra một dòng điện chạy qua một cuộn dây nằm trên van điện từ , do đó tạo ra từ trường gây ra sự dịch chuyển của cơ cấu truyền động bằng kim loại. Bộ truyền động được liên kết cơ học với một van bên trong van điện từ. Sau đó, van cơ học này sẽ mở hoặc đóng và do đó cho phép chất lỏng hoặc khí chảy qua hoặc bị chặn bởi van điện từ. Trong hệ thống điều khiển này, một lò xo được sử dụng để đưa bộ truyền động và van trở lại trạng thái nghỉ khi dòng điện bị loại bỏ. Hình 4.16cho thấy ứng dụng của van điện từ trong một hệ thống điều khiển điển hình. Một cuộn dây bên trong van điện từ tạo ra từ trường khi có dòng điện chạy qua. Từ trường tạo ra tác động van bi có thể thay đổi trạng thái để mở hoặc đóng thiết bị theo hướng chất lỏng được chỉ ra bởi mũi tên.

Van điện từ được sử dụng ở bất cứ nơi nào lưu lượng chất lỏng phải được điều khiển tự động, chẳng hạn như trong nhà máy tự động hóa. Một máy tính chạy chương trình tự động hóa để làm đầy một thùng chứa với một số chất lỏng có thể gửitín hiệu đến van điện từ để mở, cho phép bình chứa đầy, sau đó loại bỏ tín hiệu để đóng van điện từ, và do đó, dừng dòng chất lỏng cho đến khi bình chứa tiếp theo ở đúng vị trí. Bộ kẹp để nắm các vật trên rô bốt thường là một thiết bị được điều khiển bằng không khí. Một van điện từ có thể được sử dụng để cho phép áp suất không khí đóng bộ kẹp và van điện từ thứ hai có thể được sử dụng để mở bộ kẹp. Nếu sử dụng van điện từ hai chiều, thì không cần hai van riêng biệt trong ứng dụng này. Đầu nối van điện từ được sử dụng để kết nối van điện từ và công tắc áp suất.

(1) Nguyên tắc hoạt động

Van điện từ là đơn vị điều khiển, khi được cấp điện hoặc khử năng lượng, sẽ tắt hoặc cho phép dòng chất lỏng. Cơ cấu chấp hành bên trong van điện từ có dạng một nam châm điện . Khi được cung cấp năng lượng, một từ trường hình thành, kéo một pít tông hoặc phần ứng có trục quaychống lại tác động của lò xo. Khi mất điện, pít tông hoặc phần ứng có trục quay được đưa trở lại vị trí ban đầu nhờ tác động của lò xo.

Theo phương thức hoạt động , sự phân biệt được thực hiện giữa van tác động trực tiếp, van dẫn động bên trong và van dẫn động bên ngoài. Một đặc điểm phân biệt nữa là số lượng kết nối cổng hoặc số lượng đường dẫn luồng hoặc "cách".

Van điện từ tác động trực tiếp có đệm kín gắn vào lõi điện từ. Ở trạng thái không có năng lượng, lỗ trên ghế đóng và mở ra khi van được cấp năng lượng. Với van tác động trực tiếp, lực áp suất tĩnh tăng khi đường kính lỗ tăng lên, có nghĩa là lực từ trường cần thiết để vượt qua lực áp suất trở nên lớn hơn tương ứng. Do đó, van điện từ dẫn động bên trong được sử dụng để chuyển đổi áp suất cao hơn kết hợp với kích thước lỗ lớn hơn; trong trường hợp này, áp suất chất lỏng chênh lệch thực hiện hầu hết công việc đóng và mở van.

Van điện từ hai chiều là van đóng ngắt với một cổng vào và một cổng ra, như trong  Ở trạng thái không cung cấp năng lượng, lò xo lõi, được hỗ trợ bởi áp suất chất lỏng, giữ con dấu van xuống chân van để ngắt dòng chảy. Khi được cấp điện, lõi và con dấu được kéo vào cuộn dây điện từ và van sẽ mở ra. Lực điện từ lớn hơn lực lò xo tổng hợp và lực áp suất tĩnh và lực động của môi chất.

Van điện từ ba ngả có ba kết nối cổng và hai chỗ van. Một van bịt kín luôn mở và van kia đóng ở chế độ không có năng lượng. Khi cuộn dây được cấp điện, chế độ đảo ngược. Van điện từ ba ngã trong hình 4.17 (b) được thiết kế với lõi kiểu pit tông. Có nhiều hoạt động van khác nhau, tùy theo cách môi chất lưu chất được kết nối với các cổng làm việc.  Áp suất chất lỏng tích tụ dưới chân van. Với cuộn dây được khử năng lượng, một lò xo hình nón giữ chặt con dấu lõi dưới vào chân van và tắt dòng chất lỏng. Cổng A thoát ra qua R. Khi cuộn dây được cấp điện, lõi được kéo vào và chân van tại Cổng R được bịt kín bởi con dấu lõi phía trên có lò xo. Môi trường chất lỏng lúc này chảy từ P sang A.

Không giống như các phiên bản có lõi kiểu pít tông, van điện từ phần ứng trục có tất cả các cổng kết nối bên trong thân van. Một màng ngăn cách ly đảm bảo rằng môi trường chất lỏng không tiếp xúc với buồng cuộn dây. Van phần ứng xoay vòng có thể được sử dụng để có được bất kỳ hoạt động van điện từ ba chiều nào.Van phần ứng xoay vòng được cung cấp tính năng ghi đè bằng tay như một tính năng tiêu chuẩn.

Van điện từ dẫn động bên trong được lắp với van điện từ dẫn động hai chiều hoặc ba chiều. Một màng ngăn hoặc một piston cung cấp con dấu cho bệ van chính. Khi van điều khiển đóng, áp suất chất lỏng tích tụ trên cả hai mặt của màng ngăn thông qua một lỗ thoát khí. Miễn là có sự chênh lệch áp suất giữa đầu vào vàcác cổng ra, lực ngắt có sẵn nhờ diện tích hiệu dụng lớn hơn trên đỉnh của màng ngăn. Khi van điều tiết được mở, áp suất được giảm bớt từ phía trên của màng ngăn. Lực áp suất thực hiệu dụng lớn hơn từ bên dưới sẽ nâng màng ngăn và mở van. Nói chung, van dẫn động bên trong yêu cầu chênh lệch áp suất tối thiểu để đảm bảo việc đóng mở thỏa đáng.

Van điện từ bốn chiều dẫn động bên trong được sử dụng chủ yếu trong các ứng dụng thủy lực và khí nén để kích hoạt xi lanh tác động kép. Các van này có bốn cổng kết nối; một đầu vào áp suất P, hai kết nối cổng xi lanh A và B, và một kết nối cổng xả R. Một van điện từ poppet bốn / hai chiều được điều khiển bên trong được thể hiện trong Hình 4.17 (e). Khi không được cấp điện, van điều khiển sẽ mở ra ở đầu nối từ đầu vào áp suất đến kênh dẫn động. Cả hai cánh quạt trong van chính hiện đã được điều áp và chuyển sang trạng thái hoạt động. Bây giờ kết nối cổng P được kết nối với A và B có thể xả qua bộ hạn chế thứ hai thông qua R.

Với những loại này, một phương tiện thí điểm độc lập được sử dụng để kích hoạt van. Trong điều kiện không áp suất, chân van đóng. Một van điện từ ba chiều, có thể được gắn trên thiết bị truyền động, điều khiển môi trường thí điểm độc lập. Khi van điện từ được cấp điện, piston sẽ được nâng lên chống lại tác động của lò xo và van sẽ mở ra. Một phiên bản van thường mở có thể nhận được nếu lò xo được đặt ở phía đối diện của piston truyền động. Trong những trường hợp này, phương tiện thí điểm độc lập được kết nối với đỉnh của cơ cấu chấp hành. Các phiên bản tác động kép được điều khiển bởi van bốn / hai chiều không chứa bất kỳ lò xo nào.

(2) Các loại cơ bản

Van điện từ được đóng mở thông qua một điện từ được kích hoạt bằng tín hiệu điện. Trong hầu hết các ứng dụng công nghiệp, van điện từ có năm loại sau đây.

(1) Van điện từ hai chiều

Loại van điện từ này thường có một đầu vào và một đầu ra, được sử dụng để cho phép và ngắt dòng chất lỏng. Hai loại hoạt động cho loại này là "thường đóng" và "thường mở".

(2) Van điện từ ba chiều

Các van này thường có ba kết nối đường ống và hai lỗ thoát nước. Khi một lỗ mở, lỗ kia đóng và ngược lại. Chúng thường được sử dụng để tạo áp suất luân phiên cho áp suất xả từ bộ truyền động van hoặc xi lanh tác động đơn. Các van này có thể thường đóng, thường mở hoặc đa năng.

(3) Van điện từ bốn chiều

Các van này có bốn hoặc năm kết nối đường ống, thường được gọi là cổng. Một là cổng vào áp suất và hai cổng khác là cổng xylanh cung cấp áp suất cho xylanh tác động kép hoặc thiết bị truyền động, và một hoặc hai cửa xả áp suất từ xylanh. Chúng có ba kiểu xây dựng; điện từ đơn, điện từ kép, hoặc đơn vị vận hành không khí.

(4) Van điện từ gắn trực tiếp

Đây là các van điện từ hai chiều, ba chiều và bốn chiều được thiết kế để gắn băng nhóm vào các số lượng van khác nhau. Bất kỳ sự kết hợp nào của van thường đóng, thường mở hoặc van đa năngcó thể được nhóm lại với nhau. Dòng này là các van điện từ tiêu chuẩn có kết nối đường ống và cấu hình lắp đặt đã được thay thế bằng cấu hình lắp cho phép mỗi van được gắn trực tiếp vào thiết bị truyền động mà không cần sử dụng đường ống hoặc ống cứng.

(5) Van gấp

Một ống góp của van điện từ bao gồm một ma trận các van điện từ được gắn trong các mô-đun trên một thanh trượt với các chân điều chỉnh dọc theo một hướng. Số lượng van phụ thuộc vào các phần tử được kết nối và chức năng của mỗi phần tử này. Nhiều van điện từ được bố trí và đặt trên mặt lắp đặt của ống góp, và một bảng được hình thành với mạch điện để cấp cho các van điện từ này. Mỗi van điện từ bao gồm một phần van chứa một bộ phận van và một bộ phận vận hành điện từ để dẫn động bộ phận van. Bo mạch được gắn ở mặt bên đầu tiên của ống góp dưới phần vận hành điện từ. Bảng có thể được gắn và tháo ra trong khi vẫn để các van điện từ gắn trên ống góp, các đầu nối tiếp liệu và đèn báo được cung cấp ở các vị trí trên bảng tương ứng với các van điện từ tương ứng. Mỗi đầu nối cấp liệu được bố trí ở vị trí sao cho nó được kết nối với đầu nối tiếp nhận của van điện từ theo cách cắm khi lắp van điện từ trên ống góp. Mỗi đèn báo được bố trí ở vị trí sao cho có thể nhận ra bằng mắt thường từ phía trên van điện từ trong khi rời van điện từ được gắn trên ống góp.

Ống góp này cho phép tập trung các chức năng của một hoặc nhiều bể chứa theo cách mô-đun, nâng cao hiệu quả của hệ thống và mức độ kiểm soát quá trình. Ống góp van điện từ là một giải pháp thay thế tự động cho các ống mềm và các tấm chuyển hướng dòng chảy với các khúc cua chuyển đổi. Có bao nhiêu van theo số lượng chức năng mà phần tử phải thực hiện được kết nối với bể chứa hoặc đường dây làm việc. Không cần thao tác thủ công. Hoạt động được tự động hóa, ngăn ngừa mọi nguy cơ tai nạn.