Průvodce navíjením cívky: Vysvětlení technologie navíjení

Cívka je často neopěvovaným hrdinou v oblasti přesného řízení kapalin a elektrohydrauliky. Solenoidy, proporcionální ventily a další zařízení vděčí za svou funkci těmto zdánlivě jednoduchým zařízením.

Pokud jste manažer nákupu, který zajišťuje komponenty pro průmyslové automatizační systémy, nebo strojní inženýr pracující na hydraulických systémech, je nezbytné, abyste rozuměli cívkám. Tato příručka pokrývá všechny aspekty cívek od základů, včetně definic a provozu, až po konstrukci a provoz.

Cívka navíjení neboli solenoidová cívka je typ elektromagnetického zařízení, které se skládá z měděného drátu navinutého kolem obdélníkového nebo válcového jádra, označovaného jako „cívka“. Magnetické pole vzniká, když drátem prochází elektrický proud. Toto magnetické pole uvádí do pohybu píst nebo kotvu, která přeměňuje elektrickou energii na lineární mechanický pohyb.

Jedná se o elektromechanickou součástku sestávající z cívky, což je cívka nebo rám, na který se navíjí drát. Je to nejdůležitější součástka v zařízeních, jako jsou relé, solenoidy, proporcionální ventily a senzory. Cívka zajišťuje dokonalé navíjení, izolaci a mechanickou integritu.

Důležité části cívky

Jádro cívky (rám)

Obvykle je vyroben z plastu a dalších materiálů, které odolávají teplu.

Poskytuje místo, kde se navíjejí dráty a struktura drží pohromadě.

Někdy je konstruován tak, že má příruby, které zabraňují sklouznutí drátů.

Vinutí měděného drátu

Je to část, kde jsou navinuty dráty a vedou elektrický proud.

Má jednu vrstvu nebo více v závislosti na požadované indukčnosti a síle.

Určuje intenzitu magnetického pole a výkon cívky.

Vrstva izolace

Zajišťuje, aby mezi vrstvami vodičů nedocházelo ke zkratům.

Někdy je vyroben z materiálů, jako je polyester, smalt a slídová páska.

Zajišťuje bezpečnost a účinnost zařízení i při vysokých teplotách a napětích.

Vodiče nebo svorky

Je to část, kam lze připojit napájecí zdroj.

Lze jej pájet, krimpovat a zapojit.

Píst nebo jádro (používá se v proporcionálních ventilech a solenoidech)

Je to část, kde magnetické pole ovlivňuje pohyblivou část.

Je vyroben z měkkého železa a dalších feromagnetických materiálů.

Činnost cívky je založena na principech elektromagnetismu:

Tok proudu: Elektrický proud prochází měděným drátem.

Generování magnetického pole: Drát je obalen magnetickým polem generovaným proudem.

Ovládání pístu: Feromagnetický píst nebo kotva je přitahována magnetickým polem.

Lineární pohyb: Pohyb pístu je způsoben magnetickou silou, která přitahuje píst, což následně posouvá cívku uvnitř ventilu.

Cívky cívek lze rozdělit do různých tříd podle toho, jak jsou zapouzdřeny a izolovány:

Standardní zapouzdřené cívky

Chráněno před prachem a lehkou vlhkostí zakrytím plastem, obvykle nylonem nebo termoplastem.

Vysokoteplotní cívky

Pro aplikace s vysokými teplotami lze tyto cívky použít, protože obsahují tepelně odolný drát a materiály třídy H a třídy C.

Proporcionální solenoidové cívky

Tyto cívky jsou navrženy speciálně pro proporcionální ventily a obsahují unikátní pólové trubice, které zajišťují, že lineární síla je přímo úměrná aplikovanému proudu.

Otočné cívky

Tyto cívky obsahují pouzdro, které usnadňuje instalaci cívky v uzavřených prostorech, protože konektor lze otočit o 360 stupňů.

Při čtení datového listu cívky je důležité věnovat pozornost následujícím bodům:

Napětí

12 V DC, 24 V DC, 110 V AC a 230 V AC, které je obvykle interně usměrněno.

Spotřeba energie

U proporcionálních ventilů se obvykle pohybuje mezi 8 a 30 watty.

Pracovní cyklus

Obvykle je dimenzován na 100% pracovní cyklus.

Třída izolace

Například třída F 155 °C a třída H 180 °C.

Elektrické připojení

Volné vodiče, konektory M12 a DIN 43650 (tvar A, B a C).

Třída ochrany

Krytí IP67 a IP65, které je odolné vůči stříkající vodě a prachu.

Výhody

Nejlépe se používá s proporcionálními ventily, protože nabízí přesné ovládání a není omezen pouze na provoz zapnuto/vypnuto; lze jej plynule nastavit.

Spolehlivost: Dlouhá životnost, protože nedochází k mechanickému opotřebení mezi cívkou a kotvou.

Kompaktní design: Poskytuje značnou sílu v relativně kompaktním provedení.

Standardizace: Většina cívek je zaměnitelná mezi různými výrobci ventilů, protože všechny jsou standardizovány podle specifikací DIN, např. DIN 43650.

nevýhody

Generování tepla: Pokud jsou cívky neustále pod napětím, produkuje se teplo. Pokud se teplo neodvádí, může dojít k jejich spálení.

Citlivost na proud: Existuje přímý vztah mezi proudem a magnetickou silou. Výkon může být ovlivněn kolísáním napětí.

Citlivost na vlhkost: Zkraty mohou být způsobeny vlhkostí, pokud je porušena celistvost zapouzdření.

Spolehlivost, standardizace a opravitelnost jsou pro průmyslové klienty na prvním místě. To vše zajišťují cívky.

Globální zaměnitelnost: Cívka od jednoho výrobce může být použita ve ventilu od jiného výrobce díky standardizovaným specifikacím, jako je DIN 43650.

Škálovatelnost: Cívky cívky lze škálovat tak, aby dodávaly potřebnou sílu k otevření velkého hlavního ventilu nebo malého pilotního ventilu.

Bezpečnost: Zapouzdřené cívky výrazně snižují elektrická rizika v průmyslovém prostředí díky zajištění maximální elektrické izolace a uzemnění.

Nízké nároky na údržbu: Protože cívka neobsahuje žádné pohyblivé části, stačí zajistit čisté prostředí a bezpečné připojení.

Cívky se běžně používají v průmyslových automatizačních systémech. Patří mezi ně:

Standardní střídavý solenoid, stejnosměrný solenoid, solenoidový ventil, přídržný elektromagnet.

Hydraulické proporcionální ventily: Používají se v řízení turbín, lisech a vstřikovacích lisech.

Pneumatické solenoidové ventily: Pro balicí zařízení a automatickou montáž.

Ovládání spojky a brzdy: Pro těžké stroje a manipulaci s materiálem.

Lékařská technologie: Pro ventilátory a přesná dávkovací čerpadla.

Proces navíjení je nejdůležitější částí, která ovlivňuje výkon cívky. Cílem je optimalizace činitele plnění mědí a konstantní hodnoty odporu.

Proces navíjení:

Příprava cívky: K přípravě plastové cívky, která je první, se používá navíjecí stroj.

Výběr drátu: V závislosti na požadované hodnotě odporu a počtu požadovaných závitů se používá měděný drát se specifickou hodnotou průřezu.

Navíjení vrstev: Drát se poté navine na cívku. Drát se navine tak, aby zapadl do drážky předchozího drátu, což je známé jako metoda navíjení „dokonalé vrstvy“ a používá se při navíjení cívky.

Izolace: Jako izolace mezi jednotlivými otáčkami se používá páska.

Zakončení: Počáteční a koncové vodiče jsou zakončeny pomocí svorek.

Zapouzdření: Navinutá cívka je poté přelita plastem.

Výkon závisí na správném výběru cívky. Řiďte se níže uvedeným kontrolním seznamem:

Zkontrolujte napětí: Napětí se musí shodovat s napětím řídicího systému, které je obvykle 24 V DC.

Zkontrolujte typ konektoru: Typ konektoru je buď DIN 43650 tvar A, což je „velký“, nebo DIN 43650 tvar B, což je „malý“.

Určení odporu: Aby se zajistilo, že odpor splňuje specifikace uvedené na kartě řidiče, měří se nebo ověřuje odpor v ohmech. Nižší odpor generuje vyšší proud.

Myslete na životní prostředí: Pokud bude zařízení používáno venku/k oplachování, ujistěte se, že je krytí dostatečné (IP67 > IP65).

Teplotní třída: Pokud se cívka nachází v blízkosti horkého sacího potrubí/motoru, zvolte vyšší třídu izolace (H).

Řada ventilů: Ujistěte se, že typ kotevní trubky cívky je vhodný pro konkrétní použitou řadu ventilů.

Cívka je příliš horká na manipulaci:

Příčina: Vysoká okolní teplota, nesprávný typ cívky pro daný cyklus a nadměrné napětí.

Řešení: Zkontrolujte napětí. Ujistěte se, že je šoupátko ventilu zaseknuté a má tedy vysoký spínací proud.

Ventil se neaktivuje:

Příčina: Uvolněný konektor, přerušený vodič a/nebo spálená cívka.

Řešení: Zkontrolujte odpor. Pokud je cívka spálená a je nutné ji vyměnit, zobrazí se zpráva „Open Line“ (nekonečný odpor).

Nepředvídatelný/sporadický provoz:

Příčina: Přerušený kabel a/nebo špatné uzemnění.

Řešení: Ujistěte se, že je zasunut zemnicí kolík a že kolíky DIN konektoru nejsou zkorodované.

Hučení pouze z AC cívky:

Příčina: Zlomený stínovaný kroužek a/nebo špatné usazení pístu.

Řešení: Vyčistěte kotvu ventilu a/nebo vyměňte cívku.

Ve světě průmyslových řídicích systémů je cívka cívky kritickým rozhraním mezi mechanickým pohybem a elektronickými řídicími systémy. Pro trvanlivý a přesný výkon je zásadní porozumět technologii navíjení cívky, elektrickým vlastnostem a omezením prostředí.

Při výběru cívky pro zcela nový projekt proporcionálního ventilu nebo při diagnostice nefunkčního pohonu vždy upřednostňujte správné napětí, správnou izolaci a správnou ochranu. Průmysloví klienti slibují svým klientům minimální prostoje a maximální výkon systému díky použití vysoce kvalitních a standardizovaných cívek.