Guide till spolspolen: Lindning och teknik förklarad

Spolspolen är ofta den okända hjälten inom områdena exakt vätskekontroll och elektrohydraulik. Solenoider, proportionalventiler och andra anordningar har dessa till synes enkla anordningar att tacka för sin funktion.

Om du är inköpschef som letar efter komponenter till industriella automationssystem eller maskiningenjör som arbetar med hydrauliska system är det viktigt att du förstår spolspolar. Från grunderna, inklusive definitioner och funktion, till konstruktion och drift, täcker den här guiden alla aspekter av spolspolar.

En spolspole, eller solenoidspole, är en typ av elektromagnetisk anordning som består av en koppartråd lindad runt en rektangulär eller cylindrisk kärna som kallas en "spole". Ett magnetfält produceras när en elektrisk ström passerar genom tråden. En kolv eller ett ankare aktiveras av detta magnetfält och omvandlar elektrisk energi till linjär mekanisk rörelse.

Det är en elektromekanisk del som består av en spole, vilket är en spole eller en ram där tråden lindas. Det är den viktigaste delen i apparater som reläer, solenoider, proportionalventiler och sensorer. Spolen säkerställer att lindning, isolering och mekanisk integritet är perfekt.

Viktiga delar av en spole

Spolens kärna (ram)

Den är vanligtvis tillverkad av plast och andra material som tål värme.

Det ger en plats där trådarna lindas och strukturen hålls ihop.

Den är ibland konstruerad på ett sådant sätt att det finns flänsar för att förhindra att trådarna glider.

Lindande koppartråd

Det är den del där trådarna är lindade och leder elektricitet.

Den har ett enda lager eller mer beroende på den erforderliga induktansen och kraften.

Den bestämmer magnetfältets intensitet och spolens prestanda.

Isoleringslager

Det säkerställer att det inte finns några kortslutningar mellan trådarnas lager.

Den är ibland tillverkad av material som polyester, emalj och glimmertejp.

Det säkerställer att enheten är säker och effektiv även vid höga temperaturer och spänningar.

Ledningar eller terminaler

Det är den del där strömförsörjningen kan anslutas.

Den kan lödas, krympas och anslutas.

Kolv eller kärna (används i proportionella ventiler och solenoider)

Det är den del där magnetfältet påverkar den rörliga delen.

Den är tillverkad av mjukt järn och andra ferromagnetiska material.

Funktionen hos en spole är baserad på principerna för elektromagnetism:

Strömflöde: En elektrisk ström passerar genom koppartråden.

Magnetfältsgenerering: Tråden är innesluten i ett magnetfält som genereras av strömmen.

Kolvaktivering: En ferromagnetisk kolv eller ankare attraheras av magnetfältet.

Linjär rörelse: Kolvens rörelse beror på den magnetiska kraft som attraherar kolven, vilket i sin tur förskjuter spolen inuti ventilen.

Spolspolar kan grupperas i olika klasser baserat på hur de är inkapslade och isolerade:

Standardinkapslade spolar

Skyddas mot damm och lätt fukt genom att vara täckt med plast, vanligtvis nylon eller termoplast.

Högtemperaturspolar

För högvärmeapplikationer kan dessa spolar användas eftersom de innehåller värmebeständig tråd och material, klass H och klass C.

Proportionella solenoidspolar

Dessa spolar är speciellt utformade för proportionella ventiler och innehåller unika polrör som säkerställer att linjär kraft uppnås i direkt proportion till den pålagda strömmen.

Roterbara spolar

Dessa spolar har ett hölje som gör det enklare att installera spolen i trånga utrymmen eftersom kontakten kan roteras 360 grader.

Det är viktigt att vara uppmärksam på följande när du läser databladet för en spole:

Spänning

12V DC, 24V DC, 110V AC och 230V AC, som vanligtvis är internt likriktad.

Energiförbrukning

För proportionella ventiler ligger den vanligtvis mellan 8 och 30 watt.

Duty Cycle

Den är vanligtvis klassad för 100 % arbetscykel.

Klass av isolering

Till exempel klass F 155°C och klass H 180°C.

Elektriska anslutningar

Lös ledning, M12-kontakter och DIN 43650 (Form A, B och C).

Skyddsklass

IP67 och IP65, vilket är motståndskraftigt mot vattenstrålar och damm.

Fördelar

Den används bäst med proportionella ventiler eftersom den erbjuder exakt styrning och inte är begränsad till på/av-drift; den kan vara oändligt variabel.

Tillförlitlighet: Lång livslängd eftersom det inte finns något mekaniskt slitage mellan spolen och ankaret.

Kompakt design: Ger avsevärd kraft i ett relativt kompakt paket.

Standardisering: Majoriteten av spolarna är utbytbara mellan olika ventiltillverkare eftersom de alla är standardiserade enligt DIN-specifikationer, t.ex. DIN 43650.

nackdelar

Värmegenerering: När spolar är konstant aktiverade produceras värme. Spolen kan brännas ut om värmen inte avleds.

Strömkänslighet: Det finns ett direkt samband mellan ström och magnetisk kraft. Prestandan kan försämras av spänningsvariationer.

Fuktkänslighet: Kortslutningar kan orsakas av fukt om inkapslingens integritet bryts.

Tillförlitlighet, standardisering och reparationsvänlighet står högst upp på listan för industriella kunder. Allt detta tillhandahålls av bobinspolar.

Global utbytbarhet: En spole från en tillverkare kan användas i en ventil från en annan tillverkare, tack vare standardiserade specifikationer som DIN 43650.

Skalbarhet: Spolspolar kan skalas för att leverera den kraft som behövs för att öppna en stor huvudstegsventil eller en liten pilotventil.

Säkerhet: Genom att ge maximal elektrisk isolering och jordning minskar inkapslade spolar avsevärt elektriska faror i industriella miljöer.

Lågt underhåll: Eftersom det inte finns några rörliga delar i spolen behöver man bara se till att miljön är ren och att alla anslutningar är säkra.

Spolspolar används ofta i industriella automationssystem. Dessa inkluderar:

Standard AC-solenoid, DC-solenoid, magnetventil, hållelektromagnet.

Hydrauliska proportionalventiler: Används i turbinstyrningar, pressar och formsprutningsmaskiner.

Pneumatiska magnetventiler: För förpackningsutrustning och automatisk montering.

Kopplings- och bromsaktivering: För tunga maskiner och materialhantering.

Medicinsk teknik: För ventilatorer och precisionsdoseringspumpar.

Lindningsprocessen är den mest kritiska delen som påverkar spolens prestanda. Målen är att optimera kopparfyllningsfaktorn och det konstanta resistansvärdet.

Lindningsprocessen:

Spolförberedelse: En lindningsmaskin används för att förbereda plastspolen, vilket är den förra.

Trådval: Beroende på önskat resistansvärde och antalet varv används koppartråd med ett specifikt tjocklekvärde.

Lagerlindning: Tråden lindas sedan på spolen. Tråden lindas på ett sådant sätt att den passar in i spåret på den föregående tråden, vilket kallas för "perfekt lager"-lindningsmetoden och används vid lindning av spolen.

Isolering: Tejp används som varv-till-varv-isolering.

Avslutning: Start- och slutkablarna avslutas med hjälp av terminaler.

Inkapsling: Den lindade spolen övergjuts sedan med plast.

Prestandan beror på rätt val av spole. Följ checklistan nedan:

Kontrollera spänningen: Spänningen måste överensstämma med styrsystemets spänning, som vanligtvis är 24 V DC.

Kontrollera kontakttypen: Kontakttypen är antingen DIN 43650 Form A, som är "stor", eller DIN 43650 Form B, som är "liten".

Bestäm resistansen: För att säkerställa att den uppfyller specifikationerna som anges på förarkortet mäts eller verifieras resistansen i ohm. Högre ström genereras av lägre resistans.

Tänk på miljön: Se till att skyddsklassningen är tillräcklig (IP67 > IP65) när applikationen ska användas utomhus/spolas av.

Temperaturklassning: Välj en högre isoleringsklass (H) när spolen är nära ett varmt grenrör/en varm motor.

Ventilserie: Säkerställ att spolens ankarrörstyp är lämplig för den specifika ventilserien som används.

Spolen är för varm att hantera:

Orsak: Hög omgivningstemperatur, fel spoltyp för cykeln och för hög spänning.

Lösning: Kontrollera spänningen. Se till att ventilspolen har fastnat och därmed har en hög startström.

Ventilen aktiveras inte:

Orsak: Lös kontakt, trasig kabel och/eller bränd spole.

Lösning: Kontrollera resistansen. Om spolen är trasig och måste bytas ut visas meddelandet "Open Line" (oändlig resistans).

Oförutsägbar/Sporadisk operation:

Orsak: Trasig kabel och/eller dålig jordanslutning.

Lösning: Se till att jordstiftet är isatt och att DIN-kontaktens stift inte är korroderade.

Brummande ljud från endast AC-spolen:

Orsak: Trasig skuggad ring och/eller felaktig placering av kolven.

Lösning: Rengör ventilankaret och/eller byt ut spolen.

I industriella styrsystem är spolspolen ett viktigt gränssnitt mellan mekanisk rörelse och elektroniska styrsystem. För hållbar och exakt prestanda är det avgörande att förstå dess spollindningsteknik, elektriska egenskaper och miljöbegränsningar.

Prioritera alltid rätt spänning, korrekt isolering och korrekt skydd när du väljer en spole för ett helt nytt proportionalventilprojekt eller diagnostiserar ett felaktigt ställdon. Industrikunder lovar sina kunder minimal driftstopp och maximal systemprestanda genom användning av högkvalitativa och standardiserade spolar.