Электромагнитные катушки

Электромагнитные катушки, также известные как соленоиды, применяются преимущественно для управления клапанами и распределителями в различных системах. Они обеспечивают быстрое и точное открытие или закрытие клапанов, что критично для многих промышленных процессов, таких как управление пневматическими приводами, регулирование потока жидкости, газа или пара. С помощью электромагнитного поля, создаваемого катушкой, происходит перемещение анкера, который в свою очередь воздействует на механизм клапана.

Конструкция и принцип работы

Электромагнитная катушка распределителя состоит из нескольких ключевых компонентов, которые взаимодействуют для выполнения своей основной функции — управления клапанами.

• Основные компоненты: Соленоид обычно состоит из медного или алюминиевого провода, намотанного вокруг металлического сердечника. Этот провод подключается к источнику электрического тока. Все компоненты размещены в герметичном корпусе, залитым эпоксидной смолой.
• Принцип действия: При прохождении тока через провод создается магнитное поле, которое приводит в движение металлический анкер внутри соленоида. Этот анкер, в свою очередь, воздействует на механизм клапана, открывая или закрывая его.

От параметров и конструкции электромагнитных катушек или соленоидов зависят многие характеристики распределителей с электромагнитным управлением: скорость переключения, потребление энергии, стойкость к факторам окружающей и рабочей среды, удобство монтажа и обслуживания, скорость замены при поломке и т.п.

Съёмные и встроенные катушки

Если внимательно посмотреть на распределители, то можно увидеть, что на некоторых из них катушки являются съемными, а на других – встроенными. Обе концепции имеют свои достоинства и недостатки и применяются производителями пневматики примерно поровну.

Съёмные катушки фиксируются на электрической арматуре распределителя с помощью гайки с шайбой или пружинной скобки. Скобка позволяет значительно сократить время на замену катушки.

Сравнение конструктивных типов электромагнитных катушек пневмораспределителей

Тип конструкции	Главные достоинства	Недостатки и ограничения
Съемная катушка	Возможность использовать один и тот же распределитель в системах с разным рабочим напряжением Более широкий диапазон возможных напряжений постоянного и переменного тока, исполнений по взрывозащите, температуре и т.п. Возможность работы с катушками других производителей Легкая замена катушки Ремонт отдельно от распределителя Как правило, обеспечивается лучшая защита выхлопа пилота Лучше отвод тепла Вариативность монтажа на оборудовании за счет возможности поворота катушки	Сложнее заказ: распределитель + катушка + разъем + светодиод + кабель Более высокая цена полного комплекта Большие габариты Более сложный электрический монтаж распределителя – присоединение катушки, разъема и кабеля
Встроенная катушка	Проще заказ, особенно со встроенным кабелем и светодиодом Более низкая цена полного комплекта Компактнее габариты Проще монтаж и замена распределителя Проще обеспечить высокий класс защиты Лучше подходит для задач с большим числом распределителей	При выходе из строй катушки или распределителя меняется весь комплект (особенно дорого при встроенном кабеле) В основном выпускаются на напряжение постоянного тока в диапазоне 5…24 В, очень редко на 110 и 230 В переменного Отсутствие исполнений со взрывозащитой, большим допуском температур и т.п.

Характеристики

При выборе соленоида важно учитывать ряд параметров:

Напряжение

Номинальными значениями для обычных моделей являются:

• 5/12/24 В для постоянного тока;
• 110 и 220/230 В для переменного.

Существуют также устройства, рассчитанные на другие параметры напряжения, но они представлены моделями для специального применения, например, для шахт и опасных производств, и в настоящее время серийно не выпускаются.

Разброс напряжения может составлять +/-10% от номинального для типовых катушек, и до +/-30% для специальных.

Мощность

Стандартная потребляемая мощность составляет 0,4-4,5 Вт в распределителях пилотного типа, и до 20 Вт в устройствах прямого действия.

Некоторые современные модели дополнены системой снижения тока. Соленоидный элемент потребляет номинальный ток в первые 3-5 мс работы, далее в режиме удержания ток падает в 2-5 раз.

Мощность соленоида подбирает производитель клапана с учетом таких факторов: рабочее давление, диаметры каналов питания и выхлопа (пилота или основного каскада для распределителей прямого действия), сила возвратной пружины. При изменении рабочего давления время переключения электромагнита, т.е. время срабатывания пилота или основного каскада, меняется. Например, с пружиной, рассчитанной на давление 10 бар, при работе на более низком давлении якорь будет подниматься с седла медленнее, зато садиться на седло после снятия сигнала будет быстрее.

Номинальные напряжение и потребляемая мощность обязательно указываются на корпусе изделия.

Электрическое подключение и размеры

Катушки могут иметь стандартизированный прямоугольный интерфейс под ответную розетку, к которой подключается или встраивается кабель. Этот интерфейс имеет определенные размеры, число, форму и расположение контактов. Разъёмы для унификации чаще всего выполнены по стандарту DIN 43650 (EN 175301-803), но бывают и специфические модели. Розетки крепятся к катушке винтом.

Варианты крепления съемных катушек на распределителе и розеток на катушках (с кабелем и без)

В некоторых моделях вместо DIN разъёмов используется круглый разъём M8x1 или M12x1, к которому подключаются круглые универсальные штекеры и кабели. 

В некоторых моделях, однако, кабель может быть впаян в катушку и не подлежит отсоединению.

Размеры соленоида и тип электрического подключения также являются важными параметрами, особенно при интеграции в уже существующие системы. Из размеров наиболее важным стоит учитывать диаметр анкерной трубки клапана и соответствующее отверстие в соленоиде, в противном случае он просто не оденется на трубку.

Продолжительность включения

Ранее (до появления схем снижения тока), важной считалась продолжительность включения (ПВ), т.е. время, которое соленоид мог находиться под напряжением без перегрева:

• 100% - неограниченная продолжительность;
• Менее 100% - время работы, пересчитанное на 10-минутный интервал.

Так, если указывалась ПВ 60%, это означало, что продолжительность должна составлять не более 6 минут. Практически все современные соленоиды имеют ПВ 100%, поэтому данный показатель обычно не указывается в маркировке.

Степень пылевлагозащиты IP

Важным показателем является класс защиты. Он указан на катушке после обозначения IP. Первая цифра показывает, насколько контакты катушки защищены от касания персоналом и попадания на них посторонних частиц, включая пыль. Вторая цифра показывает степень защиты от воды. Стандартными являются классы защиты IP54, IP65 (важно учитывать, что это значение указывается при полностью подключенном разъёме). Подробнее объясняем в этой статье.

Взрывозащищённые катушки (Ex)

Для использования в пожароопасных или взрывоопасных местах применяются специальные катушки, соответствующие определенным международным директивам и конструктивным стандартам, например, правилам по взрывобезопасности АТЕХ (Atmosphère Explosible – взрывоопасная атмосфера). Эти катушки сертифицированы для работы в определенных опасных зонах и могут быть искробезопасными или взрывозащищенными. Примером таких конструктивных исполнений могут быть катушки с запаянным кабелем и катушки с прочным и герметичным металлическим корпусом. В их обозначениях присутствуют символы “Ex”. Таким образом, сменные катушки на распределителях могут быть обычными или защищенными.

Стоит учитывать, что для подключения искробезопасных катушек (тип взрывозащиты Ex i) дополнительно требуется барьер искробезопасности.

Слева направо: взрывозащищённые катушки Ex d (алюминиевая, нержавеющая), а также искробезопасная катушка Ex i и барьер искрозащиты

На сайте B&B Engineering доступны для покупки электромагнитные катушки без взрывозащиты, а для использования в условиях опасных производств, подразумевающих возможность воспламенения или взрыва, целесообразно приобрести электромагнитные катушки со взрывозащитой.

Схемы защиты катушек

Современные катушки постоянного тока снабжаются схемами защиты от смены полярности и искрения на контактах при отключении. Когда цепь подачи тока разрывается, ток на катушке резко падает. В совокупности с индуктивностью катушки на контактах кратковременно возникает высокое напряжение – так называемая электрическая дуга. Это явление быстро разрушает контакты, поэтому в качестве защиты параллельно обмотке катушки подключают диод. Благодаря этому при исчезновении тока в главной цепи ток по обмотке катушки будет течь еще некоторое время, пока энергия магнитного поля полностью не рассеется. Пики индуктивного напряжения значительно снижаются, уменьшая риск повреждения контактов и обмотки.

Температурный режим

Катушки также нужно защищать от перегрева, особенно при установке распределителей рядом друг с другом. При длительном удержании сигнала температура внутри катушки может достигать +120°С. Кроме опасности выхода из строя, перегрев чреват оплавлением полимерных деталей, например, корпуса пилота, и снижением характеристик. Известно, что электрическое сопротивление растет с ростом температуры, поэтому холодная катушка всегда развивает большее усилие, чем горячая. И чем выше мощность катушки, тем больше должна быть ее поверхность для отвода тепла. Для небольших встроенных катушек, где не удается применить схему снижения тока, эффективным является использование круглого электрического разъема с металлическим корпусом вместо простых плоских контактов, на которые надевается пластиковая розетка. В принципе, указанный в характеристиках катушки диапазон температуры показывает пределы, в которых катушка надежно переключает свой якорь во всем диапазоне рабочего давления распределителя.

Индикация работы

Кроме защитных схем и элементов отвода тепла в катушку или ответную розетку встраивают индикатор – светодиод, который загорается при подаче на обмотку напряжения. Более старые распределители снабжаются светодиодной прокладкой между катушкой и розеткой, которая ставится вместо штатного уплотнения. Т.е. наличие индикации статуса катушки – под напряжением она или нет – зависело от пользователя. Сейчас же практически все распределители с электромагнитным управлением выпускаются со встроенными светодиодами. Наличие светодиодов облегчает запуск системы в эксплуатацию и является наиболее доступным средством диагностики при поиске неисправности. Причем светодиодов может быть даже два – один для индикации статуса, другой, как правило, красный, для индикации наличия какой-либо ошибки.

Светящееся уплотнение, светящаяся розетка и встроенные светодиоды на катушках и розетках

Как выбрать соленоид

Выбор подходящей электромагнитной катушки — задача, требующая тщательного подхода. Рекомендуется использовать именно те модели, которые указал производитель в документации на клапан. При самостоятельном выборе есть несколько ключевых аспектов, на которые стоит обратить внимание:

• Геометрические размеры: В первую очередь, важен размер под анкерную трубку.
• Электрические параметры: Напряжение и мощность, которые зависят от управляющего сигнала и характеристик распределителя.
• Электрическое подключение: Убедитесь, что для подключения кабеля к катушке используется подходящий разъём.
• Условия эксплуатации: Учитывайте ваши условия эксплуатации и выбирайте соответствующие степень пылевлагозащиты IP и взрывозащиту.

Заключение

Электромагнитные катушки являются неотъемлемой частью современных промышленных систем управления. Они обеспечивают управления элементами пневмоавтоматики и запорной арматуры, что критично для эффективности многих процессов. Если вы ищете надежные и эффективные электромагнитные катушки, рекомендуем обратить внимание на продукцию интернет-магазина "Би Энд Би Инжиниринг". Здесь вы найдете широкий ассортимент катушек по выгодным ценам, с доставкой по Москве и всей России. Кроме того, профессиональные специалисты компании окажут бесплатную техподдержку, проконсультируют по техническим вопросам, помогут выбрать подходящую продукцию из наличия или с коротким сроком поставки и при необходимости подберут аналоги.