Mua cuộn coil van điện từ 24V DC hay 220V AC luôn khiến các anh em đau đầu vì không biết dùng loại nào bền và tốt cho hệ thống. Nguyên lí hoạt động của cuộn hút có vẻ như cũng gây bối rối cho anh em thủy lực khí nén. Bài viết này tôi sẽ phân tích sâu cho anh em về chủ đề này. Nào let’s go !!!
1. Nguyên lý làm việc cuộn coil hút van điện từ
Alo anh em, van điện từ bây giờ được sử dụng hầu hết trong công nghiệp thủy lực khí nén rồi. Hệ thống của anh em nào hiện giờ vẫn còn sử dụng sức người thì vô cùng lỗi lạc – lỗi thời và lạc hậu quá.
Van thủy lực và khí nén sử dụng lực điện từ để thay đổi trạng thái van. Đó là điều mà ai cũng biết, song không phải ông nào cũng hiểu sâu sắc về cơ chế và nguyên lí này. Biết là một chuyện, phân biệt và phân tích được ưu nhược điểm của từng loại để có thể lựa chọn loại phù hợp nhất cho hệ thống của mình thì phải hiểu cặn kẽ từ nguyên lí chung tới điểm mạnh từng loại.
Van điện từ khí nén 2 cuộn hút 3 trạng thái
Đầu tiên, về nguyên lí chung của cuộn coil hút van điện từ, bản chất chúng hoạt động như một nam châm điện nên cuộn coil hút van điện từ cũng có cấu tạo như một nam châm điện. Một cuộn dây được cuộn tròn sẵn bên trong. Lõi van chính là con trượt bên cạnh việc gia công chính xác có hình dạng cơ khí thì chất liệu làm lõi van phải có tính chất từ. Lõi van điện từ về chất liệu thì mình đã trình bày rất rõ trong bài viết trước, anh em tham khảo kĩ hơn ở đây nhé:
Khi cấp nguồn điện vào cuộn dây, cuộn dây sẽ sinh ra từ trường. Bên ngoài thị trường, hiện tại đang tồn tại 4 loại van điền từ là van điện từ 220V AC, 110V Ac, 24V DC và 12V DC. Từ trường có khả năng hút hoặc đẩy vật chất liệu bằng sắt từ, ở đây là lõi van và lực đó được gọi là lực từ. Chính vì nó có khả năng hút nên người ta gọi tên nó là cuộn hút. Khi ngắt nguồn điện, từ trường qua cuộn dây mất, lực từ cũng mất luôn, lõi van trở lại vị trí ban đầu bằng lực đàn hồi của lò xo hồi vị. Trên đây là toàn bộ nguyên lí chung của cuộn hút van điện từ.
2. Cuộn coil hút van điện từ 24V DC
Cuộn hút 24V Dc
Rồi thì để tạo ra được từ trường nhằm hút lõi van di chuyển để đóng mở van điện từ, chúng ta có thể sử dụng nguồn điện một chiều 24V DC. Đây là mức điện áp thông dụng nhất của dòng điện một chiều thường gặp, là giá trị tiêu chuẩn.
Nguồn điện một chiều có giá trị là hằng số, cung cấp từ trường liên tục cho cuộn hút. Từ đó lõi van được giữ nhờ lực điện từ. Lực điện từ này phải có giá trị sao cho thắng được lực lò xo và lực ma sát cản. Sau khi ngắt dòng 24 V, lực từ mất, lò xo đưa lõi van về vị trí ban đầu làm van thay đổi trạng thái hoạt động.
Ưu điểm của cuộn coil hút van điện từ 24v Dc là tạo ra sự ổn định cho lõi van ở trạng thái giữ. Nguồn điện một chiều có tính ổn định cực tốt, không thay đổi giá trị và phương chiều của lực từ nên lõi van không hề bị rung lắc. Từ đó cho khả năng mở hết cỡ van và đóng kín khít không khe hở tại cửa van.
Van phân phối khí nén điện từ 1 cuộn hút
Ưu điểm tiếp theo của cuộn coil hút van điện từ 24v Dc là nó thích hợp với những ứng dụng điều khiển vì các thiết bị điều khiển tín hiệu, đều lấy nguồn 24 V làm chuẩn. Nguồn điện một chiều 24 V giúp cho quá trình thiết kế hệ thống điều khiển dễ dàng hơn. Tín hiệu điều khiển van kết hợp với các tín hiệu từ cảm biến hành trình, cảm biến tiệm cận tạo nên một hệ thống tự động hóa linh hoạt.
Nhược điểm của cuộn coil hút van điện từ 24v Dc là không tối ưu. Do giá trị 24V là một hằng số nên nó không hề linh hoạt được tại mỗi chu kì đóng mở. Giả sử lúc bắt đầu hút lõi van, do lực ma sát nghỉ lớn, lúc này cuộn hút cần tạo ra một lực lớn nhất để có thể chiến thắng được lực ma sát nghỉ này. Tuy nhiên, giá trị lực cuộn coil hút van điện từ 24v Dc luôn là hằng số.
Khi lõi van di chuyển, lúc này lực hút lõi van do cuộn coil hút van điện từ 24v Dc tạo ra nhỏ đi rất nhiều so với lực ban đầu. Lực chỉ cần thắng lực ma sát trượt và lực đàn hồi của lò xo. Tuy nhiên, lực cuộn coil hút van điện từ 24v Dc vẫn lại là hằng số.
Khi van dừng tại vị trí cửa van mở lớn nhất, Thực chất lúc này, lực điện từ tạo ra rất nhỏ, chỉ cần thắng lực lò xo thôi. Tuy nhiên, lực cuộn coil hút van điện từ 24v Dc vẫn lại là hằng số.
Như vậy thì với việc lực hút tạo ra không thay đổi theo yêu cầu thực tế, cuộn coil hút van điện từ 24v Dc gây lãng phí năng lượng nhiều cũng như không cung cấp đủ lực lớn tại thời điểm mở cửa van, làm ảnh hưởng xấu tới đặc tính làm việc của van cũng như lãng phí năng lượng.
3. Cuộn coil hút van điện từ 220V AC
3.1 Nhược điểm của cuộn coil hút van điện từ 220V AC
Cuộn hút van điện từ 220V
Van điện từ sử dụng điện áp 220V AC cũng thường hay được sử dụng và cũng rất phổ biến. Loại điện áp 220V Ac có phần ưu điểm rất phức tạp nên mình sẽ phân tích sâu ở bên dưới, nói qua về nhược điểm ngắn gọn của cuộn coil hút van điện từ 220V AC.
Nhược điểm đầu tiên, đó chính là sự không ổn định, rung lắc khiến van dễ gây rò rỉ hơn khi sử dụng lâu dài do mòn bề mặt chi tiết thân van hoặc lõi van. Anh em biết là dòng điện xoay chiều chúng có đồ thị hình sin. Giá trị dòng điện luôn thay đổi và trong một chu kì thì chúng có 2 lần bằng giá trị 0. Chính vì vậy, lực hút điện từ do cuộn dây tạo ra để hút lõi van sẽ thay đổi tương ứng và đôi khi chúng bằng 0.
Đồ thị dòng điện qua van điện từ
Lực hút thay đổi theo đồ thị hình sin giống như dòng điện nên đôi lúc lực hút này nhỏ hơn lực đàn hồi lò xo nên bị hồi vị trở lại. Tuy nhiên, vì nguồn điện xoay chiều của chúng ta sử dụng thường có giá trị tần số f = 50 hz tức là trong 1 s nó đổi chiều những 50 lần nên anh em nhìn rất khó phát hiện sự thay đổi bằng mắt thường.
Dấu hiệu duy nhất mà chúng ta thấy được là âm thanh kêu o o rung lắc của lõi van khi hoạt động. Sự di chuyển nhanh có thể đánh lừa được mắt nhưng không thể đánh lừa được đôi tai. Dao động với tần số 50 hz khiến nó phát ra tiếng ồn. Tiếng ồn này nghe giống như tiếng kêu o o bên cạnh trạm biến áp biến thế.
Sự rung lắc này ban đầu thì do thiết kế của nhà sản xuất, lõi van chưa mòn nên vẫn làm kín được. Thế nhưng sau quá trình hoạt động dài, dần dần lõi van mòn đi, sự rung lắc này tạo ra sự dao động khiến lõi van không bịt kín được cửa van gây rò rỉ. Đó là nhược điểm đầu tiên của cuộn coil hút van điện từ 220V AC.
Nhược điểm thứ hai của cuộn coil hút van điện từ 220V AC là độ ồn. Âm thanh kêu o o liên tục trong thời gian dài khiến cho các ứng dụng trong phòng sạch, phòng y tế không đáp ứng được các yêu cầu tiêu chuẩn. Mỗi hệ thống thủy lực khí nén, tối thiểu số lượng van cũng phải tầm dăm bảy chiếc trở lên. Chưa kể quá trình va đập quả piston với xi lanh, xả khí nhanh, rơ le đóng ngắt, âm thanh do van tạo ra ồn khiến hệ thống khí nén trở thành hệ thống gây ồn.
3.2 Ưu điểm cuộn coil hút van điện từ 220V AC
cuộn hút van điện từ
Với nguồn điện xoay chiều, chúng ta sẽ có công thức tính trở kháng cuộn dây như sau:
Z = R+ j. 2πf.L
Trong đó Z là trở kháng của cuộn dây. Đây là giá trị cản trở sự chuyển động của electron khiến cường độ dòng điện nhỏ hơn.
R là điện trở của cuộn dây, f là tần số nguồn 220V, L là độ tự cảm của cuộn dây.
Nguyên lí làm việc của cuộn coil hút van điện từ 220V AC có thay đổi đôi chút so với cuộn coil hút van điện từ 24v Dc. Nếu như cuộn coil hút van điện từ 24v Dc sử dụng nguồn điện 24 V là dòng một chiều, lực hút tạo ra là giá trị ổn định thì cuộn coil hút van điện từ 220V AC sử dụng nguồn điện xoay chiều, thay đổi về phương chiều liên tục.
Sự thay đổi này khiến cho khách hàng sử dụng bất tiện hơn chút ít về độ ồn, độ kín khít như bên trên đã đề cập về nhược điểm của cuộn coil hút van điện từ 220V AC, lại còn khiến cho các nhà sản xuất phải đau đầu để sáng tạo do đặc điểm của nguồn 220V không có ổn định.
Phần đau đầu này lát xuống dưới mình sẽ phân tích cho anh em nghe, sự sáng tạo của những kĩ sư chế tạo van điện từ. Chính vì phức tạp, mà cuộn coil hút van điện từ 220V AC có khả năng làm việc tốt hơn cuộn coil hút van điện từ 24V DC. Đúng là cái gì xấu mà chế ngự được thì lại tốt hơn cái đẹp vốn có anh em ạ. Nói vu vơ thế thui.
Rơ le điện từ
Tất cả các cuộn hút đều hoạt động theo nguyên lí của nam châm điện. Cuộn dây đồng được mạ cách điện cuốn quanh một lõi sắt khi được cấp điện dù là một chiều hay xoay chiều thì cũng sẽ từ hóa lõi sắt. Lõi sắt được làm bằng vật liệu có từ tính được từ hóa bởi từ trường tạo ra bởi dòng điện, sẽ có khả năng hút các vật khác bằng kim loại.
Đối với nam châm điện một chiều 24V, dòng điện không hề thay đổi nên lực từ sinh ra cũng sẽ không hề thay đổi.
Đối với nam châm điện xoay chiều 220V, dòng điện thay đổi theo chu kì hình sin, lực từ sinh ra thay đổi liên tục.
Lúc đầu, khi mới cấp điện vào cuộn hút, trở kháng của cuộn dây nhỏ do khe hở không khí lớn. Khi lõi van bị hút vào tới gần cuộn dây, trở kháng tăng lên, do độ tự cảm của cuộn dây tăng lên. Trở kháng tăng khiến dòng điện nhỏ đi làm giảm tiêu thụ điện năng. Như vậy, nhìn trong toàn bộ chu kì hoạt động của cuộn hút, lúc đầu, cuộn hút sẽ cung cấp một dòng điện lớn nhất để hút lõi thép, sau đó, do độ tự cảm tăng khiến trở kháng tăng làm dòng điện nhỏ giúp tiết kiệm điện năng.
Quá trình hoạt động và tiêu thụ điện năng của cuộn coil hút van điện từ 220V AC phù hợp với đặc tính năng lượng của hệ. Lực ma sát nghỉ lúc đầu cần phải dùng năng lượng lớn để thắng. Sau đó ở vị trí giữ, năng lượng tiêu thụ giảm đi, do không cần tiêu tốn lực quá nhiều, chỉ cần thắng lực đàn hồi. Có thể thấy rằng, cuộn coil hút van điện từ 220V AC tiết kiệm đáng kể năng lượng trong thời gian làm việc của van.
3.3 Vòng chống rung cuộn coil hút van điện từ 220V AC
đồ thị điện cuộn hút van điện từ
Cuộn coil hút van điện từ 220V AC thay đổi giá trị theo chu kì hình sin nên có tới 2 lần trong một chu kì, giá trị bằng 0 và một khoảng khá rộng xung quanh điểm 0, dòng điện nhỏ khiến lực hút nhỏ hơn lực đàn hồi của lò xo. Ảnh hưởng này khiến cho lõi van có nguy cơ bị kéo ngược trở lại nên cần phải sáng tạo ra biện pháp để ngăn chặn điều này.
Các kĩ sư sản xuất van điện từ ứng dụng một cách triệt để thành tựu khoa học kĩ thuật để hạn chế dòng điện giảm tới giá trị 0. Họ tạo ra 1 vòng dây bằng đồng tại gần cuộn hút nhằm tạo ra sự trễ pha của dòng điện trong cuộn hút. cụ thể như này anh em ạ.
Cuộn dây nhỏ này được đặt dưới từ trường của cuộn hút lớn khi cung cấp điện vào. Khi đó, từ trường cuộn hút lớn sẽ chia làm 2 loại, một là từ trường đi qua vòng nhỏ và phần còn lại thì không đi qua. Khi phần từ thông đi qua vòng nhỏ này, trên vòng sẽ xuất hiện một dòng điện cảm ứng và chính dòng điện cảm ứng này cũng sẽ lại sinh ra một từ trường, làm trễ pha của từ trường đi qua vòng dây nhỏ này. Như vậy, mục đích của việc sử dụng vòng dây nhỏ này gần cuộn hút van là chia chúng làm 2 từ trường độc lập thay vì như bình thường. Từ trường qua vòng dây nhỏ sẽ chậm pha hơn so với từ trường còn lại của cuộn hút giúp giá trị dòng điện do từ tường sinh ra không bao giờ tiến tới giá trị 0.
Vòng dây nhỏ này thường được các anh em chuyên ngành điện gọi là vòng chống rung. Lí do là nếu không có vòng dây nhỏ này, 2 lần một chu kì, dòng điện sẽ có giá trị 0 khiến lực từ giảm về 0 theo và sau đó lại tăng lên theo đồ thị hình sin và tiếp tục về 0. Như vậy mỗi lần tăng rồi giảm sẽ khiến va đập giữa các lõi thép với nhau gây rung động. Có vòng dây, từ trường được tách ra làm 2 lệch pha nhau giúp dòng điện không đồng thời về 0 nên tránh được tình trạng va đập rung động này.
Cuộn hút van điện từ
Rồi trên đây là phần phân tích của mình về ưu nhược điểm của cuộn coil hút van điện từ 220V AC và cuộn coil hút van điện từ 24V DC. Mỗi loại có ưu nhược điểm riêng nhưng sẽ là không quá quan trọng nếu hệ thống của bạn quá đơn giản chỉ gồm một hai van điện từ nhưng cũng sẽ tối ưu hóa hệ thống của bạn rất nhiều nếu như hệ thống thủy lực khí nén của bạn chứa hàng trăm van điều khiển điện. Lựa chọn thế nào là do bạn, hệ thống là của bạn, anh em cần cuộn coil hút van điện từ thì liên hệ mình. Mình sẽ trở lại với các bạn trong những bài viết sau. See you later!!!
Còn chần chừ gì nữa mà không gọi ngay cho chúng tôi để có được sự hài lòng nhất. Với đội ngũ tiến sĩ kỹ sư trẻ năng động trong và ngoài nước trên 5 năm kinh nghiệm hi vọng sẽ mang lại sự lựa chọn tốt nhất cho khách hàng.
Sự cố của các bạn là trách nhiệm của chúng tôi! Gọi ngay đi!
