Solenoid là gì? Cách van điện từ hoạt động

Solenoid là một loại van được điều khiển bằng điện. Van có một solenoid, là một cuộn dây điện với lõi sắt từ có thể di chuyển được (pít tông) ở trung tâm của nó. Ở vị trí nghỉ, pít tông đóng một lỗ nhỏ. Một dòng điện qua cuộn dây tạo ra một từ trường. Từ trường tác dụng một lực hướng lên trên pít tông mở lỗ. Đây là nguyên tắc cơ bản được sử dụng để mở và đóng Solenoid.

Lưu ý Solenoid nhanh:

• Chỉ được sử dụng cho chất lỏng và khí sạch.
• Van vận hành gián tiếp yêu cầu chênh lệch áp suất để hoạt động.
• Được sử dụng để đóng, mở, định lượng, phân phối hoặc trộn vật liệu với 2 hoặc nhiều đầu vào/đầu ra.
• Phản ứng nhanh.
• Các tùy chọn để ghi đè thủ công, ATEX, phê duyệt khí, tách phương tiện và hơn thế nữa.
• Có thể nóng lên vì nó cần năng lượng để chuyển đổi và giữ nguyên vị trí đó (tùy thuộc vào loại).
• Thường gặp trong các hệ thống sưởi ấm, khí nén, chân không, tưới tiêu, rửa xe, v.v.

Solenoid hoạt động như thế nào?

Một Solenoid bao gồm hai thành phần chính: điện từ và thân van (G). Hình 2 cho thấy các thành phần. Một solenoid có một cuộn dây cảm ứng điện từ (A) xung quanh một lõi sắt ở tâm gọi là pít tông (E). Ở trạng thái nghỉ, nó có thể ở trạng thái thường mở (KHÔNG) hoặc thường đóng(NC). Ở trạng thái mất điện, van thường mở sẽ mở và van thường đóng sẽ đóng. Khi dòng điện chạy qua cuộn dây điện từ, cuộn dây được cung cấp năng lượng và tạo ra từ trường. Điều này tạo ra một lực hút từ tính với pít tông, di chuyển nó và thắng lực lò xo (D). Nếu van thường đóng, pít-tông được nâng lên để phớt (F) mở lỗ và cho phép dòng chất lỏng chảy qua van. Nếu van mở bình thường, pít tông di chuyển xuống dưới để vòng đệm (F) chặn lỗ và ngăn dòng chảy của môi chất qua van. Vòng chắn sáng (C) ngăn rung động và tiếng ồn trong cuộn dây AC.

Solenoid được sử dụng trong nhiều ứng dụng, với áp suất cao hoặc thấp và tốc độ dòng chảy nhỏ hoặc lớn. Các Solenoid này sử dụng các nguyên tắc hoạt động khác nhau tối ưu cho ứng dụng. Ba điều quan trọng nhất được giải thích trong bài viết này:  diễn xuất trực tiếp , diễn xuất gián  tiếp và hoạt động diễn xuất bán  trực tiếp  .

Chức năng mạch của Solenoid

Solenoid được sử dụng để đóng, mở, định lượng, phân phối hoặc trộn dòng khí hoặc chất lỏng trong đường ống. Mục đích cụ thể của Solenoid được thể hiện bằng chức năng mạch của nó. Dưới đây là tổng quan về Solenoid 2 chiều và 3 chiều. Để hiểu sâu hơn về các ký hiệu và hiểu sơ đồ chức năng mạch, hãy xem trang ký hiệu van của chúng tôi.

Solenoid 2 chiều

Solenoid 2 chiều có hai cổng, một đầu vào và một đầu ra. Hướng dòng chảy là rất quan trọng để đảm bảo hoạt động đúng, do đó, thường có một mũi tên chỉ hướng dòng chảy. Van 2 chiều được sử dụng để mở hoặc đóng lỗ. Hình 3 cho thấy một ví dụ về Solenoid 2 chiều.

Solenoid 3 chiều

Một van 3 chiều có ba cổng kết nối. Thông thường, nó có thể ở 2 trạng thái (vị trí). Vì vậy, nó chuyển đổi giữa hai mạch khác nhau. Van 3 chiều được sử dụng để mở, đóng, phân phối hoặc trộn phương tiện. Hình 4 cho thấy một ví dụ về Solenoid 3 chiều.

 

Phân loại Solenoid

Solenoid thường đóng

Đối với Solenoid thường đóng, van sẽ đóng khi mất điện và môi chất không thể chảy qua nó. Khi dòng điện được gửi đến cuộn dây, nó sẽ tạo ra một trường điện từ buộc pít-tông hướng lên vượt qua lực lò xo. Thao tác này sẽ tháo niêm phong và mở lỗ cho phép phương tiện lưu thông qua van. Hình 5 cho thấy nguyên lý hoạt động của Solenoid thường đóng ở trạng thái không có điện và có điện.

Solenoid thường mở

Đối với Solenoid thường mở, van sẽ mở khi mất điện và môi trường có thể chảy qua nó. Khi dòng điện được gửi đến cuộn dây, nó sẽ tạo ra một trường điện từ buộc pít-tông đi xuống để thắng lực lò xo. Sau đó, miếng đệm sẽ nằm trong lỗ và đóng nó lại, điều này ngăn phương tiện chảy qua van. Hình 6 cho thấy nguyên tắc hoạt động của Solenoid thường mở ở trạng thái không có năng lượng và có năng lượng. Solenoid thường mở là lý tưởng cho các ứng dụng yêu cầu van phải mở trong thời gian dài vì điều này sẽ tiết kiệm năng lượng hơn.

Solenoid hai ổn định

Một Solenoid ổn định hai chiều hoặc chốt có thể được chuyển đổi bằng nguồn điện tạm thời. Sau đó, nó sẽ ở lại vị trí đó mà không có sức mạnh. Do đó, nó không phải là thường mở hoặc thường đóng vì nó vẫn ở vị trí hiện tại khi không có nguồn điện. Họ thực hiện điều này bằng cách sử dụng nam châm vĩnh cửu, thay vì lò xo.

Nguyên lý hoạt động của Solenoid

Hành động trực tiếp

Solenoid tác động trực tiếp (vận hành trực tiếp) có nguyên lý làm việc đơn giản, có thể xem trong Hình 7 cùng với các bộ phận. Đối với van thường đóng, không có điện, pít tông (E) chặn lỗ bằng phớt van (F). Một lò xo (D) đang buộc đóng cửa này. Khi cấp nguồn cho cuộn dây (A), nó sẽ tạo ra một trường điện từ, hút pít tông lên, thắng lực lò xo. Thao tác này sẽ mở lỗ và cho phép phương tiện truyền thông đi qua. Một van thường mở có các thành phần tương tự, nhưng hoạt động theo cách ngược lại.

Áp suất vận hành tối đa và tốc độ dòng chảy có liên quan trực tiếp đến đường kính lỗ và lực từ của Solenoid. Do đó, Solenoid tác động trực tiếp thường được sử dụng cho tốc độ dòng chảy tương đối nhỏ. Solenoid hoạt động trực tiếp không yêu cầu áp suất vận hành tối thiểu hoặc chênh lệch áp suất, vì vậy chúng có thể được sử dụng từ 0 bar cho đến áp suất tối đa cho phép.

Diễn xuất gián tiếp (servo hoặc điều khiển thí điểm)

Solenoid tác động gián tiếp (còn gọi là vận hành bằng servo hoặc vận hành bằng phi công) sử dụng chênh lệch áp suất của môi trường trên các cổng đầu vào và đầu ra của van để mở và đóng van. Do đó, chúng thường yêu cầu chênh lệch áp suất tối thiểu khoảng 0,5 bar. Nguyên lý làm việc của Solenoid tác động gián tiếp có thể được nhìn thấy trong Hình 8.

Các cổng vào và ra được ngăn cách bởi một màng cao su hay còn gọi là màng ngăn. Màng có một lỗ nhỏ để môi trường có thể chảy lên ngăn trên từ cửa vào. Đối với Solenoid tác động gián tiếp thường đóng, áp suất đầu vào (phía trên màng) và lò xo hỗ trợ phía trên màng sẽ đảm bảo rằng van vẫn đóng. Buồng phía trên màng được kết nối bằng một kênh nhỏ với cổng áp suất thấp. Kết nối này bị chặn ở vị trí đóng bởi pít tông và phớt van. Đường kính của lỗ “thí điểm” này lớn hơn đường kính của lỗ trên màng. Khi cuộn điện từ được cấp điện, lỗ thí điểm được mở ra, làm cho áp suất phía trên màng giảm xuống. Do có sự chênh lệch áp suất ở hai bên màng nên màng sẽ được nâng lên và môi trường có thể chảy từ cổng đầu vào đến cổng đầu ra. Một van thường mở có các thành phần tương tự, nhưng hoạt động theo cách ngược lại.

Buồng áp suất bổ sung phía trên màng hoạt động giống như một bộ khuếch đại, do đó, một cuộn điện từ nhỏ vẫn có thể kiểm soát tốc độ dòng chảy lớn. Solenoid gián tiếp chỉ được sử dụng cho dòng phương tiện theo một hướng. Solenoid hoạt động gián tiếp được sử dụng trong các ứng dụng có chênh lệch áp suất đủ và tốc độ dòng chảy mong muốn cao.

Hoạt động bán trực tiếp

Solenoid tác động bán trực tiếp kết hợp các đặc tính của van trực tiếp và gián tiếp. Điều này cho phép chúng hoạt động từ vạch không, nhưng chúng vẫn có thể xử lý tốc độ dòng chảy cao. Chúng trông tương tự như van gián tiếp và cũng có màng di động với lỗ nhỏ và buồng áp suất ở cả hai bên. Sự khác biệt là pít tông điện từ được kết nối trực tiếp với màng. Nguyên lý làm việc của Solenoid tác động bán trực tiếp có thể được nhìn thấy trong Hình 9.

Khi pít tông được nâng lên, nó trực tiếp nâng màng để mở van. Đồng thời, một lỗ thứ hai được mở ra bởi pít tông có đường kính lớn hơn một chút so với lỗ thứ nhất trong màng. Điều này làm cho áp suất trong khoang phía trên màng giảm xuống. Kết quả là, màng được nâng lên không chỉ nhờ pít tông mà còn nhờ chênh lệch áp suất.

Sự kết hợp này dẫn đến một van hoạt động từ thanh không và có thể kiểm soát tốc độ dòng chảy tương đối lớn. Thông thường, van hoạt động bán trực tiếp có cuộn dây mạnh hơn van hoạt động gián tiếp. Van vận hành bán trực tiếp còn được gọi là Solenoid hỗ trợ nâng.

Hoạt động trực tiếp 3 chiều

Solenoid 3 chiều có ba cổng, do đó, tùy thuộc vào việc bạn muốn trộn (hai đầu vào và một đầu ra) hay chuyển hướng (một đầu vào và hai đầu ra) sẽ ảnh hưởng đến hoạt động. Một số van cũng có thể hoạt động theo cả hai hướng, được gọi là chức năng mạch phổ. Tuy nhiên, chỉ có hai cổng được kết nối ở mỗi trạng thái. Hình 10 cho thấy một ví dụ về Solenoid tác động trực tiếp 3 chiều.

Chỉ có hai cổng được kết nối cùng một lúc. Trong Hình 10, pít tông có một lỗ ở trên và dưới của nó với hai đế van. Tại bất kỳ thời điểm nào, một cái được mở và một cái được đóng để định tuyến phương tiện theo hướng luồng mong muốn. Dưới đây là các ví dụ về các chức năng của mạch đối với van thường đóng (ngược lại với van thường mở).

• Chuyển hướng Solenoid 3 chiều: Hình 10 sẽ có một đầu vào (phía dưới bên trái) và hai đầu ra (trên và dưới bên phải). Không có nguồn nào có pít-tông chặn lỗ dưới cùng, nghĩa là vật liệu in đi từ đầu vào đến đầu ra trên cùng. Khi cấp điện, pít-tông buộc phải đóng cửa xả trên cùng. Điều này định tuyến phương tiện từ đầu vào đến đầu ra dưới cùng bên phải.
• Trộn Solenoid 3 chiều: Hình 10 sẽ có hai đầu vào (trên và dưới bên phải) và một đầu ra (dưới cùng bên trái). Không có nguồn điện nào có pít-tông chặn lỗ dưới cùng, nghĩa là vật liệu in đi từ đầu vào trên cùng đến đầu ra. Khi cấp điện, pít-tông buộc phải đóng cửa xả trên cùng. Điều này định tuyến phương tiện từ đầu vào dưới cùng bên phải đến đầu ra.
• Solenoid 3 chiều đa năng: Các van này hoạt động tương tự như Solenoid 3 chiều chuyển hướng. Nhìn vào Hình 10, phương tiện có thể chảy theo cả hai hướng nhưng vẫn chỉ có hai cổng được kết nối tại bất kỳ thời điểm nào.

Kiểm duyệt van Solenoid

Tùy thuộc vào ứng dụng, có thể cần một số phê duyệt nhất định cho van. Có một van với một sự chấp thuận nhất định đảm bảo nó đáp ứng nhu cầu của ứng dụng. Các phê duyệt phổ biến là:

• UL/UR: Underwriters Laboratories kiểm tra và chứng nhận các sản phẩm về độ an toàn của chúng
• Nước uống: Đảm bảo phù hợp với mục đích cấp nước uống. Để biết thêm thông tin, hãy tham khảo trang ứng dụng nước uống của chúng tôi  hoặc xem lựa chọn Solenoid nước trực tuyến của chúng tôi . Phê duyệt nước uống phổ biến là:
  • Kiwa: Phê duyệt nước uống cho thị trường Hà Lan.
  • NSF: Phê duyệt nước uống cho Bắc Mỹ.
  • WRAS: Tuân thủ Quy định cấp nước ở Vương quốc Anh hoặc Quy định của Scotland về an toàn vật liệu và thử nghiệm cơ học.
  • KTW: Phê duyệt cho nhựa và vật liệu phi kim loại để sử dụng với nước uống được ở Đức.
  • ACS (Attestation De Conformite Sanitaire): Phê duyệt nước uống cho Pháp.
  • Watermark: Chứng nhận cho các sản phẩm hệ thống ống nước và thoát nước được bán ở Úc và New Zealand.
  • FDA: Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ
• Phiên bản ATEX: Chứng nhận ATEX được cung cấp để chống cháy nổ. Để biết thêm thông tin, hãy tham khảo Chỉ thị ATEX cho van và phụ kiện.
• Chứng nhận CE : Chứng nhận CE biểu thị sự tuân thủ các yêu cầu cao về an toàn, sức khỏe và bảo vệ môi trường đối với tất cả các sản phẩm trong Khu vực Kinh tế Châu Âu. Để biết thêm thông tin, hãy tham khảo trang chứng nhận CE của chúng tôi .
• Phiên bản gas: Van dùng cho các ứng dụng gas được DVGW phê duyệt để sử dụng trong các thiết bị đốt gas dưới dạng van ngắt tự động. Để biết thêm thông tin, hãy tham khảo trang Quy định Phê duyệt Gas của chúng tôi  hoặc xem lựa chọn trực tuyến của chúng tôi về Solenoid khí .
• Xếp hạng IP: Xếp hạng IP của van giải thích khả năng bảo vệ của nó đối với bụi và nước. Để biết thêm thông tin, hãy tham khảo trang xếp hạng IP của chúng tôi.

Tính năng Solenoid đặc biệt

• Giảm công suất điện: Một xung dòng điện ngắn được cung cấp để mở hoặc đóng van và công suất điện được giảm đủ xa để giữ nó ở vị trí. Điều này giúp bảo tồn năng lượng.
• Chốt: Phiên bản chốt hoặc cuộn xung cung cấp giải pháp cho các ứng dụng có chuyển mạch tần số thấp. Van được cung cấp năng lượng bởi một xung điện ngắn để di chuyển pít tông. Sau đó, một nam châm vĩnh cửu được sử dụng để giữ pít tông ở vị trí đó mà không cần thêm lò xo hoặc từ trường. Điều này làm giảm mức tiêu thụ điện năng và sự phát triển nhiệt trong van.
• Áp suất cao: Các phiên bản áp suất cao được thiết kế cho các yêu cầu áp suất lên đến 250 bar.
• Ghi đè thủ công: Tính năng ghi đè thủ công tùy chọn mang lại sự an toàn và thuận tiện hơn trong quá trình vận hành, thử nghiệm, bảo trì và trong trường hợp mất điện. Trong một số phiên bản, van không thể hoạt động bằng điện khi điều khiển bằng tay bị khóa.
• Tách phương tiện: Thiết kế tách phương tiện cho phép cách ly phương tiện khỏi các bộ phận làm việc của van, làm cho nó trở thành một giải pháp tốt cho phương tiện xâm thực hoặc ô nhiễm nhẹ.
• Chân không: Các van không yêu cầu chênh lệch áp suất tối thiểu phù hợp với chân không thô. Solenoid tác động trực tiếp hoặc bán trực tiếp đa năng rất phù hợp cho các ứng dụng này. Đối với các yêu cầu tỷ lệ rò rỉ nghiêm ngặt hơn, có sẵn các phiên bản chân không đặc biệt.
• Thời gian đáp ứng có thể điều chỉnh: Có thể điều chỉnh thời gian mở hoặc đóng van, thường bằng cách xoay các vít trên thân van. Tính năng này có thể giúp ngăn ngừa búa nước
• Phản hồi vị trí: Trạng thái chuyển đổi của Solenoid có thể được biểu thị bằng phản hồi vị trí điện hoặc quang dưới dạng tín hiệu nhị phân hoặc NAMUR. NAMUR là đầu ra cảm biến cho biết trạng thái bật hoặc tắt của van.
• Độ ồn thấp: Van có thiết kế giảm chấn giúp giảm tiếng ồn trong quá trình đóng van.

Tiêu chí lựa chọn

Điều cần thiết là phải hiểu ứng dụng của bạn trước khi chọn Solenoid. Một số tiêu chí lựa chọn quan trọng như sau:

• Loại Solenoid: Xác định xem ứng dụng của bạn yêu cầu Solenoid 2 chiều hay 3 chiều.
• Vật liệu vỏ van: Xác định vật liệu vỏ van dựa trên đặc tính hóa học và nhiệt độ của môi chất, cũng như môi trường mà van ở trong đó. Đồng thau thường được sử dụng cho môi trường trung tính. Thép không gỉ có khả năng chịu hóa chất, nhiệt độ và áp suất tốt. PVC và polyamide thường được sử dụng vì chúng tiết kiệm chi phí. Tuy nhiên, chúng cũng được sử dụng trong các ứng dụng cao cấp với hóa chất mạnh. Hãy tính đến việc các bộ phận cơ học, chẳng hạn như pít tông và lò xo bằng thép không gỉ tiếp xúc với môi trường và cũng phải tương thích. Các van phân tách môi trường đặc biệt có sẵn khi các bộ phận này được ngăn cách với chất lỏng bằng một màng. Tham khảo Chọn vật liệu vỏ phù hợp cho Solenoid của bạn để biết thêm thông tin.
• Vật liệu bịt kín: Nên chọn vật liệu bịt kín dựa trên tính chất hóa học và nhiệt độ của môi trường. NBR, EPDM, FKM (Viton) và PTFE (Teflon) là những lựa chọn phổ biến. Tham khảo Chọn vật liệu làm kín phù hợp cho Solenoid của bạn để tham khảo nhanh về khả năng kháng hóa chất của vật liệu làm kín.
• Điện áp: Solenoid có sẵn trong các phiên bản AC và DC, mỗi loại đều có những ưu và nhược điểm nhỏ. Tham khảo Chọn cuộn dây AC hoặc DC cho Solenoid để biết thêm thông tin.
• Chức năng của van: Tùy vào khoảng thời gian hoạt động mà bạn có thể chọn van thường mở hoặc van thường đóng. Đa số Solenoid thường đóng. Nếu thời gian mở van dài hơn thời gian đóng thì nên sử dụng van thường mở và ngược lại. Ổn định hai chiều, hoặc chốt, cũng là một tùy chọn.
• Áp suất: Van phải có khả năng chịu được áp suất tối đa cần thiết cho ứng dụng của bạn. Điều quan trọng không kém cần lưu ý là áp suất tối thiểu vì chênh lệch áp suất cao có thể khiến van bị hỏng.
• Loại hoạt động: Xác định xem ứng dụng của bạn yêu cầu Solenoid vận hành trực tiếp, gián tiếp hay bán trực tiếp.
• Nhiệt độ: Đảm bảo rằng vật liệu van có thể chịu được yêu cầu nhiệt độ tối thiểu và tối đa cho ứng dụng của bạn. Việc xem xét nhiệt độ cũng rất cần thiết để xác định công suất của van vì nó ảnh hưởng đến độ nhớt và lưu lượng của chất lỏng.
• Thời gian đáp ứng: Thời gian đáp ứng của van là thời gian cần thiết để van chuyển từ vị trí mở sang trạng thái đóng hoặc ngược lại. Solenoid tác động trực tiếp nhỏ phản ứng nhanh hơn nhiều so với van tác động bán trực tiếp hoặc gián tiếp.
• Phê duyệt: Đảm bảo rằng van được chứng nhận phù hợp tùy thuộc vào ứng dụng.
• Mức độ bảo vệ: Đảm bảo van có xếp hạng IP phù hợp để bảo vệ khỏi bụi, chất lỏng, độ ẩm và tiếp xúc.

Ứng dụng của Solenoid

Các ứng dụng Solenoid trong nước và công nghiệp phổ biến bao gồm:

• Hệ thống lạnh sử dụng Solenoid để đảo ngược dòng chất làm lạnh. Điều này giúp làm mát trong mùa hè và sưởi ấm trong mùa đông.
• Hệ thống tưới sử dụng Solenoid điều khiển tự động.
• Máy rửa chén và máy giặt sử dụng Solenoid để kiểm soát dòng nước.
• Hệ thống điều hòa không khí sử dụng Solenoid để kiểm soát áp suất không khí.
• Solenoid được sử dụng trong hệ thống khóa tự động cho khóa cửa.
• Thiết bị y tế và nha khoa sử dụng Solenoid để kiểm soát dòng chảy, hướng và áp suất của chất lỏng.
• Bồn nước sử dụng Solenoid để kiểm soát dòng nước chảy vào hoặc chảy ra, thường kết hợp với công tắc phao .
• Rửa xe để kiểm soát dòng nước và xà phòng.
• Thiết bị vệ sinh công nghiệp

Câu hỏi thường gặp

Solenoid dùng để làm gì?

Solenoid được sử dụng để mở, đóng, trộn hoặc chuyển hướng phương tiện trong một ứng dụng. Chúng được sử dụng trong rất nhiều ứng dụng từ máy rửa chén, ô tô và tưới tiêu.

Làm thế nào bạn có thể biết nếu solenoid của bạn là xấu?

Nếu Solenoid không đóng hoặc mở được, mở một phần, phát ra tiếng vo ve hoặc cuộn dây bị cháy, bạn cần khắc phục sự cố Solenoid. Để biết thêm thông tin, hãy tham khảo hướng dẫn khắc phục sự cố.

Làm thế nào để tôi chọn một Solenoid?

Khi chọn Solenoid, điều quan trọng là phải biết phương tiện của bạn. Tùy thuộc vào phương tiện và yêu cầu lưu lượng, hãy chọn vật liệu, kích thước lỗ, nhiệt độ, áp suất, điện áp, thời gian đáp ứng và chứng nhận cần thiết cho ứng dụng của bạn. Tham khảo hướng dẫn lựa chọn van điện từ để biết thêm thông tin.

điện từ là gì?

Solenoid là một cuộn dây điện được quấn quanh một chất sắt từ (chẳng hạn như sắt) hoạt động như một nam châm điện khi dòng điện chạy qua nó.

Làm thế nào để một solenoid làm việc?

Khi dòng điện chạy qua cuộn dây sẽ tạo ra trường điện từ. Trường điện từ này làm cho pít tông di chuyển lên hoặc xuống. Cơ chế này được sử dụng bởi các Solenoid để mở hoặc đóng van.