Електромагнитна индукция в промишлени бобини

Електромагнитните устройства се срещат навсякъде в индустриалните системи за управление. Контактори, електромагнитни клапани, трансформатори, асинхронни двигатели, спирачки и индуктивни датчици зависят от сходни магнитни ефекти. Тези устройства обаче не използват един и същ принцип. Някои създават сила от ток. Други създават напрежение от променящ се магнитен поток.

Това разграничение е важно при отстраняване на неизправности. Бобината може да има правилното захранващо напрежение и въпреки това да създава слаба сила. Трансформаторът може да показва непрекъснатост и въпреки това да отказва под товар. Индуктивният датчик може да превключва неправилно поради материала на обекта, начина на монтаж или електрически шум.

Разграничаване на електромагнетизма от индукцията

Токът, протичащ през проводник, създава магнитно поле. Навиването на проводника в бобина концентрира това поле. Добавянето на подходящ феромагнитен магнитопровод осигурява път с по-малко магнитно съпротивление и може да увеличи използваемата магнитна сила.

Това е принципът на работа на много релета, контактори, соленоиди и електромагнитни спирачки. Подаването на ток създава магнитен поток. Потокът привлича котва или премества бутало. При прекъсване на тока пружина, гравитация или силата на технологичния процес връща механизма.

Електромагнитната индукция е различна. Променящият се магнитен поток през проводник създава индуцирано напрежение. Промяната може да бъде причинена от преместване на магнит, преместване на проводника или промяна на тока в друга намотка. OpenStax обяснява връзката между променящия се магнитен поток и индуцираното електродвижещо напрежение в своя преглед на електромагнитната индукция.

Защо токът през бобината не нараства мигновено

Бобината съхранява енергия в магнитното си поле. Нейната индуктивност се противопоставя на бързите промени на тока. Когато постоянно напрежение бъде подадено за първи път, токът нараства с времето, вместо незабавно да достигне установената си стойност. Съпротивлението на намотката, индуктивността, импедансът на захранването и всяко движение на желязната част определят тази реакция.

Механичното движение също може да промени магнитната верига. Бобината на контактор може да консумира по-голям пусков ток, докато котвата е отворена. След затварянето на котвата токът обикновено намалява, тъй като магнитният път се подобрява. Замърсяване, корозия, ниско напрежение или повреден магнитен екранен пръстен могат да попречат на пълното затваряне. Тогава бобината може да прегрее, докато контакторът вибрира.

Бобините за променлив ток имат и допълнителни особености. Токът им зависи от съпротивлението и индуктивното съпротивление. Следователно честотата има значение. Бобина, проектирана за определена честота или напрежение, не трябва да се заменя само въз основа на физическия ѝ размер.

Какво се случва при изключване на бобина

Прекъсването на веригата на бобината принуждава магнитното ѝ поле да се свие. Тази бърза промяна на магнитния поток създава напрежение, което се противопоставя на промяната на тока. Полученият преходен процес може да предизвика дъга през контактите или да натовари транзисторен изход.

Потискането на пренапрежението ограничава това явление. Диодът често се свързва паралелно на бобина за постоянен ток, но полярността трябва да е правилна. Диодът също забавя спадането на тока и може да забави механичното освобождаване. Вериги със ценер, TVS, резистор-кондензатор и варистор осигуряват различни характеристики на напрежението и времето за освобождаване.

Правилният елемент зависи от напрежението на бобината, съхранената енергия, честотата на превключване, необходимото време за освобождаване и номиналните параметри на изхода. Проверете както ръководството на товара, така и спецификацията на PLC изхода. Съвместим хардуер за замяна може да бъде разгледан в колекцията Релета.

Индукция в трансформатори и двигатели

Трансформаторът подава променливо напрежение към първична намотка. Променящият се магнитен поток в магнитопровода индуцира напрежение във вторична намотка. Съотношението на навивките влияе върху връзката между напреженията, а съпротивлението на намотките, магнитният поток на разсейване, загубите в магнитопровода и товарът определят реалната работа.

Асинхронният двигател създава въртящо се поле на статора. Това променящо се поле индуцира токове в ротора. Взаимодействието между роторните токове и магнитното поле създава въртящ момент. За да продължи индукцията, роторът трябва да се върти с по-ниска скорост от синхронната. Тази разлика се нарича приплъзване.

Само токът на двигателя не може да идентифицира всяка неизправност. Несиметрично напрежение, механично претоварване, повредени роторни проводници, неправилни настройки за ускорение и проблеми с охлаждането могат да създадат сходни симптоми. Сравнете фазовите токове, фазовите напрежения, скоростта, състоянието на товара и температурата, преди да заключите, че намотката е повредена. Категориите за задвижвания и управление на двигатели са достъпни в Задвижвания и управление на движението.

Как индуктивните датчици за близост откриват метал

Индуктивният датчик за близост управлява осцилатор и бобина близо до чувствителната си повърхност. Променливото поле индуцира вихрови токове в проводим обект. Тези токове поглъщат енергия и променят работата на осцилатора. Вградената електроника открива промяната и превключва изхода.

Разстоянието на откриване зависи от повече от наличието на обект. Материалът, размерът, дебелината и подравняването на обекта, начинът на монтаж и близкият метал влияят върху резултата. Номиналното разстояние, измерено със стандартен стоманен обект, не е гарантирано разстояние за всяко приложение.

Правилата за вграден и невграден монтаж също се различават. Неправилният монтаж може предварително да натовари чувствителното поле и да причини нестабилно превключване. При замяна проверете диапазона на захранването, типа на изхода, разпределението на изводите на конектора, разстоянието на откриване, размера на корпуса, изискванията за монтаж и степента на защита от околната среда.

Практическа последователност за диагностика на бобина

1. Потвърдете командата и захранването

Измерете напрежението между клемите на бобината, докато е подадена команда. Измерването на всяка клема спрямо земя може да скрие прекъснат обратен проводник. Потвърдете дали напрежението е променливо или постоянно и сравнете стойността с данните на табелката.

2. Наблюдавайте тока и механичното движение

Проверете дали токът липсва, прекомерен е или е нестабилен. Чуйте за вибриране. След като осигурите безопасно състояние, проверете котвата, буталото, пружината, тягите и въздушната междина.

3. Проверете превключващото устройство

Сравнете командата от PLC, индикацията на изхода, напрежението на клемите и действителния ток на товара. Светещият светодиод на изхода не доказва, че захранването от полевата верига достига до бобината.

4. Проверете потискането на пренапрежението

Късо съединен елемент за потискане може да попречи на работата. Липсващ или прекъснал елемент може да повреди контактите или изходите. Потвърдете полярността и типа на компонента съгласно електрическата схема.

5. Проверете нагряването и работния цикъл

Бобините за продължителен и прекъснат режим не са взаимозаменяеми. Измерете температурата в шкафа и прегледайте честотата на превключване. Повтарящата се работа може да надхвърли топлинните граници, дори когато напрежението е правилно.

Граници на измерванията и безопасност

Обезточвайте оборудването винаги когато задачата позволява. Изолирайте съхранената електрическа и механична енергия преди измерване на съпротивление или разглобяване. Измерванията под напрежение трябва да се извършват от квалифициран персонал с подходящи измервателни уреди и съгласно процедурите за електрическа безопасност на обекта.

Не използвайте тестер за изолация върху свързани PLC изходи, елементи за потискане или електроника на датчици, освен ако производителят не го разрешава. Тестовото напрежение може да повреди полупроводникови компоненти. Първо разединете и изолирайте предназначения за проверка участък.

Основен инженерен извод

Индустриалните бобини се диагностицират по-лесно, когато основният ефект бъде назован правилно. Токът създава магнитна сила в реле или соленоид. Променящият се магнитен поток индуцира напрежение в трансформатор, ротор на двигател или обект, откриван от датчик. Индуктивността също създава преходни процеси при превключване и зависим от времето ток.

Затова добрата диагностика съчетава напрежение, ток, времедиаграми, механично състояние и контекста на веригата. Замяната на бобина без проверка на качеството на захранването, потискането на пренапрежението, въздушната междина, монтажа и работния цикъл може само да отложи същата повреда.