القای الکترومغناطیسی در سیمپیچهای صنعتی
درک کنید سیمپیچهای صنعتی چگونه نیروی مغناطیسی ایجاد میکنند، ولتاژ القا میکنند، گذراهای سوئیچینگ به وجود میآورند و در رلهها، سلونوئیدها، ترانسفورماتورها، موتورها و حسگرهای مجاورت در سرویس دچار...
دستگاههای الکترومغناطیسی در سراسر سامانههای کنترل صنعتی دیده میشوند. کنتاکتورها، شیرهای سلونوئیدی، ترانسفورماتورها، موتورهای القایی، ترمزها و حسگرهای مجاورتی همگی به اثرات مغناطیسی مرتبط وابستهاند. بااینحال، این دستگاهها دقیقاً از یک اصل یکسان استفاده نمیکنند. برخی از جریان نیرو ایجاد میکنند. برخی دیگر از تغییر شار مغناطیسی ولتاژ تولید میکنند.
این تفاوت هنگام عیبیابی اهمیت دارد. ممکن است یک سیمپیچ ولتاژ تغذیه صحیحی داشته باشد، اما همچنان نیروی ضعیفی تولید کند. ممکن است یک ترانسفورماتور پیوستگی الکتریکی را نشان دهد، اما زیر بار از کار بیفتد. یک حسگر القایی نیز ممکن است بهدلیل جنس هدف، نحوه نصب یا نویز الکتریکی بهدرستی سوئیچ نکند.
الکترومغناطیس را از القا جدا کنید
عبور جریان از یک رسانا میدان مغناطیسی ایجاد میکند. پیچیدن رسانا به شکل سیمپیچ، این میدان را متمرکز میکند. افزودن یک هسته فرومغناطیسی مناسب، مسیری با رلکتانس کمتر فراهم میکند و میتواند نیروی مغناطیسی قابلاستفاده را افزایش دهد.
این اساس عملکرد بسیاری از رلهها، کنتاکتورها، سلونوئیدها و ترمزهای الکترومغناطیسی است. با اعمال جریان، شار مغناطیسی ایجاد میشود. شار، آرمیچر را جذب میکند یا پلانجر را به حرکت درمیآورد. با قطع جریان، فنر، نیروی گرانش یا نیروی فرایند سازوکار را به حالت اولیه بازمیگرداند.
القای الکترومغناطیسی متفاوت است. تغییر شار مغناطیسی در یک رسانا، ولتاژ القایی ایجاد میکند. این تغییر ممکن است بر اثر حرکت یک آهنربا، حرکت رسانا یا تغییر جریان در سیمپیچ دیگری ایجاد شود. OpenStax رابطه بین تغییر شار مغناطیسی و نیروی محرکه الکتریکی القایی را در مرور کلی القای الکترومغناطیسی توضیح میدهد.
چرا جریان سیمپیچ فوراً افزایش نمییابد
یک سیمپیچ انرژی را در میدان مغناطیسی خود ذخیره میکند. اندوکتانس آن در برابر تغییرات سریع جریان مقاومت میکند. هنگامی که ولتاژ DC برای نخستین بار اعمال میشود، جریان بهمرور زمان افزایش مییابد و بلافاصله به مقدار پایدار خود نمیرسد. مقاومت سیمپیچ، اندوکتانس، امپدانس منبع تغذیه و هرگونه حرکت آهن، این پاسخ را شکل میدهند.
حرکت مکانیکی نیز میتواند مدار مغناطیسی را تغییر دهد. ممکن است سیمپیچ کنتاکتور هنگامی که آرمیچر باز است، جریان هجومی بیشتری بکشد. پس از بستهشدن آرمیچر و بهبود مسیر مغناطیسی، جریان معمولاً کاهش مییابد. آلودگی، خوردگی، ولتاژ پایین یا حلقه سایهزن آسیبدیده میتواند مانع بستهشدن کامل شود. در این حالت، سیمپیچ ممکن است بیشازحد داغ شود و کنتاکتور به لرزش و قطعوصل بیفتد.
سیمپیچهای AC اثرات بیشتری دارند. جریان آنها به مقاومت و راکتانس القایی وابسته است. بنابراین فرکانس اهمیت دارد. سیمپیچی که برای فرکانس یا ولتاژ خاصی طراحی شده است، نباید فقط بر اساس اندازه فیزیکی با نمونهای دیگر جایگزین شود.
هنگام خاموشکردن سیمپیچ چه رخ میدهد
بازکردن مدار سیمپیچ باعث میشود میدان مغناطیسی آن فروبریزد. این تغییر سریع شار، ولتاژی ایجاد میکند که با تغییر جریان مخالفت میکند. گذرای حاصل ممکن است روی کنتاکتها جرقه ایجاد کند یا به خروجی ترانزیستوری فشار وارد کند.
مدارهای سرکوبگر این رخداد را محدود میکنند. استفاده از دیود موازی با سیمپیچ DC رایج است، اما قطبیت باید صحیح باشد. دیود همچنین فروکشکردن جریان را آهسته میکند و ممکن است رهاشدن مکانیکی را به تأخیر بیندازد. شبکههای زنر، TVS، مقاومت-خازن و وریستور رفتارهای متفاوتی از نظر ولتاژ و زمان رهاشدن فراهم میکنند.
انتخاب دستگاه مناسب به ولتاژ سیمپیچ، انرژی ذخیرهشده، فرکانس سوئیچینگ، زمان رهاشدن موردنیاز و ظرفیت خروجی بستگی دارد. هم دفترچه راهنمای بار و هم مشخصات خروجی PLC را بررسی کنید. تجهیزات جایگزین مرتبط را میتوان در مجموعه رلهها بررسی کرد.
القای الکترومغناطیسی در ترانسفورماتورها و موتورها
ترانسفورماتور ولتاژ متناوب را به سیمپیچ اولیه اعمال میکند. شار مغناطیسی متغیر در هسته، در سیمپیچ ثانویه ولتاژ القا میکند. نسبت دورها بر رابطه ولتاژ اثر میگذارد، درحالیکه مقاومت سیمپیچ، شار نشتی، تلفات هسته و بار، عملکرد واقعی را تعیین میکنند.
موتور القایی میدان چرخان استاتور ایجاد میکند. این میدان متغیر در روتور جریان القا میکند. برهمکنش جریانهای روتور با میدان مغناطیسی، گشتاور ایجاد میکند. برای ادامه القا، روتور باید با سرعتی کمتر از سرعت سنکرون بچرخد. این اختلاف، لغزش نام دارد.
جریان موتور بهتنهایی همه عیبها را مشخص نمیکند. ولتاژ نامتعادل، اضافهبار مکانیکی، هادیهای آسیبدیده روتور، تنظیمات نادرست شتابگیری و مشکلات خنککاری میتوانند علائم مشابهی ایجاد کنند. پیش از نتیجهگیری درباره خرابی سیمپیچ، جریان فازها، ولتاژ فازها، سرعت، وضعیت بار و دما را با هم مقایسه کنید. دستههای درایو و کنترل موتور در بخش درایوها و کنترل حرکت موجود هستند.
نحوه تشخیص فلز توسط حسگرهای مجاورتی القایی
یک حسگر مجاورتی القایی، نوسانساز و سیمپیچی را در نزدیکی سطح حسگر به کار میاندازد. میدان متناوب، در یک هدف رسانا جریانهای گردابی القا میکند. این جریانها انرژی جذب میکنند و نوسانساز را تغییر میدهند. تجهیزات الکترونیکی داخلی این تغییر را تشخیص داده و خروجی را سوئیچ میکنند.
فاصله تشخیص تنها به وجود هدف وابسته نیست. جنس، اندازه، ضخامت و همراستایی هدف، نوع نصب و وجود فلز در نزدیکی، همگی بر نتیجه اثر میگذارند. فاصله نامی که با یک هدف فولادی استاندارد اندازهگیری شده است، برای هر کاربردی فاصلهای تضمینشده نیست.
قواعد نصب همسطح و غیرهمسطح نیز متفاوتاند. نصب نادرست میتواند میدان حسگری را از پیش تحت تأثیر قرار دهد و باعث سوئیچینگ ناپایدار شود. برای جایگزینی، محدوده تغذیه، نوع خروجی، پینآوت کانکتور، فاصله حسگری، اندازه بدنه، الزامات نصب و درجهبندی محیطی را بررسی کنید.
ترتیب عملی عیبیابی سیمپیچ
۱. فرمان و تغذیه را تأیید کنید
هنگام فعالبودن فرمان، دو سر سیمپیچ را اندازهگیری کنید. اندازهگیری هر ترمینال نسبت به زمین میتواند قطعبودن مسیر برگشت را پنهان کند. AC یا DC بودن را تأیید کنید و مقدار را با پلاک مشخصات مقایسه کنید.
۲. جریان و حرکت مکانیکی را مشاهده کنید
بررسی کنید که جریان وجود ندارد، بیشازحد است یا ناپایدار است. به صدای لرزش و قطعوصل گوش دهید. پس از ایمنسازی شرایط، آرمیچر، پلانجر، فنر، لینک و فاصله هوایی را بررسی کنید.
۳. دستگاه سوئیچینگ را آزمایش کنید
فرمان PLC، نشانگر خروجی، ولتاژ ترمینال و جریان واقعی بار را با هم مقایسه کنید. روشنبودن LED خروجی ثابت نمیکند که توان میدان به سیمپیچ میرسد.
۴. مدار سرکوبگر را بررسی کنید
سرکوبگر اتصالکوتاهشده میتواند مانع عملکرد شود. سرکوبگرِ مفقود یا مدار باز میتواند به کنتاکتها یا خروجیها آسیب بزند. قطبیت و نوع قطعه را با نقشه مقایسه و تأیید کنید.
۵. گرما و چرخه کاری را بررسی کنید
سیمپیچهای کار دائم و متناوب قابل جایگزینی با یکدیگر نیستند. دمای تابلو را اندازهگیری و فرکانس سوئیچینگ را بررسی کنید. کارکرد مکرر میتواند حتی در صورت صحیحبودن ولتاژ، از حدود حرارتی فراتر رود.
محدودیتهای اندازهگیری و ایمنی
هر زمان که وظیفه اجازه میدهد، تجهیزات را بیبرق کنید. پیش از آزمایش مقاومت یا بازکردن قطعات، انرژی الکتریکی و مکانیکی ذخیرهشده را ایزوله کنید. اندازهگیری در حالت برقدار به افراد واجد صلاحیت، ابزار مناسب و رعایت رویههای ایمنی الکتریکی محل نیاز دارد.
مگر آنکه سازنده اجازه داده باشد، تستر عایق را به خروجیهای متصل PLC، مدارهای سرکوبگر یا تجهیزات الکترونیکی حسگر وصل نکنید. ولتاژ آزمون میتواند به قطعات نیمهرسانا آسیب بزند. ابتدا بخش موردنظر را جدا و ایزوله کنید.
جمعبندی مهندسی
تشخیص عیب سیمپیچهای صنعتی زمانی آسانتر است که اثر بنیادی بهدرستی نامگذاری شود. جریان در رله یا سلونوئید نیروی مغناطیسی ایجاد میکند. تغییر شار در ترانسفورماتور، روتور موتور یا هدف حسگر، ولتاژ القا میکند. اندوکتانس همچنین گذراهای سوئیچینگ و جریان وابسته به زمان ایجاد میکند.
بنابراین، تشخیص مفید عیب باید ولتاژ، جریان، زمانبندی، وضعیت مکانیکی و زمینه مدار را با هم در نظر بگیرد. تعویض سیمپیچ بدون بررسی کیفیت تغذیه، مدار سرکوبگر، فاصله هوایی، نحوه نصب و چرخه کاری ممکن است فقط خرابی مشابه را به تعویق بیندازد.