Elektromágneses indukció ipari tekercsekben

Az elektromágneses eszközök az ipari vezérlőrendszerek egészében megtalálhatók. A mágneskapcsolók, mágnesszelepek, transzformátorok, indukciós motorok, fékek és induktív közelítésérzékelők mind hasonló mágneses hatásokra támaszkodnak. Ezek az eszközök azonban nem pontosan ugyanazt az elvet alkalmazzák. Egyesek áram hatására hoznak létre erőt. Mások a változó mágneses fluxusból hoznak létre feszültséget.

Ez a különbségtétel fontos a hibaelhárítás során. Egy tekercsen lehet megfelelő tápfeszültség, mégis létrehozhat gyenge erőt. Egy transzformátor mutathat folytonosságot, mégis meghibásodhat terhelés alatt. Egy induktív érzékelő helytelenül kapcsolhat a céltárgy anyaga, a felszerelés vagy az elektromos zaj miatt.

Az elektromágnesesség és az indukció elkülönítése

A vezetőn átfolyó áram mágneses teret hoz létre. Ha a vezetőt tekercsbe tekerjük, a mágneses tér koncentrálódik. Megfelelő ferromágneses mag hozzáadásával kisebb mágneses ellenállású út biztosítható, és növelhető a hasznos mágneses erő.

Ez számos relé, mágneskapcsoló, mágnesszelep és elektromágneses fék működésének alapja. Az áram bekapcsolásakor mágneses fluxus jön létre. A fluxus magához vonzza a horgonyt, vagy elmozdítja a dugattyút. Az áram megszüntetésekor egy rugó, a gravitáció vagy a technológiai erő visszaállítja a mechanizmust.

Az elektromágneses indukció ettől eltérő jelenség. A vezetőn áthaladó változó mágneses fluxus indukált feszültséget hoz létre. A változást okozhatja mágnes mozgatása, a vezető mozgatása vagy egy másik tekercsben folyó áram megváltozása. Az OpenStax az elektromágneses indukció áttekintésében ismerteti a változó mágneses fluxus és az indukált elektromotoros erő közötti kapcsolatot.

Miért nem nő meg azonnal a tekercs árama?

A tekercs energiát tárol a mágneses terében. Az induktivitása ellenáll az áram gyors változásainak. Egyenfeszültség rákapcsolásakor az áram idővel növekszik, nem pedig azonnal ugrik az állandósult értékre. A tekercsellenállás, az induktivitás, a tápimpedancia és az esetleges vasmagmozgás együttesen alakítja ezt a folyamatot.

A mechanikai mozgás a mágneses kört is megváltoztathatja. Egy mágneskapcsoló tekercse nagyobb bekapcsolási áramot vehet fel, amíg a horgony nyitva van. Az áram általában csökken, miután a horgony zár, és javul a mágneses út. Szennyeződés, korrózió, alacsony feszültség vagy sérült árnyékológyűrű megakadályozhatja a teljes zárást. Ilyenkor a tekercs túlmelegedhet, miközben a mágneskapcsoló beremeg.

A váltakozó áramú tekercsek további hatásokat is bevezetnek. Áramuk az ellenállástól és az induktív reaktanciától függ. Ezért a frekvencia is számít. Egy adott frekvenciára vagy feszültségre tervezett tekercset nem szabad kizárólag a fizikai mérete alapján helyettesíteni.

Mi történik a tekercs kikapcsolásakor?

A tekercs áramkörének megszakítása a mágneses tér összeomlására kényszeríti azt. Ez a gyors fluxusváltozás olyan feszültséget hoz létre, amely ellenáll az áram változásának. Az ebből eredő tranziens ívet húzhat az érintkezők között, vagy terhelheti a tranzisztoros kimenetet.

A zavarelnyomás korlátozza ezt a jelenséget. Egyenáramú tekercsen gyakran diódát alkalmaznak, de a polaritásnak helyesnek kell lennie. A dióda lassítja az áram lecsengését is, és késleltetheti a mechanikus kioldást. A Zener-diódás, TVS-diódás, ellenállás-kondenzátor és varisztoros hálózatok eltérő feszültség- és kioldási időbeli viselkedést biztosítanak.

A megfelelő eszköz a tekercs feszültségétől, a tárolt energiától, a kapcsolási frekvenciától, a szükséges kioldási időtől és a kimenet névleges értékétől függ. Ellenőrizze mind a terhelés kézikönyvét, mind a PLC-kimenet specifikációját. A kapcsolódó cserealkatrészek a Relék kategóriában tekinthetők meg.

Indukció transzformátorokban és motorokban

A transzformátor váltakozó feszültséget kapcsol a primer tekercsre. A magban változó mágneses fluxus feszültséget indukál a szekunder tekercsben. A menetszám-arány befolyásolja a feszültségviszonyt, míg a tekercsellenállás, a szórási veszteség, a magveszteségek és a terhelés a tényleges működést határozza meg.

Az indukciós motor forgó állórészmezőt hoz létre. Ez a változó mező áramot indukál a forgórészben. A forgórészáramok és a mágneses tér kölcsönhatása nyomatékot hoz létre. Az indukció fenntartásához a forgórésznek a szinkronfordulatszám alatt kell forognia. Ezt a különbséget csúszásnak nevezzük.

A motoráram önmagában nem azonosít minden hibát. A feszültség- és terhelési kiegyensúlyozatlanság, a mechanikai túlterhelés, a sérült forgórészvezetők, a helytelen gyorsítási beállítások és a hűtési problémák hasonló tüneteket okozhatnak. Mielőtt arra következtetne, hogy egy tekercs meghibásodott, hasonlítsa össze a fázisáramokat, a fázisfeszültségeket, a fordulatszámot, a terhelési állapotot és a hőmérsékletet. A hajtások és motorvezérlés kategóriái a Hajtások és mozgásvezérlés alatt érhetők el.

Hogyan érzékelik az induktív közelítésérzékelők a fémet?

Az induktív közelítésérzékelő oszcillátort és a homlokfelületéhez közeli tekercset működtet. A váltakozó mező örvényáramokat indukál egy vezető céltárgyban. Ezek az áramok energiát nyelnek el, és megváltoztatják az oszcillátor működését. A belső elektronika érzékeli a változást, majd kapcsolja a kimenetet.

Az érzékelési távolságot nem csupán a céltárgy jelenléte határozza meg. A céltárgy anyaga, mérete, vastagsága és beállítása, a felszerelés módja, valamint a közelben lévő fémek egyaránt befolyásolják az eredményt. A szabványos acél céltárggyal mért névleges távolság nem garantálható minden alkalmazásban.

A süllyesztett és nem süllyesztett beépítés szabályai is eltérnek. A helytelen felszerelés előterhelheti az érzékelési mezőt, és instabil kapcsolást okozhat. Csere esetén ellenőrizze a tápfeszültség-tartományt, a kimenet típusát, a csatlakozó lábkiosztását, az érzékelési távolságot, a ház méretét, a beépítési követelményt és a környezeti védettséget.

Gyakorlati tekercsdiagnosztikai sorrend

1. Ellenőrizze a vezérlési parancsot és a tápellátást

A vezérelt állapotban mérjen a tekercs kapcsai között. Ha mindkét kapcsot a földhöz képest méri, egy szakadt visszatérő vezeték rejtve maradhat. Ellenőrizze, hogy váltakozó vagy egyenfeszültségről van-e szó, majd hasonlítsa össze az értéket az adattáblával.

2. Figyelje meg az áramot és a mechanikai mozgást

Ellenőrizze, hogy az áram hiányzik, túl nagy vagy instabil-e. Figyeljen a beremegésre. Biztonságos állapot megteremtése után vizsgálja meg a horgonyt, a dugattyút, a rugót, a rudazatot és a légrést.

3. Vizsgálja meg a kapcsolóeszközt

Hasonlítsa össze a PLC-parancsot, a kimenet jelzését, a kapocsfeszültséget és a tényleges terhelési áramot. A világító kimeneti LED nem bizonyítja, hogy a mezőoldali tápfeszültség eljut a tekercshez.

4. Ellenőrizze a zavarelnyomást

A zárlatos zavarelnyomó megakadályozhatja a működést. A hiányzó vagy szakadt zavarelnyomó károsíthatja az érintkezőket vagy a kimeneteket. Ellenőrizze a polaritást és az alkatrész típusát a kapcsolási rajz alapján.

5. Ellenőrizze a hőmérsékletet és a bekapcsolási ciklust

A folyamatos és a szakaszos üzemre tervezett tekercsek nem csereszabatosak. Mérje meg a kapcsolószekrény hőmérsékletét, és ellenőrizze a kapcsolási frekvenciát. Az ismételt működtetés akkor is túllépheti a termikus határértékeket, ha a feszültség megfelelő.

Mérési korlátok és biztonság

Amikor a feladat lehetővé teszi, feszültségmentesítse a berendezést. Ellenállásmérés vagy szétszerelés előtt szigetelje le a tárolt elektromos és mechanikai energiát. A feszültség alatti méréseket csak szakképzett személyzet végezheti, megfelelő műszerekkel és a telephely elektromos biztonsági eljárásainak betartásával.

Ne használjon szigetelésvizsgálót csatlakoztatott PLC-kimeneteken, zavarelnyomókon vagy érzékelőelektronikán, kivéve, ha ezt a gyártó engedélyezi. A vizsgálófeszültség károsíthatja a félvezető alkatrészeket. Először válassza le és szigetelje el a vizsgálni kívánt részt.

Mérnöki összefoglaló

Az ipari tekercsek könnyebben diagnosztizálhatók, ha pontosan nevezzük meg az alapul szolgáló jelenséget. Az áram mágneses erőt hoz létre egy relében vagy mágnesszelepben. A változó fluxus feszültséget indukál egy transzformátorban, egy motor forgórészében vagy egy érzékelési céltárgyban. Az induktivitás kapcsolási tranzienseket és időfüggő áramot is létrehoz.

A hasznos diagnózis ezért a feszültséget, az áramot, az időzítést, a mechanikai állapotot és az áramköri környezetet egyaránt figyelembe veszi. Ha a tekercset a tápellátás minőségének, a zavarelnyomásnak, a légrésnek, a felszerelésnek és a bekapcsolási ciklusnak az ellenőrzése nélkül cseréli ki, azzal csak késleltetheti ugyanannak a hibának az újbóli megjelenését.