การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าในขดลวดอุตสาหกรรม

อุปกรณ์แม่เหล็กไฟฟ้าปรากฏอยู่ทั่วระบบควบคุมอุตสาหกรรม คอนแทคเตอร์ วาล์วโซลินอยด์ หม้อแปลง มอเตอร์เหนี่ยวนำ เบรก และเซนเซอร์ตรวจจับระยะใกล้ ล้วนทำงานโดยอาศัยปรากฏการณ์แม่เหล็กที่เกี่ยวข้องกัน อย่างไรก็ตาม อุปกรณ์เหล่านี้ไม่ได้ใช้หลักการเดียวกันทั้งหมด บางชนิดสร้างแรงจากกระแสไฟฟ้า ขณะที่บางชนิดสร้างแรงดันไฟฟ้าจากฟลักซ์แม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลง

ความแตกต่างนี้มีความสำคัญระหว่างการแก้ไขปัญหา ขดลวดอาจมีแรงดันไฟเลี้ยงถูกต้องแต่ยังสร้างแรงได้ไม่เพียงพอ หม้อแปลงอาจตรวจพบความต่อเนื่องของวงจรแต่ยังทำงานล้มเหลวเมื่อรับโหลด เซนเซอร์เหนี่ยวนำอาจสวิตช์ผิดพลาดเนื่องจากวัสดุของเป้าหมาย การติดตั้ง หรือสัญญาณรบกวนทางไฟฟ้า

แยกแม่เหล็กไฟฟ้าออกจากการเหนี่ยวนำ

กระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านตัวนำจะทำให้เกิดสนามแม่เหล็ก การพันตัวนำเป็นขดลวดจะช่วยรวมสนามนั้นให้เข้มข้นขึ้น การเพิ่มแกนเฟอร์โรแมกเนติกที่เหมาะสมจะสร้างเส้นทางที่มีรีลักแตนซ์ต่ำกว่าและอาจเพิ่มแรงแม่เหล็กที่ใช้งานได้

นี่คือพื้นฐานการทำงานของรีเลย์ คอนแทคเตอร์ โซลินอยด์ และเบรกแม่เหล็กไฟฟ้าจำนวนมาก เมื่อจ่ายกระแส ฟลักซ์แม่เหล็กจะก่อตัวขึ้น ฟลักซ์จะดึงอาร์มาเจอร์หรือดันลูกสูบให้เคลื่อนที่ เมื่อหยุดจ่ายกระแส สปริง แรงโน้มถ่วง หรือแรงจากกระบวนการจะทำให้กลไกกลับสู่ตำแหน่งเดิม

การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าแตกต่างออกไป ฟลักซ์แม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลงผ่านตัวนำจะทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำ การเปลี่ยนแปลงนี้อาจเกิดจากการเคลื่อนที่ของแม่เหล็ก การเคลื่อนที่ของตัวนำ หรือการเปลี่ยนแปลงของกระแสในขดลวดอีกชุดหนึ่ง OpenStax อธิบายความสัมพันธ์ระหว่างฟลักซ์แม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลงกับแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำไว้ในภาพรวมการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า

เหตุใดกระแสในขดลวดจึงไม่เพิ่มขึ้นทันที

ขดลวดเก็บพลังงานไว้ในสนามแม่เหล็ก ความเหนี่ยวนำของขดลวดจะต้านการเปลี่ยนแปลงของกระแสอย่างรวดเร็ว เมื่อเริ่มจ่ายแรงดันไฟฟ้ากระแสตรง กระแสจะเพิ่มขึ้นตามเวลาแทนที่จะกระโดดขึ้นสู่ค่าคงตัวทันที ความต้านทานของขดลวด ความเหนี่ยวนำ อิมพีแดนซ์ของแหล่งจ่าย และการเคลื่อนที่ของแกนเหล็ก ล้วนมีผลต่อการตอบสนองดังกล่าว

การเคลื่อนที่ทางกลยังอาจเปลี่ยนวงจรแม่เหล็กได้ด้วย ขดลวดคอนแทคเตอร์อาจดึงกระแสพุ่งเข้าสูงกว่าในขณะที่อาร์มาเจอร์ยังเปิดอยู่ โดยทั่วไปกระแสจะลดลงหลังจากอาร์มาเจอร์ปิดและเส้นทางแม่เหล็กดีขึ้น สิ่งสกปรก การกัดกร่อน แรงดันต่ำ หรือวงแหวนบังสนามที่เสียหาย อาจทำให้ปิดได้ไม่สนิท จากนั้นขดลวดอาจร้อนเกินไปในขณะที่คอนแทคเตอร์สั่นกระพือ

ขดลวดกระแสสลับมีผลกระทบเพิ่มเติม กระแสของขดลวดขึ้นอยู่กับความต้านทานและรีแอกแตนซ์เหนี่ยวนำ ดังนั้นความถี่จึงมีความสำคัญ ไม่ควรเปลี่ยนขดลวดที่ออกแบบมาสำหรับความถี่หรือแรงดันไฟฟ้าหนึ่งไปใช้แทนโดยพิจารณาจากขนาดทางกายภาพเพียงอย่างเดียว

จะเกิดอะไรขึ้นเมื่อปิดสวิตช์ขดลวด

การเปิดวงจรขดลวดจะบังคับให้สนามแม่เหล็กยุบตัว การเปลี่ยนแปลงฟลักซ์อย่างรวดเร็วจะสร้างแรงดันไฟฟ้าที่ต้านการเปลี่ยนแปลงของกระแส ทรานเชียนต์ที่เกิดขึ้นอาจทำให้เกิดประกายอาร์กระหว่างหน้าสัมผัสหรือสร้างความเครียดให้เอาต์พุตทรานซิสเตอร์

วงจรระงับแรงดันจะช่วยจำกัดปรากฏการณ์นี้ ไดโอดมักใช้คร่อมขดลวดกระแสตรง แต่ต้องต่อขั้วให้ถูกต้อง ไดโอดยังทำให้กระแสลดลงช้าลงและอาจทำให้การปล่อยกลไกล่าช้า เครือข่ายซีเนอร์ TVS ตัวต้านทาน-คาปาซิเตอร์ และวาริสเตอร์ ให้พฤติกรรมด้านแรงดันและเวลาในการปล่อยกลไกที่แตกต่างกัน

อุปกรณ์ที่ถูกต้องขึ้นอยู่กับแรงดันขดลวด พลังงานสะสม ความถี่ในการสวิตช์ เวลาในการปล่อยที่ต้องการ และพิกัดเอาต์พุต ตรวจสอบทั้งคู่มือโหลดและข้อมูลจำเพาะเอาต์พุต PLC สามารถดูฮาร์ดแวร์ทดแทนที่เกี่ยวข้องได้ในหมวดรีเลย์

การเหนี่ยวนำในหม้อแปลงและมอเตอร์

หม้อแปลงจ่ายแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับให้ขดลวดปฐมภูมิ ฟลักซ์แม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลงในแกนจะเหนี่ยวนำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าในขดลวดทุติยภูมิ อัตราส่วนจำนวนรอบมีผลต่อความสัมพันธ์ของแรงดันไฟฟ้า ขณะที่ความต้านทานของขดลวด ฟลักซ์รั่ว การสูญเสียในแกน และโหลด เป็นตัวกำหนดสมรรถนะจริง

มอเตอร์เหนี่ยวนำสร้างสนามแม่เหล็กหมุนจากสเตเตอร์ สนามที่เปลี่ยนแปลงนี้จะเหนี่ยวนำให้เกิดกระแสในโรเตอร์ ปฏิสัมพันธ์ระหว่างกระแสในโรเตอร์กับสนามแม่เหล็กทำให้เกิดแรงบิด โรเตอร์ต้องหมุนด้วยความเร็วต่ำกว่าความเร็วซิงโครนัสเพื่อให้การเหนี่ยวนำดำเนินต่อไป ความแตกต่างนี้เรียกว่าสลิป

กระแสมอเตอร์เพียงอย่างเดียวไม่สามารถระบุความขัดข้องได้ทุกกรณี แรงดันไม่สมดุล โหลดทางกลเกิน ตัวนำโรเตอร์เสียหาย การตั้งค่าการเร่งไม่ถูกต้อง และปัญหาการระบายความร้อน อาจทำให้เกิดอาการคล้ายกัน ควรเปรียบเทียบกระแสแต่ละเฟส แรงดันแต่ละเฟส ความเร็ว สภาวะโหลด และอุณหภูมิ ก่อนสรุปว่าขดลวดเสียหาย สามารถดูหมวดไดรฟ์และการควบคุมมอเตอร์ได้ที่ไดรฟ์และการควบคุมการเคลื่อนไหว

เซนเซอร์ตรวจจับระยะใกล้แบบเหนี่ยวนำตรวจจับโลหะได้อย่างไร

เซนเซอร์ตรวจจับระยะใกล้แบบเหนี่ยวนำจะขับออสซิลเลเตอร์และขดลวดที่อยู่ใกล้หน้าตรวจจับ สนามสลับจะเหนี่ยวนำให้เกิดกระแสไหลวนในเป้าหมายที่เป็นสื่อนำไฟฟ้า กระแสเหล่านั้นจะดูดซับพลังงานและเปลี่ยนแปลงการทำงานของออสซิลเลเตอร์ วงจรอิเล็กทรอนิกส์ภายในจะตรวจจับการเปลี่ยนแปลงและสั่งสวิตช์เอาต์พุต

ระยะตรวจจับไม่ได้ขึ้นอยู่กับการมีอยู่ของเป้าหมายเพียงอย่างเดียว วัสดุ ขนาด ความหนา การจัดแนว รูปแบบการติดตั้ง และโลหะที่อยู่ใกล้เคียง ล้วนมีผลต่อผลลัพธ์ ระยะพิกัดที่วัดด้วยเป้าหมายเหล็กมาตรฐานไม่ใช่ระยะที่รับประกันได้สำหรับทุกการใช้งาน

กฎการติดตั้งแบบฝังเสมอผิวและแบบไม่ฝังเสมอผิวก็แตกต่างกัน การติดตั้งไม่ถูกต้องอาจทำให้สนามตรวจจับถูกกดรบกวนและทำให้การสวิตช์ไม่เสถียร หากต้องเปลี่ยนใหม่ ให้ตรวจสอบช่วงแรงดันไฟเลี้ยง ประเภทเอาต์พุต การจัดขาพินของคอนเน็กเตอร์ ระยะตรวจจับ ขนาดตัวเรือน ข้อกำหนดการติดตั้ง และพิกัดด้านสภาพแวดล้อม

ลำดับการวินิจฉัยขดลวดในทางปฏิบัติ

1. ยืนยันคำสั่งและแหล่งจ่าย

วัดคร่อมขั้วขดลวดขณะอยู่ในสถานะที่สั่งงาน การวัดจากขั้วแต่ละขั้วเทียบกับกราวด์อาจทำให้มองไม่เห็นการขาดของสายกลับ ตรวจสอบว่าเป็นกระแสสลับหรือกระแสตรง และเปรียบเทียบค่าที่วัดได้กับป้ายข้อมูล

2. สังเกตกระแสและการเคลื่อนที่ทางกล

ตรวจสอบว่ากระแสไม่มี กระแสมากเกินไป หรือไม่เสถียร ฟังเสียงสั่นกระพือ หลังจากทำให้สภาวะปลอดภัยแล้ว ให้ตรวจสอบอาร์มาเจอร์ ลูกสูบ สปริง ชุดเชื่อมโยง และช่องว่างอากาศ

3. ทดสอบอุปกรณ์สวิตช์

เปรียบเทียบคำสั่งจาก PLC ไฟแสดงสถานะเอาต์พุต แรงดันที่ขั้ว และกระแสโหลดจริง ไฟ LED เอาต์พุตที่ติดอยู่ไม่ได้ยืนยันว่ากำลังไฟจากภาคสนามไปถึงขดลวด

4. ตรวจสอบวงจรระงับแรงดัน

อุปกรณ์ระงับแรงดันที่ลัดวงจรอาจทำให้อุปกรณ์ทำงานไม่ได้ อุปกรณ์ระงับแรงดันที่หายไปหรือวงจรเปิดอาจทำให้หน้าสัมผัสหรือเอาต์พุตเสียหาย ตรวจสอบขั้วและประเภทอุปกรณ์ให้ตรงกับแบบวงจร

5. ตรวจสอบความร้อนและรอบการทำงาน

ขดลวดสำหรับการทำงานต่อเนื่องกับขดลวดสำหรับการทำงานเป็นช่วงไม่สามารถใช้แทนกันได้ วัดอุณหภูมิภายในตู้และทบทวนความถี่ในการสวิตช์ การทำงานซ้ำ ๆ อาจทำให้เกินขีดจำกัดทางความร้อน แม้แรงดันจะถูกต้อง

ขอบเขตการวัดและความปลอดภัย

ตัดพลังงานอุปกรณ์ทุกครั้งที่งานนั้นอนุญาต แยกพลังงานไฟฟ้าและพลังงานกลที่สะสมไว้ออกก่อนการทดสอบความต้านทานหรือการถอดประกอบ การวัดขณะมีไฟต้องดำเนินการโดยบุคลากรที่มีคุณสมบัติ ใช้เครื่องมือที่เหมาะสม และปฏิบัติตามขั้นตอนความปลอดภัยทางไฟฟ้าของสถานที่

อย่าใช้เครื่องทดสอบฉนวนคร่อมเอาต์พุต PLC อุปกรณ์ระงับแรงดัน หรืออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ของเซนเซอร์ที่ยังต่ออยู่ เว้นแต่ผู้ผลิตจะอนุญาต แรงดันทดสอบอาจทำให้ชิ้นส่วนเซมิคอนดักเตอร์เสียหาย ถอดและแยกส่วนที่ต้องการทดสอบออกก่อน

ข้อสรุปทางวิศวกรรม

การวินิจฉัยขดลวดในอุตสาหกรรมทำได้ง่ายขึ้นเมื่อระบุปรากฏการณ์พื้นฐานได้ถูกต้อง กระแสไฟฟ้าสร้างแรงแม่เหล็กในรีเลย์หรือโซลินอยด์ ฟลักซ์ที่เปลี่ยนแปลงเหนี่ยวนำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าในหม้อแปลง โรเตอร์มอเตอร์ หรือเป้าหมายของเซนเซอร์ ความเหนี่ยวนำยังทำให้เกิดทรานเชียนต์ขณะสวิตช์และกระแสที่เปลี่ยนแปลงตามเวลา

ดังนั้น การวินิจฉัยที่มีประโยชน์จึงควรพิจารณาแรงดัน กระแส จังหวะเวลา สภาพทางกล และบริบทของวงจรร่วมกัน การเปลี่ยนขดลวดโดยไม่ตรวจสอบคุณภาพแหล่งจ่าย วงจรระงับแรงดัน ช่องว่างอากาศ การติดตั้ง และรอบการทำงาน อาจเพียงเลื่อนเวลาให้ความขัดข้องเดิมกลับมาเกิดซ้ำ