Cảm ứng điện từ trong các cuộn dây công nghiệp

Các thiết bị điện từ xuất hiện trong khắp các hệ thống điều khiển công nghiệp. Công tắc tơ, van điện từ, máy biến áp, động cơ cảm ứng, phanh và cảm biến tiệm cận đều phụ thuộc vào các hiệu ứng từ tương tự. Tuy nhiên, các thiết bị này không sử dụng cùng một nguyên lý duy nhất. Một số tạo lực từ dòng điện. Một số khác tạo ra điện áp từ sự thay đổi của từ thông.

Sự khác biệt này rất quan trọng khi xử lý sự cố. Một cuộn dây có thể có điện áp cấp đúng nhưng vẫn tạo ra lực yếu. Một máy biến áp có thể cho thấy mạch thông nhưng vẫn hỏng khi mang tải. Cảm biến cảm ứng có thể chuyển mạch sai do vật liệu mục tiêu, cách lắp đặt hoặc nhiễu điện.

Phân biệt điện từ học với cảm ứng điện từ

Dòng điện chạy qua vật dẫn tạo ra từ trường. Cuộn vật dẫn thành cuộn dây sẽ tập trung từ trường đó. Việc thêm lõi sắt từ phù hợp tạo ra đường dẫn có từ trở thấp hơn và có thể tăng lực từ hữu ích.

Đây là cơ sở hoạt động của nhiều rơ-le, công tắc tơ, nam châm điện và phanh điện từ. Khi có dòng điện, từ thông được hình thành. Từ thông hút phần ứng hoặc đẩy pít-tông chuyển động. Khi ngắt dòng điện, lò xo, trọng lực hoặc lực của quy trình cho phép cơ cấu trở về vị trí ban đầu.

Cảm ứng điện từ thì khác. Từ thông thay đổi qua vật dẫn sẽ tạo ra điện áp cảm ứng. Sự thay đổi này có thể do nam châm chuyển động, vật dẫn chuyển động hoặc dòng điện trong một cuộn dây khác thay đổi. OpenStax giải thích mối quan hệ giữa từ thông biến thiên và suất điện động cảm ứng trong tổng quan về cảm ứng điện từ của họ.

Tại sao dòng điện cuộn dây không tăng ngay lập tức

Cuộn dây lưu trữ năng lượng trong từ trường. Độ tự cảm chống lại sự thay đổi nhanh của dòng điện. Khi điện áp một chiều được cấp lần đầu, dòng điện tăng dần theo thời gian thay vì lập tức nhảy lên giá trị ổn định. Điện trở cuộn dây, độ tự cảm, trở kháng nguồn và mọi chuyển động của lõi sắt đều ảnh hưởng đến đáp ứng này.

Chuyển động cơ khí cũng có thể làm thay đổi mạch từ. Cuộn dây công tắc tơ có thể hút dòng khởi động cao hơn khi phần ứng đang mở. Dòng điện thường giảm sau khi phần ứng đóng và đường dẫn từ được cải thiện. Bụi bẩn, ăn mòn, điện áp thấp hoặc vòng chống rung bị hỏng có thể khiến phần ứng không đóng hoàn toàn. Khi đó, cuộn dây có thể quá nhiệt trong khi công tắc tơ rung giật.

Cuộn dây xoay chiều tạo ra các ảnh hưởng bổ sung. Dòng điện của chúng phụ thuộc vào điện trở và cảm kháng. Vì vậy, tần số rất quan trọng. Không nên thay thế cuộn dây được thiết kế cho một tần số hoặc điện áp cụ thể chỉ dựa trên kích thước vật lý.

Điều gì xảy ra khi ngắt cuộn dây

Việc mở mạch cuộn dây buộc từ trường sụp đổ. Sự thay đổi nhanh của từ thông tạo ra một điện áp chống lại sự thay đổi của dòng điện. Quá độ phát sinh có thể gây hồ quang giữa các tiếp điểm hoặc gây ứng suất lên ngõ ra transistor.

Mạch dập xung giúp hạn chế hiện tượng này. Đi-ốt thường được mắc song song với cuộn dây một chiều, nhưng phải đấu đúng cực. Đi-ốt cũng làm chậm quá trình suy giảm dòng điện và có thể làm chậm thời gian nhả cơ khí. Các mạch dùng zener, TVS, điện trở-tụ điện và varistor tạo ra những đặc tính điện áp và thời gian nhả khác nhau.

Thiết bị phù hợp phụ thuộc vào điện áp cuộn dây, năng lượng tích trữ, tần số đóng cắt, thời gian nhả yêu cầu và định mức ngõ ra. Hãy kiểm tra cả tài liệu hướng dẫn của tải lẫn thông số kỹ thuật ngõ ra PLC. Có thể xem các thiết bị thay thế liên quan trong bộ sưu tập Rơ-le.

Cảm ứng trong máy biến áp và động cơ

Máy biến áp đặt điện áp xoay chiều vào cuộn sơ cấp. Từ thông biến thiên trong lõi tạo ra điện áp cảm ứng trong cuộn thứ cấp. Tỷ số vòng dây ảnh hưởng đến quan hệ điện áp, trong khi điện trở cuộn dây, từ thông rò, tổn hao lõi và tải quyết định hiệu suất thực tế.

Động cơ cảm ứng tạo ra từ trường quay của stato. Từ trường biến thiên này tạo ra dòng điện trong rô-to. Sự tương tác giữa dòng điện rô-to và từ trường tạo ra mô-men xoắn. Rô-to phải quay chậm hơn tốc độ đồng bộ để quá trình cảm ứng tiếp tục. Độ chênh lệch này gọi là độ trượt.

Chỉ riêng dòng điện động cơ không thể xác định mọi sự cố. Điện áp mất cân bằng, quá tải cơ khí, thanh dẫn rô-to hỏng, cài đặt tăng tốc không đúng và vấn đề làm mát có thể tạo ra các triệu chứng tương tự. Hãy so sánh dòng điện các pha, điện áp các pha, tốc độ, tình trạng tải và nhiệt độ trước khi kết luận rằng cuộn dây đã hỏng. Các danh mục điều khiển truyền động và động cơ có tại Truyền động & Điều khiển chuyển động.

Cách cảm biến tiệm cận cảm ứng phát hiện kim loại

Cảm biến tiệm cận cảm ứng điều khiển một bộ dao động và cuộn dây gần mặt cảm biến. Trường xoay chiều tạo ra dòng điện xoáy trong vật thể dẫn điện mục tiêu. Các dòng điện này hấp thụ năng lượng và làm thay đổi bộ dao động. Mạch điện tử bên trong phát hiện sự thay đổi rồi chuyển mạch ngõ ra.

Khoảng cách phát hiện phụ thuộc vào nhiều yếu tố hơn là chỉ sự hiện diện của mục tiêu. Vật liệu, kích thước, độ dày, độ căn chỉnh, kiểu lắp đặt của mục tiêu và kim loại ở gần đều ảnh hưởng đến kết quả. Khoảng cách định mức được đo với mục tiêu bằng thép tiêu chuẩn không đảm bảo áp dụng cho mọi ứng dụng.

Quy tắc lắp đặt chìm và không chìm cũng khác nhau. Lắp đặt không đúng có thể làm bão hòa trước trường cảm biến và gây chuyển mạch không ổn định. Khi thay thế, hãy xác minh dải nguồn cấp, loại ngõ ra, sơ đồ chân đầu nối, khoảng cách cảm biến, kích thước vỏ, yêu cầu lắp đặt và cấp bảo vệ môi trường.

Quy trình chẩn đoán cuộn dây thực tế

1. Xác nhận lệnh và nguồn cấp

Đo giữa các đầu cực cuộn dây trong trạng thái được điều khiển. Đo từng đầu cực so với đất có thể che giấu tình trạng hở đường hồi. Xác nhận nguồn xoay chiều hay một chiều và so sánh giá trị với nhãn thông số.

2. Quan sát dòng điện và chuyển động cơ khí

Kiểm tra xem dòng điện bị mất, quá cao hay không ổn định. Lắng nghe tiếng rung giật. Sau khi thiết lập điều kiện an toàn, kiểm tra phần ứng, pít-tông, lò xo, liên kết và khe hở không khí.

3. Kiểm tra thiết bị đóng cắt

So sánh lệnh PLC, chỉ báo ngõ ra, điện áp đầu cực và dòng tải thực tế. Đèn LED ngõ ra sáng không chứng minh rằng nguồn điện tại hiện trường đã đến được cuộn dây.

4. Kiểm tra mạch dập xung

Thiết bị dập xung bị ngắn mạch có thể khiến hệ thống không hoạt động. Thiết bị dập xung bị thiếu hoặc hở có thể làm hỏng tiếp điểm hoặc ngõ ra. Xác nhận cực tính và loại linh kiện theo bản vẽ.

5. Kiểm tra nhiệt và chu kỳ làm việc

Cuộn dây làm việc liên tục và cuộn dây làm việc gián đoạn không thể thay thế cho nhau. Đo nhiệt độ tủ điện và xem xét tần số đóng cắt. Vận hành lặp lại có thể vượt quá giới hạn nhiệt ngay cả khi điện áp đúng.

Giới hạn đo lường và an toàn

Hãy ngắt năng lượng thiết bị bất cứ khi nào công việc cho phép. Cô lập năng lượng điện và cơ khí tích trữ trước khi đo điện trở hoặc tháo rời. Việc đo khi đang có điện yêu cầu người có chuyên môn, thiết bị phù hợp và tuân thủ quy trình an toàn điện tại cơ sở.

Không sử dụng máy đo cách điện trên các ngõ ra PLC, mạch dập xung hoặc thiết bị điện tử cảm biến đang kết nối, trừ khi nhà sản xuất cho phép. Điện áp kiểm tra có thể làm hỏng linh kiện bán dẫn. Trước tiên, hãy ngắt kết nối và cô lập phần mạch cần kiểm tra.

Kết luận kỹ thuật

Cuộn dây công nghiệp dễ chẩn đoán hơn khi xác định đúng hiệu ứng nền tảng. Dòng điện tạo ra lực từ trong rơ-le hoặc nam châm điện. Từ thông thay đổi tạo ra điện áp cảm ứng trong máy biến áp, rô-to động cơ hoặc vật thể mục tiêu của cảm biến. Độ tự cảm cũng tạo ra quá độ khi đóng cắt và dòng điện phụ thuộc vào thời gian.

Vì vậy, một chẩn đoán hữu ích cần kết hợp điện áp, dòng điện, thời gian, trạng thái cơ khí và bối cảnh mạch. Thay cuộn dây mà không kiểm tra chất lượng nguồn, mạch dập xung, khe hở không khí, cách lắp đặt và chu kỳ làm việc có thể chỉ trì hoãn cùng một lỗi tái diễn.