Tinkamos galios pasirinkimas energiją taupančioms elektromagnetinėms ritėms

Jūsų elektromagnetinio vožtuvo ritė yra karšta. Jūsų valdymo pulto šilumos apkrova yra didesnė, nei numatyta šiluminiame skaičiavime. Jūsų PLC išvesties kortelė suveikia dėl apsaugos nuo viršsrovių vienu metu įjungiant vožtuvą. Arba priešinga problema - jūsų naujai nurodyta mažos galios ritė nesugeba patikimai perjungti vožtuvo ritės esant žemai maitinimo įtampai. Kiekvieno iš šių gedimų priežastis yra ta pati: elektromagnetinės ritės galia buvo pasirinkta pagal įprotį, numatytuosius katalogo parametrus arba kopijuojant iš ankstesnio projekto, o ne apskaičiuota pagal faktinius taikymo reikalavimus. Šiame vadove pateikiama išsami sistema, kaip teisingai parinkti ritės galią - suderinti traukos jėgą, laikymo galią, šilumos išsklaidymą, valdymo sistemos suderinamumą ir energijos sąnaudas priimant vieną nuoseklų sprendimą dėl specifikacijos. 🎯

Elektromagnetinės ritės galia turi atitikti du skirtingus galios reikalavimus: įjungimo galia - galia, kurios reikia sukurti pakankamą magnetinę jėgą, kad vožtuvo ritė būtų pastumta iš ramybės veikiant spyruoklei ir trinties jėgoms, ir išlaikymo galia - sumažinta galia, kurios reikia išlaikyti ritę pastumtoje padėtyje veikiant tik spyruoklės grįžtamajai jėgai. Energiją taupančiose ritėse naudojamos elektroninės galios mažinimo grandinės, kurios įjungia visą galią traukimo metu ir automatiškai sumažina iki palaikomosios galios, todėl, palyginti su įprastomis fiksuotos galios ritėmis, pastovios būsenos energijos suvartojimas sumažėja 50-85%.

Prisiminkime Ingrid Hoffmann, staklių gamintojo Štutgarte (Vokietija) elektros projektavimo inžinierę. Jos apdirbimo centro valdymo skydelyje buvo 48 elektromagnetiniai vožtuvai, visi su įprastinėmis 11 W ritėmis - gamyklinis ankstesnės kartos staklių standartas. Jos atlikta šiluminė analizė parodė, kad vien dėl ritės išsklaidymo skydelio šiluminė apkrova nuolat buvo 528 W, todėl reikėjo per didelio skydelio oro kondicionieriaus. Atlikus ritės auditą paaiškėjo, kad 38 iš 48 vožtuvų daugiau nei 80% ciklo laiko praleidžia įjungti ir laikyti. Pakeitus šias 38 rites 11 W įjungimo / 1,5 W laikymo energiją taupančiomis ritėmis, pastovios būsenos skydo šilumos apkrova sumažėjo nuo 528 W iki 147 W, t. y. 72%. Sumažinus oro kondicionieriaus dydį, vien tik vėsinimo energijos sąnaudos per metus sumažėjo 340 EUR, o ritės atnaujinimo išlaidos atsipirko per 14 mėnesių. 🔧

Turinys

• Kokios fizikinės priežastys lemia solenoido traukos jėgos ir laikymo jėgos reikalavimus?
• Kaip veikia energiją taupančios ritės grandinės ir kokie yra galimi galingumo koeficientai?
• Kaip apskaičiuoti teisingą įjungimo ir išlaikymo galią?
• Kaip valdymo sistemos suderinamumas ir elektrinė aplinka veikia ritės galios parinkimą?

Kokios fizikinės priežastys lemia solenoido traukos jėgos ir laikymo jėgos reikalavimus?

Supratimas, kodėl traukimui ir laikymui reikia skirtingo galingumo ir kodėl šis skirtumas toks didelis, yra teisingo galios pasirinkimo pagrindas. Fizikiniai dalykai yra paprasti ir tiesiogiai lemia specifikacijų skaičius. ⚙️

Solenoido ritė turi sukurti pakankamą magnetinę jėgą, kad įveiktų vožtuvo ritės statinę trintį, spyruoklės išankstinę apkrovą ir bet kokią slėgio skirtumo jėgą traukimo metu, t. y. bendrą jėgą, kuri yra 3-8 kartus didesnė nei vien tik spyruoklės grįžtamoji jėga, kurią reikia įveikti laikant. Šis jėgų santykis yra fizikinis pagrindas, lemiantis didelį energijos taupymo ričių galios sumažėjimą laikymo būsenoje.

Magnetinės jėgos lygtis

Solenoido sukuriama jėga yra:

$F_{mag} = \frac{B^2 \times A_{core}}{2 \times \mu_0} = \frac{\mu_0 \times N^2 \times I^2 \times A_{core}}{2 \times g^2}$

Kur:

• $F_{mag}$ = magnetinė jėga (N)
• $B$ = magnetinio srauto tankis¹ (T)
• $A_{core}$ = magnetinės šerdies skerspjūvio plotas (m²)
• $\mu_0$ = laisvosios erdvės pralaidumas² (4π × 10-⁷ H/m)
• $N$ = ritės vijų skaičius
• $I$ = ritės srovė (A)
• $g$ = oro tarpas tarp inkaro ir šerdies (m)

Kritinė priklausomybė yra atvirkštinė kvadratinė priklausomybė nuo oro tarpo $g$. Kai armatūra yra didžiausiu atstumu nuo šerdies (įjungimo padėtis), oro tarpas yra didelis ir magnetinė jėga yra mažiausia. Armatūrai judant link šerdies (ritės poslinkis), oro tarpas mažėja, o magnetinė jėga smarkiai didėja ir pasiekia didžiausią reikšmę, kai armatūra yra visiškai įstatyta (laikymo padėtis).

Oro tarpo efektas: Kodėl laikymui reikia mažiau energijos

Ištraukimo padėtyje (didžiausias oro tarpas $g_{max}$):

$F_{pull-in} \propto \frac{I^2}{g_{max}^2}$

Laikymo padėtyje (mažiausias oro tarpas $g_{min}$ ≈ 0, armatūra sėdi):

$F_{laikymas} \propto \frac{I^2}{g_{min}^2}$

Kadangi $g_{min} \ll g_{max}$, magnetinė jėga laikymo padėtyje yra gerokai didesnė nei įtempiant, kai srovė yra tokia pati. Tai reiškia, kad, kai ritė pasislenka ir armatūra įsitaiso, srovę (taigi ir galią) galima gerokai sumažinti, tačiau vis tiek sukuriama daugiau nei pakankama jėga, kad ritė laikytųsi prieš spyruoklės grįžtamąją jėgą.

Tipiškas pramoninis elektromagnetinis vožtuvas:

• Oro tarpas ištraukimo metu: $g_{max}$ ≈ 3-6 mm
• Oro tarpas laikymo vietoje: $g_{min}$ ≈ 0,05-0,2 mm (likutinis tarpas dėl nemagnetinės tarpinės)
• Jėgos santykis (laikymas ir įjungimas esant tai pačiai srovei): 225-14,400×

Toks didžiulis jėgos santykis reiškia, kad laikymo srovę galima sumažinti iki 10-30% traukimo srovės, išlaikant pakankamą laikymo jėgą - tai yra fizinis pagrindas 85-90% galios sumažinimui laikymo būsenoje. 🔒

Trys jėgos, kurias reikia įveikti "Pull-In" metu

1 jėga: spyruoklės išankstinė apkrova ($F_{spring}$)

Monostabiliojo vožtuvo grįžtamoji spyruoklė yra suspausta poslinkio padėtyje ir ištiesta ramybės padėtyje. Spyruoklės jėga ištraukimo metu yra išankstinės apkrovos jėga - jėga, reikalinga spyruoklei pradėti spausti:

$F_{priežastis,įtempimas} = k_{priežastis} \ kartus x_{pradinė apkrova}$

Tipinės vertės: 5-25 N standartinių pramoninių vožtuvų ritėms.

2 jėga: statinė trintis ($F_{trintis}$)

Prieš pradėdama judėti ritė turi nutraukti statinę trintį su vožtuvo anga. Statinė trintis yra gerokai didesnė už kinetinę trintį - atitrūkimo jėga gali būti 2-4 kartus didesnė už veikimo trinties jėgą:

$F_{trikimas} = \mu_{statinis} \ kartus F_{normalus}$

Šis jėgos komponentas yra jautriausias užterštumui, sandariklio išbrinkimui ir temperatūrai, ir tai yra pagrindinė priežastis, dėl kurios senstant vožtuvams didėja traukos jėgos reikalavimai.

3 jėga: slėgio skirtumo jėga ($F_{slėgis}$)

Vožtuvuose, kuriuose tiekimo slėgis veikia nesubalansuotą ritės plotą, slėgio skirtumas sukuria jėgą, kuri, priklausomai nuo vožtuvo konstrukcijos, padeda arba priešinasi ritės judėjimui:

$F_{slėgis} = \Delta P \ kartus A_{nesubalansuotas}$

Subalansuotoms ritės konstrukcijoms (dauguma šiuolaikinių pramoninių vožtuvų), $F_{slėgis}$ ≈ 0. Nesubalansuotose konstrukcijose ši jėga gali būti didelė esant dideliam tiekimo slėgiui.

Bendras ištraukimo jėgos poreikis

$F_{įtraukimas,iš viso} = F_{pavasaris,ištraukimas} + F_{trukimas} + F_{slėgis} + SF_{marža}$

Kur $SF_{margin}$ yra 1,5-2,0× saugos koeficientas, taikomas atsižvelgiant į įtampos svyravimus, temperatūros poveikį ir komponentų senėjimą.

Bendras laikymo jėgos poreikis

Laikymo padėtyje statinė trintis pašalinama (ritė juda), spyruoklės jėga yra maksimaliai suspausta, o oro tarpas - minimalus:

$F_{laikymas,reikalingas} = F_{pavasaris,maksimalus} = k_{pavasaris} \ kartus (x_{pradinė apkrova} + x_{taktis})$

Kadangi $F_{laikymas,privalomas} \ll F_{įtraukimas, iš viso}$ o magnetinė jėga, esant minimaliam oro tarpui, yra žymiai didesnė srovės vienetui, laikymo srovę galima sumažinti iki 10-30% traukimo srovės. ⚠️

Kaip veikia energiją taupančios ritės grandinės ir kokie yra galimi galingumo koeficientai?

Fizikoje nustatyta, kad laikymui reikia kur kas mažiau galios nei traukimui. Energiją taupančios ritės grandinės šį sumažinimą įgyvendina elektroniniu būdu, o norint pasirinkti tinkamą tipą savo valdymo sistemai ir taikymui, būtina suprasti, kaip jos veikia. 🔍

Energiją taupančios ritės naudoja vieną iš trijų elektroninių grandinių metodų - piko ir laikymo grandines, PWM (impulsų pločio moduliacija)³ reduktoriaus arba lygintuvu pagrįsto kintamosios srovės keitimo į nuolatinę srovę - įjungimo fazės metu (paprastai 20-100 ms) naudoti visą galią, o po to automatiškai sumažinti iki palaikomosios galios likusį įjungimo laiką. Redukcijos santykis, priklausomai nuo grandinės konstrukcijos ir vožtuvo tipo, svyruoja nuo 3:1 iki 10:1.

[Piko ir laikymo srovės bangos formos vaizdas]

1 grandinės tipas: "Peak-and-Hold" (elektroninis galios mažinimas)

Labiausiai paplitusi energiją taupanti nuolatinės srovės solenoidų ritės konstrukcija:

1. Įtraukimo etapas: Į ritę įjungiama visa nuolatinė įtampa - teka visa srovė, kuri sukuria didžiausią magnetinę jėgą
2. Perėjimas: Vidinis laikmatis arba srovės jutiklio grandinė nustato armatūros sėdimąją padėtį (srovės kritimas didėjant induktyvumui, kai užsidaro oro tarpas).
3. Laikymo etapas: Vidinė elektronika sumažina įtampą ritėje (paprastai PWM arba nuosekliuoju varžos perjungimu) - srovė sumažėja iki palaikymo lygio

Perėjimo laikas: arba fiksuotas laikmatis (paprastai 50-150 ms po įjungimo), arba adaptyvus srovės jutiklis (nustato armatūros sėdimo srovės požymį). Srovės jutiklis yra patikimesnis esant įtampos ir temperatūros svyravimams.

Galimi galingumo koeficientai:

• 11 W įjungimo / 3 W išlaikymo (3,7:1 santykis) - standartinis energijos taupymas
• 11 W įjungimo / 1,5 W išlaikymo galia (7,3:1 santykis) - didelis efektyvumas
• 6W įjungimo / 1W išlaikymo (6:1 santykis) - mažos galios serija
• 4W įjungimo / 0,5W išlaikymo (8:1 santykis) - itin mažos galios serija

2 grandinės tipas: PWM išlaikymo mažinimas

Panašus į "peak-and-hold", tačiau naudojant impulsų pločio moduliaciją išlaikymo srovė valdoma tiksliau:

1. Įtraukimo etapas: 100% darbo ciklas - pilna galia
2. Laikymo etapas: Sumažintas darbo ciklas (paprastai 10-30%) - vidutinė srovė sumažėja proporcingai

PWM grandinės užtikrina tikslesnį laikymo srovės valdymą ir geresnį šilumos valdymą nei paprastos įtampos mažinimo grandinės. Jos yra tinkamiausios didelio ciklo programoms, kuriose dažnai pereinama nuo įjungimo į laikymo režimą.

3 grandinės tipas: kintamosios srovės solenoidai su lygintuvu ir kondensatoriumi

Kintamosios srovės maitinamose sistemose energiją taupančiose ritėse naudojama lygintuvo ir kondensatoriaus grandinė:

1. Įtraukimo etapas: Kintamoji įtampa per lygintuvą - kondensatorius užtikrina didelį pradinį srovės šuolį traukos jėgai pasiekti
2. Laikymo etapas: Kondensatorius iškrautas; nuolatinės srovės palaikymo srovė iš ištiesintos kintamosios srovės yra sumažinta

Ši konstrukcija būdinga kintamosios srovės solenoidams ir suteikia papildomą naudą - pašalinamas įprastiniams kintamosios srovės solenoidams būdingas kintamosios srovės dūzgesys ir vibracija, nes palaikomoji srovė yra nuolatinė, o ne kintamoji.

Energiją taupančios ritės tipai: Palyginimas

Grandinės tipas	Įtampos tipas	Įtraukimo trukmė	Laikymo sumažinimas	Geriausia paraiška
Pikas ir laikymas (laikmatis)	DC	Fiksuotas 50-150 ms	70-85%	Standartinis pramoninis
Aukščiausio lygio ir laikymo (srovės jutiklis)	DC	Prisitaikantis	70-85%	Kintamo slėgio sistemos
PWM laikymas	DC	Fiksuotas arba prisitaikantis	75-90%	Didelio ciklo, tikslumo
Išlygintuvas-kondensatorius	AC	Fiksuotas (kondensatoriaus iškrovimas)	60-75%	kintamosios srovės sistemos, triukšmo mažinimas
Įprastinis fiksuotas	Nuolatinė arba kintamoji srovė	Netaikoma (nesumažinta)	0%	Referencinis atskaitos taškas

Wattage mažinimo poveikis: Sistemos lygmens skaičiavimas

Ingrid 48 vožtuvų skydeliui Štutgarte:

Prieš (įprastos 11 W ritės):
$P_{bendras,laikymas} = 48 \times 11W = 528W \text{ continuous}$

Po (11 W ištraukimo / 1,5 W laikymo, pakeisti 38 vožtuvai):

Įjungimo metu (vidutiniškai 80 ms per ciklą, 1 ciklas per 5 sekundes = 1,6% darbo ciklas):
$P_{įtraukimas, indėlis} = 38 \ kartus 11W \ kartus 0,016 = 6,7W$

Laikymo metu (98,4% darbo ciklas):
$P_{laikymas,indėlis} = 38 \ kartus 1,5W \ kartus 0,984 = 56,1W$

Likusios 10 įprastinių ričių:
$P_{konvencinis} = 10 kartų 11W = 110W$

Iš viso po: 6,7 + 56,1 + 110 = 172,8W (palyginti su 528W prieš - 67% sumažinimas) ✅

Kaip apskaičiuoti teisingą įjungimo ir išlaikymo galią?

Pasirenkant tinkamą galią reikia patikrinti, ar traukimo jėga ir laikymo jėga yra pakankama visose darbo sąlygose, įskaitant minimalią maitinimo įtampą, maksimalią darbinę temperatūrą ir blogiausią vožtuvo senėjimo atvejį. 💪

Tinkama įjungimo galia yra mažiausia galia, kuri sukuria pakankamą magnetinę jėgą vožtuvo ritei paslinkti esant mažiausiai numatytai maitinimo įtampai ir maksimaliai numatytai darbinei temperatūrai, su bent 1,5 karto didesniu saugos koeficientu. Tinkama laikymo galia - tai mažiausia galia, kuri išlaiko ritę pasislinkusioje padėtyje esant mažiausiai įtampai ir didžiausiai temperatūrai, o saugos koeficientas yra ne mažesnis kaip 2×.

1 žingsnis: Nustatykite minimalią maitinimo įtampą

Maitinimo įtampa ritės gnybtuose visada yra mažesnė už vardinę maitinimo įtampą dėl:

• Kabelio įtampos kritimas: $\Delta V_{kabelio} = I_{vijos} \ kartus R_{kabelis}$
• PLC išėjimo įtampos kritimas: Paprastai 1-3V tranzistorių išėjimuose
• Maitinimo įtampos tolerancija: Pramoniniai 24 V nuolatinės srovės šaltiniai paprastai yra ±10% (21,6-26,4 V)

Minimalios ritės įtampos apskaičiavimas:

$V_{vyniojimo,min} = V_{pateikimo,min} - \Delta V_{kabelio} - \Delta V_{PLC išėjimo}$

$V_{vijos,min} = (24 \times 0,9) - (I_{vijos} \times R_{kabelio}) - 2V$

24 V nuolatinės srovės sistemai su 50 m ilgio kabeliu (0,5 mm² laidas, R = 0,036 Ω/m × 2 = iš viso 3,6 Ω):

$\Delta V_{kabelis} = 0,46A \times 3,6\Omega = 1,66V$

$V_{cilė,min} = 21,6 - 1,66 - 2 = 17,9 V$

Tai yra 74,6% nominaliosios 24 V įtampos - tai didelis sumažėjimas, į kurį reikia atsižvelgti apskaičiuojant traukos jėgą.

2 veiksmas: apskaičiuokite traukos jėgą esant minimaliai įtampai

Magnetinė jėga priklauso nuo srovės kvadrato, o srovė tiesiškai priklauso nuo įtampos (varžinei ritei):

$F_{įtraukimo,min} = F_{įtraukimo,vardinis} \times \left(\frac{V_{coil,min}}{V_{rated}}\right)^2$

$F_{įtraukimo,min} = F_{įtraukimo,vardinis} \times \left(\frac{17.9}{24}\right)^2 = F_{pull-in,rated} \times 0,557$

Esant minimaliai įtampai, traukimo jėga sudaro tik 55,7% vardinės traukimo jėgos. Štai kodėl traukimo jėgos saugos koeficientas turi būti bent 1,5 karto didesnis ir kodėl mažos galios ritės patikimai neperjungia vožtuvų esant žemai įtampai.

3 veiksmas: atsižvelkite į temperatūros poveikį ritės varžai

Varinės ritės varža didėja su temperatūra:

$R_T = R_{20°C} \ kartus [1 + \alfa_{Cu} \ kartus (T - 20°C)]$

Kur $\alpha_{Cu}$ = 0,00393 /°C variui.

Esant 80 °C darbinei temperatūrai (įprasta šilto valdymo pulto temperatūra):

$R_{80°C} = R_{20°C} \times [1 + 0,00393 \times (80 - 20)] = R_{20°C} \ kartus 1,236$

80 °C temperatūroje ritės varža padidėja 23,6% - srovė sumažėja tokiu pat santykiu, o traukos jėga sumažėja srovės santykio kvadratu:

$F_{įtraukimas,80°C} = F_{įtraukimas,20°C} \times \left(\frac{1}{1.236}\right)^2 = F_{pull-in,20°C} \ kartus 0,655$

Kombinuotoji blogiausio atvejo traukos jėga (mažiausia įtampa + didžiausia temperatūra):

$F_{įtraukimas,blogiausias} = F_{įtraukimas,vardinis} \times 0,557 \times 0,655 = F_{pull-in,rated} \laikotarpiai 0,365$

Blogiausiomis sąlygomis traukimo jėga sudaro tik 36,5% vardinės jėgos. Tokiomis sąlygomis ritė, kurios vardinė traukimo jėga yra tik 1,5 karto didesnė už reikiamą ritės poslinkio jėgą, sugenda. Turi būti parinkta ritė, kurios vardinė traukimo jėga yra ne mažesnė:

$F_{cilė,vardinis} \geq \frac{F_{pavara,reikalinga}}}{0,365} = 2,74 kartų F_{pavara,reikalinga}$

Todėl gamintojai nurodo minimalią darbinę įtampą (paprastai 85% nominaliosios) ir maksimalią aplinkos temperatūrą - šios ribos apibrėžia patikimo veikimo ribą. ⚠️

4 veiksmas: patikrinkite, ar laikymo galia yra pakankama

Laikymo jėgos patikra atliekama pagal tą patį metodą, tačiau taikant palankią oro tarpo geometriją:

$F_{laikymo,min} = F_{laikymo,vardinis} \ kartus \left(\frac{V_{ ritė,min}}{V_{vertinis}}}\ dešinėje)^2 \ kartus \frac{1}{1.236}$

Kadangi laikymo jėga, esant mažiausiam oro tarpui, yra gerokai didesnė srovės vienetui nei traukimo jėga, net ir esant blogiausiam įtampos ir temperatūros režimui, laikymo jėga paprastai išlieka 5-15 kartų didesnė už reikiamą spyruoklės grįžtamąją jėgą. Todėl 2× laikymo galios saugos koeficientas lengvai pasiekiamas naudojant standartines energiją taupančias ritės konstrukcijas.

Galingumo parinkimo orientacinė lentelė

Vožtuvo korpuso dydis	Būgno perjungimo jėga	Minimalus įjungimo galingumas (24 VDC)	Rekomenduojama ritė	Laikymo galia
ISO 1 (G1/8)	4-6 N	3.5W	6W ištraukiamasis	1.0W
ISO 1 (G1/8)	6-10 N	5.5W	8W ištraukiamasis	1.5W
ISO 2 (G1/4)	8-14 N	7.5W	11W ištraukiamasis	1.5W
ISO 2 (G1/4)	12-20 N	10W	15W ištraukiamasis	2.5W
ISO 3 (G3/8)	18-28 N	14W	20 W ištraukiamasis	3.0W
ISO 3 (G3/8)	25-40 N	20W	28W ištraukiamasis	4.5W
ISO 4 (G1/2)	35-55 N	28W	40W įjungimo galia	6.0W

Istorija iš lauko

Norėčiau pristatyti Marco Ferretti, priežiūros inžinierių išpilstymo gamykloje Veronoje, Italijoje. Jo gamybos linijoje šešiose pilstymo stotyse buvo naudojama 120 elektromagnetinių vožtuvų, visi jie buvo su įprastinėmis 8 W fiksuotomis ritėmis, kurių įtampa buvo 24 VDC. Per vasaros karščio bangą aplinkos temperatūra vožtuvų korpusuose pasiekė 72 °C, todėl 14 iš 120 vožtuvų ėmė strigti su pertrūkiais.

Atlikus tyrimą nustatyta, kad esant 72 °C temperatūrai, ritės varža padidėjo 20%, o tai sumažino traukos srovę ir jėgą iki tokio lygio, kad buvo išnaudota saugos atsarga. 14 nesėkmingų vožtuvų buvo tie, kurių kabeliai buvo ilgiausi - juose įtampos kritimas dar labiau sustiprino temperatūros poveikį.

"Marco" ne tik pakeitė sugedusias rites identiškais įrenginiais, bet ir atnaujino visą liniją į 11 W ištraukimo / 1,5 W laikymo energiją taupančias rites. Dėl didesnės įtraukimo galios buvo atkurta saugos atsarga esant aukštesnei temperatūrai. Sumažinta laikymo galia sumažino ritės šilumos išsklaidymą 78%, o tai savaime sumažino korpuso temperatūrą 8 °C ir dar labiau padidino saugos atsargą. Vožtuvo poslinkio gedimų sumažėjo iki nulio, o dėl sumažėjusios šiluminės apkrovos nebereikėjo montuoti papildomų aušinimo ventiliatorių - taip sutaupyta 2 800 eurų aparatūros išlaidų. 🎉

Kaip valdymo sistemos suderinamumas ir elektrinė aplinka veikia ritės galios parinkimą?

Ritės galia neegzistuoja atskirai - ji sąveikauja su PLC išvesties kortelės srovės pajėgumu, valdymo skydo šiluminiu biudžetu, kabelio dydžiu ir elektrinio triukšmo aplinka taip, kad netinkamai suprojektuotoje elektros sistemoje tinkamai parinkta ritė gali sugesti. 📋

Valdymo sistemos suderinamumas reikalauja patikrinti, ar PLC išvesties kortelė gali tiekti didžiausią visų vienu metu įjungtų ričių traukos srovę neviršydama savo vardinės išėjimo srovės, ar kabelio dydis atitinka traukos srovę be pernelyg didelio įtampos kritimo ir ar energiją taupantys ričių perjungimo pereinamieji procesai yra suderinami su valdymo sistemos atsparumu triukšmui.

PLC išvesties kortelės srovės talpa

PLC tranzistorių išvesties kortelės⁴ turi dvi srovės vertes, kurios abi turi būti patenkintos:

Vieno kanalo srovės stipris: Maksimali nuolatinė srovė vienam išėjimo kanalui - paprastai 0,5 A, 1,0 A arba 2,0 A, priklausomai nuo kortelės tipo.

Vienos grupės srovės įvertinimas: Didžiausia bendra kanalų grupės, turinčios bendrą maitinimo magistralę, srovė: paprastai 4-8 A 8 kanalų grupei.

Ištraukimo srovės apskaičiavimas:

$I_{įtraukta} = \frac{P_{įtraukta}}}{V_{vyniojimo}} = \frac{11W}{24V} = 0,458A$

Standartinės 11 W įjungimo ritės, veikiančios 24 V nuolatinės srovės įtampa, įjungimo srovė yra 0,458 A - neviršijant 0,5 A vienam kanalui nustatyto vardinio stiprumo, bet tik šiek tiek. Jei įtampos kritimas sumažina ritės įtampą iki 21 V, įjungimo srovė padidėja:

$I_{įtraukimas,21V} = \frac{P_{įtraukimas}}}{V_{vyniojimas,tikrasis}} = \frac{11W}{21V} = 0,524A$

Tai viršija 0,5 A vienam kanalui - tai yra specifikacijos pažeidimas, dėl kurio laikui bėgant sugadinama PLC išvesties kortelė. Visada skaičiuokite įjungimo srovę esant mažiausiai tikėtinai ritės įtampai, o ne vardinei įtampai.

Grupės srovės skaičiavimas:

Jei mašinos ciklo metu vienu metu įjungiami 6 vožtuvai 8 kanalų grupėje:

$I_{grupė,viršūnė} = 6 kartus 0,524A = 3,14A$

Prieš 4A grupės įvertinimą - priimtina riba. Tačiau jei vienu metu įsijungia 8 vožtuvai:

$I_{grupė,viršūnė} = 8 kartus 0,524A = 4,19A$

Tai viršija 4 A grupės vardinį parametrą - gedimo būklė, dėl kurios suveikia vidinė išvesties kortelės apsauga. PLC programoje išskaidykite įjungimo seką, kad vienu metu nebūtų įjungiami visi grupės vožtuvai, arba nurodykite mažesnės galios įjungimo rites, kad sumažintumėte pikinę srovę.

Energiją taupančių ričių kabelių dydžių nustatymas

Nustatant kabelio dydį reikia atsižvelgti į įjungimo, o ne išlaikymo srovę - įjungimo srovė yra 3-7 kartus didesnė už išlaikymo srovę:

Ritės tipas	Įjungimo srovė (24 VDC)	Laikymo srovė (24 VDC)	Minimalus kabelio dydis
4W / 0,5W	0,167A / 0,021A	0.021A	0,5 mm²
6 W / 1,0 W	0,250A / 0,042A	0.042A	0,5 mm²
8 W / 1,5 W	0,333A / 0,063A	0.063A	0,5 mm²
11 W / 1,5 W	0,458A / 0,063A	0.063A	0,75 mm²
15 W / 2,5 W	0,625A / 0,104A	0.104A	0,75 mm²
20 W / 3,0 W	0,833A / 0,125A	0.125A	1,0 mm²
28 W / 4,5 W	1,167A / 0,188A	0.188A	1,5 mm²

Įtampos kritimo patikrinimas:

$\Delta V_{kabelis} = I_{įtraukimas} \times R_{kabelis} = I_{įtraukimas} \ kartus \frac{2 \ kartus L_{kabelis} \ kartus \rho_{Cu}}{A_{kabelio}}$

Kur $\rho_{Cu}$ = 0,0175 Ω-mm²/m. 30 m ilgio kabelio su 0,75 mm² laidu, kuriuo teka 0,458 A:

$\Delta V = 0,458 \times \frac{2 \times 30 \times 0,0175}{0,75} = 0,458 \times 1,4 = 0,64V$

Priimtina - ritės įtampa esant minimaliam maitinimui (21,6 V) minus kabelio kritimas (0,64 V) minus PLC išėjimo kritimas (1,5 V) = 19,5 V, t. y. 81% nominalioji 24 V įtampa - atitinka 85% minimalios darbinės įtampos specifikaciją daugumai standartinių ričių.

Jei kabelio ilgis viršija 50 m, pereikite prie 1,0 mm² arba 1,5 mm² kabelio, kad išlaikytumėte tinkamą ritės įtampą.

Energiją taupančių ričių elektrinio triukšmo aspektai

Energiją taupančiose ritėse yra vidinės elektronikos, kuri generuoja perjungimo pereinamuosius procesus pereinant iš įjungimo į laikymo režimą. Šie pereinamieji procesai gali sukelti problemų triukšmui jautriose valdymo sistemose:

Veikiamasis triukšmas: PWM perjungimas laikymo fazėje generuoja aukšto dažnio srovės pulsacijas 24 V nuolatinės srovės maitinimo šynoje. Šiam pulsavimui slopinti ant 24 V nuolatinės srovės maitinimo įtampos ties vožtuvo gnybtų dėžute sumontuokite 100 μF elektrolitinį kondensatorių.

indukcinis grįžtamasis ryšys⁵: Kai ritė išjungiama, dėl griūvančio magnetinio lauko susidaro įtampos šuolis (indukcinis grįžtamasis poveikis), kuris gali pažeisti PLC išėjimo tranzistorius. Energiją taupančios ritės su vidiniais slopinimo diodais (TVS arba Zenerio) apriboja šį šuolį iki saugaus lygio - visada nurodykite rites su vidiniu slopinimu arba PLC išėjimo gnybtuose sumontuokite išorinius slopinimo diodus.

slopinimo specifikacija:

$V_{supresija} \leq V_{PLC išėjimas,max} - V_{pagalba}$

24 V nuolatinės srovės sistemai su PLC išvestimi, kurios vardinė įtampa ne didesnė kaip 36 V: $V_{supresija} \leq 36 - 24 = 12V$ - nurodyti TVS diodus, kurių įtempimo įtampa ≤ 36 V.

Valdymo skydo šilumos biudžeto apskaičiavimas

Apskaičiuojant šiluminį biudžetą nustatoma, ar skydo aušinimo sistema gali susidoroti su ritinio šilumine apkrova:

$T_{panelis} = T_{aplinkos} + \frac{P_{bendras,išsklaidytas}}{K_{terminis} \ kartus A_{panelis}}$

Kur $K_{terminis}$ yra plokštės šilumos laidumo koeficientas (paprastai 5,5 W/m²-°C standartiniuose plieniniuose korpusuose su natūralia konvekcija).

Ingridos skydeliui (600 × 800 mm korpusas, $A_{panelis}$ = 1.44 m²):

Prieš atnaujinimą:
$T_{panelis} = 25°C + \frac{528W}{5.5 \times 1.44} = 25 + 66.7 = 91.7°C$

Tai viršija didžiausią daugumos elektroninių komponentų skydelio temperatūrą (paprastai 55-70 °C), todėl prireikė oro kondicionieriaus.

Po atnaujinimo:
$T_{panelis} = 25°C + \frac{172,8W}{5,5 kartų 1,44} = 25 + 21,8 = 46,8°C$

Žemiau priverstinio vėsinimo ribos - oro kondicionierius nebereikalingas. ✅

"Bepto" energiją taupanti elektromagnetinė ritė: Produkto ir kainos nuoroda

Ritės tipas	Įtampa	Pull-In W	Holdingas W	Sumažinimas	Jungtis	OEM kaina	"Bepto" kaina
Standartinis fiksuotas	24 V NUOLATINĖS SROVĖS	6W	6W	0%	DIN 43650A	$12 - $22	$7 - $13
Standartinis fiksuotas	24 V NUOLATINĖS SROVĖS	11W	11W	0%	DIN 43650A	$14 - $25	$9 - $15
Energiją taupantis	24 V NUOLATINĖS SROVĖS	6W	1.0W	83%	DIN 43650A	$22 - $40	$13 - $24
Energiją taupantis	24 V NUOLATINĖS SROVĖS	11W	1.5W	86%	DIN 43650A	$28 - $50	$17 - $31
Energiją taupantis	24 V NUOLATINĖS SROVĖS	15W	2.5W	83%	DIN 43650A	$35 - $62	$21 - $38
Energiją taupantis	24 V NUOLATINĖS SROVĖS	20W	3.0W	85%	DIN 43650A	$42 - $75	$26 - $46
Energiją taupantis	24 V NUOLATINĖS SROVĖS	28W	4.5W	84%	DIN 43650A	$52 - $92	$32 - $56
Energiją taupantis	110 V AC	11W	1.5W	86%	DIN 43650A	$32 - $58	$20 - $35
Energiją taupantis	220 VAC	11W	1.5W	86%	DIN 43650A	$32 - $58	$20 - $35
Energiją taupantis	24 V NUOLATINĖS SROVĖS	11W	1.5W	86%	M12 × 1	$35 - $62	$21 - $38

Visose "Bepto" energiją taupančiose ritėse yra vidiniai TVS slopinimo diodai, IP65 klasės jungties korpusas ir UL/CE sertifikatas. Visuose modeliuose standartiškai naudojamas srovės jutiklis su prisitaikančiu įjungimo laiku (ne fiksuotas laikmatis) - taip užtikrinamas patikimas veikimas esant maitinimo įtampos ir temperatūros svyravimams. Pristatymo trukmė 3-7 darbo dienos. ✅

Energiją taupančių ritinių modernizavimo investicijų grąžos skaičiavimo sistema

$T_{atsipirkimas,mėn.} = \frac{C_{vyniojimo,atnaujinimo} \laikotarpis N_{varteliai}}{(P_{sutaupymas,W} \laikotarpis H_{metų} \laikotarpis C_{energija}) / 1000}$

Kur:

• $C_{cilė,atnaujinimas}$ = papildomos išlaidos vienam ritiniui, palyginti su įprastiniu (Bepto: $8-$16 vienam ritiniui)
• $N_{varžos}$ = atnaujintų vožtuvų skaičius
• $P_{saving,W}$ = energijos taupymas vienai ritei laikymo būsenoje (W)
• $H_{metų}$ = metinis darbo valandų skaičius
• $C_{energija}$ = energijos sąnaudos ($/kWh)

Pavyzdys: 20 vožtuvų, 11W→1,5W laikymo galia, 6000 valandų per metus, $0,12/kWh:

$T_{atsipirkimas} = \frac{12 \times 20}{(9,5W \times 6000 \times 0,12) / 1000} = \frac{240}{6,84} = 35 \text{ mėnesių}$

Įskaičiavus plokščių vėsinimo energijos sutaupymus (paprastai dėl vėsinimo sistemos efektyvumo sutaupoma 1,5-2 kartus daugiau energijos nei vėsinimo ritiniuose), atsiperkamumas sutrumpėja iki 14-18 mėnesių - tai atitinka Ingrid patirtį Štutgarte.

Išvada

Elektromagnetinės ritės galia parenkama ne pagal katalogo numatytuosius nustatymus - tai yra skaičiavimas, kurio metu reikia patikrinti, ar traukimo jėga yra pakankama esant minimaliai įtampai ir maksimaliai temperatūrai, ar laikymo jėga yra pakankama esant sumažintai galiai, ar PLC išėjimo kortelės srovės suderinamumas, kabelio įtampos kritimas ir skydo šiluminis biudžetas. Energiją taupančios ritės su 83-86% sumažinta laikymo jėga yra tinkama specifikacija bet kuriam vožtuvui, kuris daugiau nei 20% ciklo laiko praleidžia įjungtos laikymo jėgos būsenoje - o tai apibūdina daugumą pramoninių pneumatinių vožtuvų. Apskaičiuokite įjungimo galią, reikalingą blogiausioms elektros sąlygoms, nurodykite išlaikomąją galią, kuri leidžia neviršyti skydelio šiluminio biudžeto, ir naudodamiesi "Bepto" paslaugomis gaukite adaptyviąsias energiją taupančias srovės matavimo rites su vidiniu slopinimu per 3-7 darbo dienas už kainą, kuri atsiperka per kelis mėnesius, o ne metus. 🏆

Dažniausiai užduodami klausimai apie energijos taupymo elektromagnetinių ričių tinkamo galingumo pasirinkimą

1. Sužinokite daugiau apie magnetinio srauto tankio principus ir kaip jis lemia pramoninių solenoidų sukuriamą jėgą. ↩

2. Gaukite techninę nuorodą apie laisvosios erdvės pralaidumą ir jo reikšmę apskaičiuojant magnetinio lauko stiprį. ↩

3. Ištirkite, kaip PWM (impulsų pločio moduliacija) naudojama efektyviai valdyti energijos tiekimą šiuolaikinėse elektroninėse grandinėse. ↩

4. Išsamus vadovas, kaip suprasti PLC tranzistorių išvesties korteles ir su jomis susijusias vieno kanalo ir grupės srovės ribas. ↩

5. Suprasti indukcinio grįžtamojo ryšio reiškinį ir apsaugos priemones, reikalingas jautriai valdymo elektronikai apsaugoti. ↩