ขดลวด โซลินอยด์วาล์ว AC หรือ DC ใช้แบบไหนดี

โดยการยกกระดองจะมีการเปิดพอร์ตเล็ก ๆ ในวาล์วที่ช่วยให้การไหลของสื่อ การไหลผ่านวาล์วสามารถควบคุมได้โดยการให้พลังงานหรือยกเลิกการให้พลังงานแก่ขดลวด ในขณะที่มีโซลินอยด์วาล์วหลายประเภทที่แตกต่างกันใน การก่อสร้างเชิงกล ความคิดพื้นฐานของตัวกระตุ้นโซลินอยด์ที่ทําหน้าที่บนพื้นผิวควบคุมยังคงเหมือนเดิมในโซลินอยด์วาล์วทุกประเภท

ขั้วของหน้าสัมผัสไฟฟ้าไม่สําคัญกับโซลินอยด์วาล์ว AC และ DC ด้วยโซลินอยด์วาล์ว AC สิ่งนี้อาจชัดเจนเพราะขั้วสวิตช์ปัจจุบันสองครั้งต่อช่วงเวลา ด้วยโซลินอยด์วาล์ว DC เหตุผลก็คือกระแสที่ไหลผ่านขดลวดจะสร้างแม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งสร้างแรงดึงดูดบนกระดอง เมื่อใช้กระแสผ่านขดลวดกระดองจะถูกดึงเข้าหาขดลวดเสมอโดยไม่คํานึงถึงขั้วสัมผัสและขั้วปัจจุบัน

ความแตกต่างระหว่างโซลินอยด์ AC และ DC

ในระดับพื้นฐานที่สุดการทํางานของโซลินอยด์ DC นั้นค่อนข้างตรงไปตรงมา – โซลินอยด์อาจได้รับพลังงานทําให้แรงแม่เหล็กที่เกิดจากโซลินอยด์สามารถเอาชนะความต้านทานของสปริงและเคลื่อนกระดองไปยังศูนย์กลางของขดลวดหรือยกเลิกพลังงานทําให้แรงสปริงดันกระดองกลับไปที่ตําแหน่งเริ่มต้น

ด้วยโซลินอยด์ AC ทฤษฎีการทํางานมีความซับซ้อนมากขึ้นเล็กน้อย กระแส AC สามารถประมาณได้โดยใช้รูปคลื่นไซน์ เป็นผลให้สองครั้งต่อช่วงเวลากระแสมีศูนย์ข้ามซึ่งหมายความว่ากระแสที่ไหลผ่านขดลวด ณ เวลานั้นเท่ากับศูนย์

เนื่องจากแรงแม่เหล็กที่เกิดจากโซลินอยด์เป็นสัดส่วนโดยตรงกับกระแสที่ไหลผ่านขดลวดโซลินอยด์แรงสปริงจะเอาชนะแรงที่เกิดจากโซลินอยด์ในช่วงเวลาสั้น ๆ สองครั้งต่อช่วงเวลา นี่เป็นปัญหาที่ปรากฏเป็นการสั่นสะเทือนของกระดองซึ่งก่อให้เกิดเสียงฮัมและอาจทําให้เกิดความเครียดกับส่วนประกอบโซลินอยด์วาล์ว เพื่อหลีกเลี่ยงปัญหานี้วงแหวนนําไฟฟ้าอย่างง่ายที่เรียกว่าวงแหวนแรเงาจะถูกติดตั้งใกล้กับขดลวดรอบกระดอง วงแหวนแรเงามักทําจากทองแดง หน้าที่ของวงแหวนแรเงาคือเก็บพลังงานสนามแม่เหล็กและปล่อยด้วยความแตกต่างของเฟส 90 องศา

ผลของวงแหวนแรเงาคือในขณะที่สนามแม่เหล็กที่เกิดจากขดลวดปฐมภูมิลดลงสู่ศูนย์สนามแม่เหล็กที่เกิดจากวงแหวนแรเงาจะเติมช่องว่างในแอมพลิจูดของสนามแม่เหล็กอย่างมีประสิทธิภาพในระหว่างการข้ามศูนย์ โซลินอยด์วาล์วส่วนใหญ่ที่สามารถใช้กับแรงดันไฟฟ้าขดลวดที่แตกต่างกันมีวงแหวนแรเงาในตัว

หากสิ่งสกปรกสะสมรอบกระดองผลกระทบของวงแหวนแรเงาอาจถูก จํากัด และจําเป็นต้องมีวิธีแก้ปัญหาอื่น ตัวอย่างของการแก้ปัญหาอื่นคือการใช้วงจรอิเล็กทรอนิกส์ซึ่งกรองกระแสโซลินอยด์เพื่อไม่ให้มีศูนย์ข้าม วงจรนี้สามารถฝังลงในขดลวดโซลินอยด์วาล์วเองหรือสามารถสร้างภายนอกได้ โดยปกติจะใช้ไดโอดวงจรเรียงกระแสและตัวเก็บประจุกรองในโทโพโลยีวงจรเรียงกระแสแบบเต็มคลื่น

การใช้ขดลวด AC กับกระแสตรงและในทางกลับกัน

ในบางกรณีขดลวดที่ได้รับการจัดอันดับสําหรับกระแสไฟ AC สามารถใช้กับแหล่งจ่ายไฟ DC และในทางกลับกัน อย่างไรก็ตามมีข้อ จํากัด บางประการที่ควรทราบ

การใช้ขดลวดที่ได้รับการจัดอันดับสําหรับกระแส AC กับแหล่งจ่ายไฟ DC เป็นไปได้ แต่แรงดันไฟฟ้า (และกระแส) จะต้องถูก จํากัด มิฉะนั้นโซลินอยด์อาจไหม้ เหตุผลก็คือในระบอบ AC ขดลวดมีปฏิกิริยาอุปนัยที่รวมกับความต้านทานไฟฟ้าของขดลวด เป็นผลให้ความต้านทานของขดลวดสูงกว่าในระบอบ AC หลายเท่ากว่าในระบอบ DC ตัวอย่างเช่นการใช้โซลินอยด์วาล์วพิกัด 24 VAC พร้อมแหล่งจ่ายไฟ 24 V DC อาจทําให้โซลินอยด์เสียหายได้มากที่สุดเนื่องจากกระแสที่มีประสิทธิภาพที่ไหลผ่านโซลินอยด์จะสูงกว่ามากด้วยแรงดันไฟฟ้ากระแสตรง

น่าเสียดายที่ไม่มีปัจจัยคงที่สําหรับการลดแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟ กระแสที่มีประสิทธิภาพควรวัดในระบอบ AC และควรกําหนดกระแสนั้นเป็นเป้าหมายสําหรับระบอบ DC เช่นกัน บางวิธีในการบรรลุเป้าหมายนั้นคือการลดแรงดันไฟฟ้าหรือใช้ตัวต้านทานที่ จํากัด กระแสไฟฟ้า

การใช้ขดลวดที่ได้รับการจัดอันดับสําหรับกระแสตรงกับแหล่งจ่ายไฟ AC ทําให้เกิดความเสี่ยงต่อการสั่นสะเทือนเนื่องจากโซลินอยด์วาล์ว DC อาจไม่มีวงแหวนแรเงาหรือวงจรเรียงกระแส การสั่นสะเทือนเหล่านี้อาจทําให้โซลินอยด์เสียหายโดยการทําให้ส่วนประกอบเครียดเมื่อเวลาผ่านไป และอาจทําให้ระดับเสียงในห้องสูงขึ้นได้ สิ่งนี้สามารถแก้ไขได้โดยใช้วงจรเรียงกระแสเต็มคลื่นภายนอกพร้อมตัวกรองคาปาซิทีฟ

ปัญหาอีกประการหนึ่งคือกระแสที่มีประสิทธิภาพจะลดลงหลายเท่าในกรณีนี้และแรงแม่เหล็กที่เกิดจากขดลวดอาจไม่ใหญ่พอที่จะเคลื่อนย้ายกระดองออกจากตําแหน่งพัก วิธีแก้ปัญหาคือการใช้แรงดันไฟฟ้าที่ใหญ่ขึ้นเพื่อให้กระแสไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพตรงกับกระแสที่กําหนดของโซลินอยด์

ข้อควรพิจารณาในการออกแบบโซลินอยด์ AC กับ DC

ตามหลักการแล้วเมื่อโซลินอยด์วาล์วเปลี่ยนจากสถานะปิดเป็นเปิดโซลินอยด์ควรสร้างแรงมากขึ้นเพื่อเอาชนะแรงดึงของสปริงรวมกับแรงดันไฮดรอลิกที่กระทําต่อวาล์ว เมื่อการไหลถูกสร้างขึ้นแรงไฮดรอลิกที่ทําหน้าที่ในกลไกวาล์วจะลดลงและโซลินอยด์สามารถลดแรงที่สร้างขึ้นเพื่อลดการใช้พลังงานและความร้อน

โซลินอยด์ AC ติดตามพฤติกรรมในอุดมคตินี้อย่างใกล้ชิดกว่าโซลินอยด์ DC ในโซลินอยด์ DC เมื่อเปิดโซลินอยด์กระแสจะเพิ่มขึ้นอย่างไม่แสดงอาการต่อค่าที่แน่นอนขึ้นอยู่กับความต้านทานของขดลวด สิ่งนี้แปลว่ากระแสเริ่มต้นที่ต่ํากว่า (และแรงเริ่มต้นที่ต่ํากว่าซึ่งนําไปสู่การเปิดวาล์วช้าลง) เมื่อวาล์วเปิดอยู่การดึงกระแสจะยังคงมีค่าคงที่ซึ่งใหญ่กว่าที่จําเป็นในการเปิดวาล์วไว้ เป็นผลให้โซลินอยด์ DC ที่ไม่มีวงจรภายนอกใด ๆ จะสิ้นเปลืองพลังงานจํานวนมากในสถานะเปิด

สําหรับวงจร AC ความต้านทานของขดลวดจะถูกคํานวณโดยใช้สูตรต่อไปนี้:

ในสูตรข้างต้น Z คืออิมพีแดนซ์ R คือความต้านทานไฟฟ้าของขดลวด j คือค่าคงที่เท่ากับรากที่สองของ -1 ซึ่งในสมการนี้มีผลต่อการเปลี่ยนเฟส 90 องศา f คือความถี่และ L คือการเหนี่ยวนําของขดลวด ในตอนแรกช่องว่างอากาศมีขนาดใหญ่และเป็นผลให้การเหนี่ยวนําขดลวดมีขนาดเล็กซึ่งนําไปสู่อิมพีแดนซ์ที่เล็กลงและกระแสที่ใหญ่กว่าผ่านโซลินอยด์ กระแสที่ใหญ่กว่าเท่ากับแรงแม่เหล็กที่สูงขึ้นบนกระดอง

เมื่อวาล์วเปิดขึ้นช่องว่างอากาศจะเล็กลงเรื่อย ๆ และความต้านทานของขดลวดจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วทําให้กระแสผ่านขดลวดลดลง กระแสไฟฟ้าที่ลดลงผ่านขดลวดส่งผลให้การใช้พลังงานลดลงและความร้อนที่สูญเปล่า ด้วยเหตุนี้โซลินอยด์ AC จึงสร้างกระแสไฟฟ้ากระชากเริ่มต้นซึ่งช่วยให้สามารถเปิดวาล์วได้เร็วขึ้นและมีประสิทธิภาพมากขึ้น ทันทีที่วาล์วเปิดกระแสจะลดลงซึ่งจะช่วยลดการใช้พลังงาน

แม้ว่าโซลินอยด์ AC จะประหยัดพลังงานมากกว่าโดยเนื้อแท้ แต่ก็มาพร้อมกับข้อเสียที่เป็นไปได้ หนึ่งในนั้นคือการสูญเสียพลังงานเนื่องจากกระแสวนซึ่งเกิดจากการเหนี่ยวนําแม่เหล็กไฟฟ้าในกระดอง ข้อเสียเปรียบอีกประการหนึ่งคือความเสี่ยงของการสั่นสะเทือนซึ่งสามารถบรรเทาได้โดยใช้โซลินอยด์วาล์วที่ออกแบบมาอย่างดีซึ่งใช้วงแหวนแรเงาที่เหมาะสม นอกจากนี้ระบบควบคุมที่ทันสมัยมีแนวโน้มที่จะให้การเชื่อมต่อกับเอาต์พุต DC ได้ง่ายขึ้นดังนั้นการใช้โซลินอยด์ AC กับระบบเหล่านี้อาจยุ่งยากมากขึ้นและต้องใช้รีเลย์เพิ่มเติม

โซลินอยด์ DC สามารถทําให้มีประสิทธิภาพมากขึ้นโดยใช้วงจรภายนอกซึ่งสามารถกําหนดกระแสขดลวดในลักษณะที่ต้องใช้กระแสไฟฟ้าเริ่มต้นในการเปิดวาล์ว เมื่อวาล์วเปิดขึ้นกระแสจะลดลงเป็นระดับการบํารุงรักษาในปัจจุบันซึ่งเพียงพอที่จะเปิดวาล์วได้อย่างน่าเชื่อถือโดยการดึงกระดองกับความตึงของสปริง

วงจรภายนอกเหล่านี้สามารถทําได้ง่ายเพียงแค่เชื่อมต่อขดลวดแบบอนุกรมด้วยการเชื่อมต่อแบบขนานของตัวต้านทานและตัวเก็บประจุ ในวงจรดังกล่าวการชาร์จตัวเก็บประจุผ่านขดลวดจะให้กระแสขดลวดเริ่มต้น หลังจากชาร์จตัวเก็บประจุแล้วตัวต้านทานที่ จํากัด กระแสจะผ่านกระแสทั้งหมด ข้อเสียของวิธีการที่เรียบง่ายเช่นนี้คือพลังงานบางส่วนสูญเปล่าในการให้ความร้อนแก่ตัวต้านทานที่ จํากัด กระแสไฟฟ้า

มีวิธีการที่ซับซ้อนมากขึ้นเกี่ยวกับแหล่งจ่ายไฟแบบสลับซึ่งให้กระแสที่ตั้งโปรแกรมได้กับขดลวด แหล่งจ่ายไฟเหล่านี้อาจทํางานร่วมกับทั้งโซลินอยด์วาล์ว AC และ DC และแหล่งจ่ายไฟ พวกเขารับประกันการเปิดวาล์วที่ดีและลดการใช้พลังงานในขณะที่วาล์วเปิดอยู่ส่งผลให้ประสิทธิภาพการใช้พลังงานดีขึ้นความร้อนน้อยลงและอายุการใช้งานของโซลินอยด์วาล์วเป็นเวลานาน