Solenoïden versus lineaire actuatoren voor industriële automatisering

Elektromagneten en lineaire aandrijvingen zijn standaardapparaten voor industriële toepassingen. Voor het grootste deel regelen ze de beweging van mechanismen of systemen die automatisering vereisen. Wanneer ze worden gebruikt door een hoofdcontroller met een feedbacksignaal, maken ze nauwkeurig gecontroleerde bewegingen mogelijk.

Wat is een solenoïde?

De term solenoïde verwijst naar een apparaat in de industriële sector dat een magnetisch veld nodig heeft om te werken. Het bevat een geleidende spoel waardoor een elektrische stroom kan gaan. Terwijl de elektrische stroom door de spoel gaat, ontwikkelt zich een magnetisch veld en een metalen plunjer in de spoel beweegt onder de kracht van het magnetische veld.

Wanneer de elektrische stroom wordt uitgeschakeld, wordt het magnetische veld nul. De metalen plunjer staat niet meer onder de kracht van het magnetische veld en kan vrij bewegen. De plunjer is geladen met een veer, die de plunjer terugtrekt naar zijn oorspronkelijke positie onder nul magnetisch veld.

Wat is een lineaire actuator?

Een lineaire actuator is een apparaat dat een lineaire beweging creëert van een bevestigd mechanisch samenstel, meestal een staaf. Lineaire beweging wordt uitgevoerd met een ingebouwde motor die is verbonden met de lineaire staaf via tandwielen van verschillende groottes en verhoudingen. Terwijl de motor draait, zetten de tandwielen de roterende beweging om in lineaire beweging.

Lineaire actuatoren gebruiken over het algemeen gelijkstroom (DC) geborstelde of borstelloze motoren en een DC-voeding, zoals 12 VDC of 24VDC. DC-motoren zijn echter niet vereist. Stappen- en inductiemotoren kunnen ook lineaire actuatoren bewegen, afhankelijk van de belasting en toepassing. De bewegingsrichting van de actuator kan eenvoudig worden omgekeerd door de voedingsklemmen om te draaien.

Figuur 1. Een lineaire actuator. Afbeelding gebruikt met dank aan Bola Systems

Lineaire actuatoren bevatten sensoren aan zowel het minimum- als het maximumuiteinde om de beweging van de staaf aan beide uiteinden te detecteren en, indien nodig, verdere beweging te stoppen om schade aan de interne componenten te voorkomen. De snelheid van de lineaire actuator is niet snel, maar kan aanzienlijk vermogen leveren. Om deze reden worden lineaire actuatoren gebruikt in toepassingen die beweging tegen gewogen items vereisen. Sommige lineaire actuatoren bevatten ook feedbacksignalen, die hun limietbereik aangeven.

De lineaire staaf kan niet naar zijn oorspronkelijke positie bewegen als er geen stroom is. In plaats daarvan heeft het gelijkspanning in tegengestelde polariteit nodig om de staaf terug te brengen naar zijn oorspronkelijke positie.

Solenoïdes en lineaire actuatoren vergelijken

Laten we eens kijken naar enkele overeenkomsten en verschillen tussen elektromagneten en lineaire actuatoren.

Overeenkomsten

• Beide apparaten kunnen een ander mechanisch samenstel of systeem activeren of besturen.
• Beide apparaten kunnen met kracht beweging leveren, waardoor ze geschikt zijn voor toepassingen die een krachtige, stabiele werking vereisen.
• De output van beide apparaten is een lineaire beweging van een metalen staaf.
• Ze blijven geactiveerd zolang er een aangelegde spanning is; activering stopt wanneer de spanning nul wordt.

Verschillen

Enkele belangrijke gebieden die elektromagneten en actuatoren van elkaar onderscheiden, zijn aangelegde spanning, bewegingsrichting en feedback.

Toegepaste spanning: Solenoïden hebben wisselstroom (AC) spanning nodig voor activering en beweging, omdat ze een magnetisch veld gebruiken voor de werking, en alleen de AC-spanning kan het magnetische veld creëren. Lineaire actuatoren gebruiken meestal gelijkstroommotoren, die niet kunnen werken met wisselspanning.

Bewegingsrichting: Solenoïden kunnen maar in één richting beweging creëren. Als er geen spanning is, stopt de kracht en blijft de mechanische plunjer aanwezig tenzij deze wordt belast met de veer om hem terug te brengen naar zijn oorspronkelijke positie.

Figuur 2. De basisbeweging van een lineaire actuator. Afbeelding gebruikt met dank aan Bcraig15

Lineaire actuatoren kunnen zowel vooruit als achteruit bewegen. Dit wordt bereikt door de polariteit van de aangelegde gelijkspanning op de klemmen van de actuator te veranderen. Hierdoor kan het bevestigde samenstel in beide richtingen worden bestuurd. De positie van de lineaire actuator blijft vast op zijn huidige positie, zelfs bij afwezigheid van aangelegde spanning.

Feedback: Met solenoïden kan de positie van de staaf niet worden gevolgd, noch kan de positieterugkoppeling worden geïmplementeerd omdat de beweging zich in een enkele fase met een maximale positie bevindt. In plaats daarvan geeft feedback van de extern bevestigde assemblage of mechanische systemen de status van solenoïdes en kan de solenoïde controleren.

Lineaire actuatoren kunnen directe feedback geven over hun beweging op basis van hun minimale en maximale eindpositie. De hele beweging kan ook worden gevolgd met externe sensoren en regelcircuits. Geavanceerde versies kunnen ook ingebouwde functies voor positiefeedback hebben zonder gebruik te maken van externe componenten of circuits.

Industriële toepassingen van elektromagneten en lineaire actuatoren

Laten we eens kijken naar enkele industriële toepassingen van elektromagneten en lineaire actuatoren.

Magneten

Kleppen: Magneetventielen kunnen worden gebruikt in combinatie met ventielen, magneetventielen genoemd. Magneetventielen komen veel voor in industriële toepassingen waarbij vloeistoffen, zoals water en stoom, betrokken zijn. Ze zetten kleppen AAN en UIT en bieden een effectieve manier om de vloeistoftoevoer om te schakelen zonder menselijke tussenkomst.

Figuur 3. Magneetventielen worden gebruikt voor industriële koeling. Afbeelding gebruikt met dank aan Danfoss

Veel voorkomende toepassingsgebieden voor magneetventielen zijn onder meer apparatuur voor voedingsmiddelen en dranken, farmaceutica, HVAC en nutsvoorzieningen.

Relais en relais: De magneetspoel wordt ook veel gebruikt in contactoren en relais, die ook worden gebruikt bij de ontwikkeling van elektrische en elektronische circuits. De magneetspoel is verbonden met de contacten en kan bewegen om het contact te maken of te verbreken. De spoel wordt bekrachtigd en niet-bekrachtigd met de externe voedingsspanning, die meestal afkomstig is van de hoofdcontroller of programmeerbare logische controller (PLC).

In het geval van normaal open (NO) contacten, worden de contacten gemaakt wanneer de spoel wordt bekrachtigd, waarbij de bronspanning wordt aangesloten op de klemcontacten. Evenzo, wanneer spoelen spanningsloos zijn, worden de contacten verbroken, waardoor de bronspanning naar de klembron wordt losgekoppeld. Bij normaal gesloten (NC) contacten gebeurt het tegenovergestelde.

Vergrendelingsmechanisme: Magneetspoelen kunnen ook worden gebruikt als vergrendelingsmechanisme in de verwerkende industrie. De magneetspoel activeert een vergrendeling wanneer deze wordt bekrachtigd en deactiveert de vergrendeling wanneer deze niet wordt bekrachtigd. De vergrendelingsmechanismen kunnen in verschillende machineonderdelen worden gebruikt om de veiligheid van het product of de mens te waarborgen. Wanneer de machine in werking is, wordt het slot geactiveerd en wordt de toegang tot bewegende of gevaarlijke onderdelen beperkt.

In doorvoerdozen die bijvoorbeeld worden gebruikt in de farmaceutische industrie, beperkt een vergrendelingsmechanisme het openen van de deur voor een bepaalde periode en voorkomt het gelijktijdig openen van beide zijden.

Lineaire actuatoren

Laten we eens kijken naar enkele toepassingsgebieden voor lineaire actuatoren.

HVAC: Lineaire aandrijvingen vormen een integraal onderdeel van HVAC-componenten, zoals luchtbehandelingsunits (AHU), aangezien de regeling van HVAC-componenten een verandering in verschillende parameters vereist, zoals de ventilatorsnelheid en de toevoer van gekoeld water. In AHU bijvoorbeeld openen en sluiten lineaire actuatoren luchtkleppen om de luchtstroom in het toevoergebied te regelen.

Verpakkingsmachines: Lineaire actuatoren worden gebruikt in verpakkingsmachines en beginnen pneumatische slagsystemen te vervangen. Ze voeren vele functies uit, waaronder inbrengen en boksen.

Lineaire actuatoren passen het beste bij het verpakken omdat ze functies met kracht kunnen uitvoeren, waardoor ze gewogen artikelen kunnen hanteren. Hun slaglengte kan variëren, afhankelijk van de pakketvereisten, waardoor ze objecten van verschillende afmetingen en maten kunnen gebruiken zonder te wisselen. Dit helpt de machinegebruikers om de omsteltijden te verkorten en de productiviteit te verhogen. Andere voordelen zijn eenvoudige reiniging en onderhoud.

De ontwikkeling van PLC's en automatiseringssystemen heeft machinefabrikanten in staat gesteld om kosteneffectieve en efficiënte machines aan te bieden, wat bijdraagt ​​aan het algehele succes van alle industrieën. Automatiseringssystemen alleen zijn echter niet voldoende. Het vereist mechanische componenten die kunnen werken volgens de procesvereisten, compatibel zijn met een automatiseringssysteem en dienovereenkomstig kunnen communiceren.

Solenoïden en lineaire actuatoren zijn twee van vele van dergelijke mechanische componenten. Ze worden in diverse industrieën gebruikt om de procesparameters te leveren met het nieuwste automatiseringssysteem. Ze hebben de fabrikanten in staat gesteld om te migreren naar efficiënte systemen door minder energiezuinige en productieve componenten te vervangen.