Solenoïden vs. Lineaire Actuators: De juiste beweegingscontrole kiezen voor industriële automatisering

Solenoïden en lineaire actuators zijn standaardapparaten voor industriële toepassingen. Voor het grootste deel controleren ze de beweging van mechanismen of systemen die automatisering vereisen. Wanneer gebruikt door een hoofcontroller met een feedbacksignaal, stellen ze nauwkeurig gecontroleerde beweging in staat.

Wat is een Solenoïde?

De term solenoïde verwijst naar een apparaat in de industriële sector dat een magneetveld vereist om te opereren. Het omvat een geleidende spoel doorheen welke een elektrische stroom kan passeren. Als de elektrische stroom door de spoel passeert, ontstaat een magneetveld, en een metallen stempel binnenin de spoel beweegt onder de kracht van het magneetveld.

Wanneer de elektrische stroom UITgeschakeld wordt, wordt het magneetveld nul. De metallen stempel is niet langer onder de kracht van het magneetveld en kan vrij bewegen. De stempel is geladen met een veer, die de stempel terug naar zijn beginpositie trekt onder nul magneetveld.

Wat is een Lineaire Actuator?

Een lineaire actuator is een apparaat dat lineaire beweging creëert van een bevestigd mechanisch samenstel, meestal een staaf. Lineaire beweging wordt uitgevoerd met een ingebouwde motor verbonden met de lineaire staaf via tandwielen van verschillende groottes en verhoudingen. Als de motor roteert, converteren de tandwielen de rotatiebeweging in lineaire beweging.

Lineaire actuators gebruiken doorgaans direct current (DC) geborste of brushless motoren en een DC-voeding, zoals 12 VDC of 24 VDC. Echter, DC-motoren zijn niet vereist. Stappenmotoren en inductiemotoren kunnen lineaire actuators ook bewegen, afhankelijk van de belasting en toepassing. De richting van de actuatorbeweging kan eenvoudig omgekeerd worden door de voedingsterminals om te keren.

Figuur 1. Een lineaire actuator. Afbeelding gebruikt met toestemming van Bola Systems

Lineaire actuators bevatten sensoren aan zowel het minimum als het maximum einde om de reis van de staaf aan beide uiteinden te detecteren en, indien nodig, verdere beweging te stoppen om schade aan interne componenten te voorkomen. De snelheid van de lineaire actuator is niet snel, maar kan significant vermogen leveren. Om die reden worden lineaire actuators gebruikt in toepassingen die beweging tegen gewichtselementen vereisen. Sommige lineaire actuators omvatten ook feedbacksignalen, die hun limietbereik aangeven.

De lineaire staaf kan niet naar zijn beginpositie bewegen wanneer er geen stroom is. In plaats daarvan vereist het DC-spanning in omgekeerde polariteit om de staaf terug naar zijn beginpositie te bewegen.

Solenoïden en Lineaire Actuators Vergelijken

Laten we kijken naar enkele overeenkomsten en verschillen tussen solenoïden en lineaire actuators.

Overeenkomsten

• Beide apparaten kunnen een ander mechanisch samenstel of systeem activeren of controleren.
• Beide apparaten kunnen beweging met kracht leveren, wat ze geschikt maakt voor toepassingen die een krachtige, stabiele operatie vereisen.
• De output van beide apparaten is een lineaire beweging van een metallen staaf.
• Ze blijven geactiveerd zolang een toegepaste spanning aanwezig is; activering stopt wanneer de spanning nul wordt.

Verschillen

Enkele sleutelgebieden die solenoïden en actuators van elkaar onderscheiden, omvatten toegepaste spanning, bewegingsrichting, en feedback.

Toegepaste Spanning: Solenoïden vereisen wisselstroom (AC) spanning voor activering en beweging omdat ze een magneetveld gebruiken voor operatie, en alleen AC-spanning kan het magneetveld creëren. Lineaire actuators neigen ertoe DC-motoren te gebruiken, die niet met AC-spanning kunnen opereren.

Bewegingsrichting: Solenoïden kunnen alleen beweging in één richting creëren. Wanneer er geen toegepaste spanning is, stopt de kracht, en de mechanische stempel blijft aanwezig tenzij hij geladen is met de veer om het terug naar zijn beginpositie te brengen.

Figuur 2. De basismotie van een lineaire actuator. Afbeelding gebruikt met toestemming van Bcraig15

Lineaire actuators kunnen in zowel voorwaartse als achterwaartse richting bewegen. Dit wordt bereikt door de polariteit van de toegepaste DC-spanning aan de terminals van de actuator om te keren. Dit stelt het controleren van het bevestigde samenstel in beide richtingen in. De positie van de lineaire actuator blijft vast op zijn huidige positie, zelfs in de afwezigheid van toegepaste spanning.

Feedback: Solenoïden staan de staafpositie niet toe te volgen, noch kan positiefeedback geïmplementeerd worden omdat de beweging in een enkele fase is met een maximale positie. In plaats daarvan levert feedback van het extern bevestigde samenstel of mechanische systemen de status van solenoïden en kan de solenoïde monitoren.

Lineaire actuators kunnen directe feedback over hun beweging geven gebaseerd op hun minimum- en maximumlimietpositie. De gehele beweging kan ook getrackt worden met externe sensoren en besturingscircuits. Geavanceerde versies kunnen ook ingebouwde functies van positiefeedback hebben zonder externe componenten of circuits te gebruiken.

Industriële Toepassingen van Solenoïden en Lineaire Actuators

Laten we kijken naar enkele industriële toepassingen van solenoïden en lineaire actuators.

Solenoïden

Kleppen: Solenoïden kunnen in combinatie met kleppen gebruikt worden, genaamd solenoïdekleppen. Solenoïdekleppen zijn veelvoorkomend in industriële toepassingen waar vloeistoffen, zoals water en stoom, betrokken zijn. Ze schakelen kleppen AN en UIT en bieden een effectieve manier om vloeistoftoevoer zonder menselijke tussenkomst te schakelen.

Figuur 3. Solenoïdekleppen worden gebruikt voor industriële koeling. Afbeelding gebruikt met toestemming van Danfoss

Veelvoorkomende toepassingsgebieden voor solenoïdekleppen omvatten apparatuur voor voedsel en drank, farmaceutica, HVAC, en utiliteiten.

Schakelaars en Relais: De solenoïde spoel wordt ook veel gebruikt in schakelaars en relais, die ook gebruikt worden in de ontwikkeling van elektrische en elektronische circuits. De solenoïde spoel is verbonden met de contacten en kan bewegen om het contact te maken of te breken. De spoel wordt geenergiseerd en ontenergiseerd met de externe bronspanning, die meestal afkomstig is van de hoofcontroller of programmable logic controller (PLC).

In het geval van normaal open (NO) contacten, worden de contacten gemaakt wanneer de spoel geenergiseerd wordt, de bronspanning verbindend met de terminalcontacten. Op dezelfde manier, wanneer spoelen ontenergiseerd worden, worden contacten verbroken, de bronspanning loskoppelend van de terminalbron. In het geval van normaal gesloten (NC) contacten, treedt het tegenovergestelde op.

Vergrendelingsmechanisme: Solenoïde spoelen kunnen ook gebruikt worden als vergrendelingsmechanisme in productie-industrieën. De solenoïde spoel activeert een slot wanneer geenergiseerd en deactiveert het slot wanneer ontenergiseerd. De vergrendelingsmechanismen kunnen in verschillende machineonderdelen ingezet worden om product- of menselijke veiligheid te waarborgen. Wanneer de machine in operatie is, activeert het slot en beperkt de toegang tot bewegende of gevaarlijke delen.

Bijvoorbeeld: in doorlaatdozen gebruikt in de farmaceutische industrie, beperkt een vergrendelingsmechanisme het openen van de deur voor een specifieke periode en voorkomt het gelijktijdige openen van beide kanten.

Lineaire Actuators

Laten we kijken naar enkele toepassingsgebieden voor lineaire actuators.

HVAC: Lineaire actuators zijn een integraal onderdeel van HVAC-componenten, zoals luchtbehandelingsunits (AHU), aangezien HVAC-componentregeling een verandering in verschillende parameters vereist, zoals blower-snelheid en gekochte watertoevoer. Bijvoorbeeld: in AHU openen en sluiten lineaire actuators luchtklappen om de luchtstroom in het toedelingsgebied te controleren.

Verpakkingsmachines: Lineaire actuators worden gebruikt in verpakkingsmachines en beginnen pneumatische stroke-systemen te vervangen. Ze voeren veel functies uit, inclusief invoegen en inboxen.

Lineaire actuators passen het beste bij verpakkingsoperaties omdat ze functies met kracht kunnen uitvoeren, wat hen in staat stelt gewichtselementen te hanteren. Hun hublengte kan variëren afhankelijk van de verpakkingsvereisten, wat hen in staat stelt objecten van verschillende afmetingen en formaten zonder changeover te gebruiken. Dit helpt machinegebruikers changeover-tijden te reduceren en productiviteit te verhogen. Andere voordelen omvatten eenvoudig schoonmaken 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. Echter, automatiseringssystemen op zich zijn niet voldoende. Het vereist mechanische componenten die kunnen handelen volgens procesvereisten, compatibel zijn met een automatiseringssysteem, en naar behoren kunnen communiceren.

Solenoïden en lineaire actuators zijn twee van veel dergelijke mechanische componenten. Ze worden in diverse industrieën gebruikt om de procesparameters te leveren met het meest recente automatiseringssysteem. Ze hebben fabrikanten in staat gesteld om te migreren naar efficiëntere systemen door minder energie-efficiënte en productieve componenten te vervangen.