Overzicht van AC- of DC-magneetventielspoel

Magneetventielen worden onderverdeeld in twee hoofdtypen: AC-magneetventielen en DC-magneetventielen. AC-magneetventielen werken met wisselstroom (AC), die periodiek van richting verandert, terwijl DC-magneetventielen worden aangedreven door gelijkstroom (DC), die in één constante richting stroomt. Inzicht in de werking van AC- en DC-magneetventielen is cruciaal voor het bepalen welk type magneetventiel nodig is voor een toepassing. Dit artikel onderzoekt de verschillen tussen deze twee typen magneetventielen. Het bespreekt de ontwerpoverwegingen die in acht moeten worden genomen bij het selecteren van AC- of DC-magneetspoelen voor een specifieke toepassing.

Inhoudsopgave

• Wanneer kiezen voor een AC- of DC-magneetventiel
• Werkingsprincipe
• Prestatieverschillen tussen AC- en DC-magneetventielen
• Ontwerpverbeteringen voor AC- en DC-magneetventielen
• AC-magneetventielen gebruiken met DC en vice versa
• Veelgestelde vragen

Wanneer kiezen voor een AC- of DC-magneetventiel

Overweeg AC-magneetventielen als:

• Snelle activering essentieel is, zoals in productie en geautomatiseerde productielijnen
• Energie-efficiëntie een prioriteit is
• Een AC-voeding beschikbaar is

Overweeg DC-magneetventielen als:

• Stille werking essentieel is, zoals in medische faciliteiten of laboratoria
• Een constante kracht vereist is
• Een DC-voeding of batterijen beschikbaar zijn

Voor residentiële vloeistofcontrolesystemen, zoals tuinirrigatie, waterfiltratie of kleine waterornamenten, is een AC-magneetventiel doorgaans geschikter voor standaard huisbedrading. Voor projecten die gebruik maken van alternatieve energiebronnen, zoals op batterijen werkende of op zonne-energie werkende systemen, kan een DC-magneetventiel geschikter zijn vanwege de compatibiliteit met laagspanningsvoeding.

Werkingsprincipe

DC-magneetventiel

DC-magneetventielen werken op een eenvoudige manier. De spoel genereert een magnetische kracht wanneer deze wordt bekrachtigd. Deze kracht trekt de anker aan, waardoor de ventielpoort wordt geopend. Zodra de stroomtoevoer wordt onderbroken, wordt de spoel spanningsloos en duwt een veer de anker terug; dit sluit het ventiel. De constante stroom in DC-magneetventielen zorgt voor een continue magnetische aantrekkingskracht, wat resulteert in een stille en stabiele werking zonder trillingen.

AC-magneetventiel

AC-magneetventielen werken anders vanwege de wisselende aard van AC, die meerdere keren per seconde van polariteit verandert en een sinusgolf creëert (Figuur 3). Dit betekent dat de spoel continu wordt bekrachtigd en spanningsloos gemaakt, waardoor de magnetisatie aan en uit gaat. Tijdens de uit-fase duwt de veer de plunjer naar buiten, wat leidt tot intense trillingen die de spoel kunnen belasten en oververhitten, waardoor deze mogelijk kan doorbranden. Lees ons artikel over magneetventiel ontwerp voor meer informatie over het ontwerp, de werking en de toepassingen van magneetspoelen.

Hoe trillingen in AC-magneetventielen te voorkomen

AC-magneetventielen gebruiken schaduwringen rond de plunjer om trillingen te verminderen. Deze koperen ringen slaan magnetische energie op om de kracht van de veer tegen te gaan wanneer het elektromagnetische veld bijna nul is. Door energie vrij te geven die 90 graden uit fase is met de golf van de spoel, zorgt de schaduwring ervoor dat het magnetische veld nooit nul bereikt, waardoor er voldoende kracht behouden blijft om de veer te overwinnen en de trillingen te elimineren.

Schaduwringen kunnen falen als er vuil ophoopt rond de plunjer. Het omzetten van AC naar DC met behulp van een volledige gelijkrichter kan helpen, maar het verandert het ventiel in een DC-type, waardoor mogelijk de voordelen van AC verminderen.

Prestatieverschillen tussen AC- en DC-magneetventielen

Stroomvereisten

• AC-magneetventielen: AC-magneetventielen trekken aanvankelijk een hoge hoeveelheid stroom voor snelle activering, maar hebben minder stroom nodig om actief te blijven. Deze initiële piek is essentieel om hydraulische druk, wrijving en veerspanning te overwinnen. De stroombehoefte neemt af zodra het ventiel open is, waardoor AC-magneetventielen op lange termijn energie-efficiënter zijn.
• DC-magneetventielen: DC-magneetventielen trekken een constante stroom, wat leidt tot een hoger algemeen energieverbruik. Ze openen ventielen langzamer en houden een constante stroom aan, wat mogelijk energie verspilt. Hoewel externe circuits de efficiëntie kunnen verbeteren, kunnen ze nog steeds resulteren in energieverlies als warmte.

Geluid en trillingen

• AC-magneetventielen: Als de schaduwringen falen, kunnen AC-magneetventielen geluid en trillingen produceren, wat resulteert in een zoemend geluid en mogelijke schade.
• DC-magneetventielen: DC-magneetventielen produceren geen zoemend geluid omdat de stroom slechts in één richting stroomt.

Wervelstromen

• AC-magneetventielen: AC-magneetventielen genereren wervelstroomverliezen, die de efficiëntie verminderen. Het gebruik van siliciumstaalplaten voor de anker kan helpen deze verliezen te beperken.
• DC-magneetventielen: DC-magneetventielen hebben een unidirectionele stroom van elektriciteit en produceren daarom geen wervelstromen.

Snelheid en warmteontwikkeling

• AC-magneetventielen: De activeringssnelheid varieert met de frequentie, wat de warmteontwikkeling kan beïnvloeden. Hogere frequenties verhogen de warmteontwikkeling door verhoogde stroomtoevoer, wat mogelijk kan leiden tot oververhitting als dit niet goed wordt beheerd.
• DC-magneetventielen: DC-magneetventielen bieden dezelfde activeringstijd omdat ze niet worden beïnvloed door frequentieveranderingen. De stroom en kracht blijven stabiel, wat zorgt voor betrouwbare prestaties.

Bekrachtigingsstroom

• AC-magneetventielen: De bekrachtigingsstroom (de elektrische stroom die aan de magneetspoel wordt geleverd) varieert gedurende de slag. Er is een significant verschil in stroom voor en na het sluiten van de anker. Aanvankelijk kan er een stroomstoot zijn tot 15 keer groter dan de steady-state bekrachtigingsstroom vanwege de inductieve aard van de spoel en de veranderende impedantie als de anker beweegt.
• DC-magneetventielen: De bekrachtigingsstroom voor DC-magneetventielen is constant en wordt bepaald door de weerstand van de spoel en de toegepaste spanning. Naarmate de plunjer beweegt, neemt de magnetische flux toe, maar de stroom blijft constant.

Ontwerpverbeteringen voor AC- en DC-magneetventielen

AC-magneetventielen kunnen last hebben van wervelstroomverliezen en trillingen, die kunnen worden verminderd met schaduwringen. Ze kunnen ook extra relais nodig hebben voor interfacing met moderne controlesystemen omdat deze systemen vaak DC-uitgangen gebruiken. Relais zijn nodig om de DC-controlesignalen om te zetten in AC-stroom die geschikt is voor het bedienen van AC-magneetventielen.

DC-magneetventielen kunnen efficiënter worden gemaakt met externe circuits die een initiële stroomstoot creëren en vervolgens verminderen tot een onderhoudsniveau. Eenvoudige circuits gebruiken weerstanden en condensatoren, terwijl meer complexe oplossingen geschakelde voedingen gebruiken voor betere efficiëntie en verminderde warmteontwikkeling.

AC-magneetventielen gebruiken met DC en vice versa

AC-magneetventielen met DC

Het gebruik van een spoel ontworpen voor AC met een DC-voeding is haalbaar, maar het beperken van de spanning en stroom is cruciaal om te voorkomen dat het magneetventiel doorbrandt.

Voor AC-circuits wordt de impedantie van een spoel berekend met de volgende formule:

Z=R+j2𝞹fL, waarbij,

• Z: Gecombineerde impedantie
• R: Weerstand
• f: Frequentie
• L: Inductantie

Spoelen vertonen inductieve reactantie (2𝞹fL) in een AC-omgeving, die zich combineert met hun elektrische weerstand. Als gevolg hiervan is de spoelimpedantie aanzienlijk hoger in een AC-omgeving dan in een DC-omgeving.

Bijvoorbeeld, het gebruik van een 24 V AC magneetventiel met een 24 V DC voeding kan het magneetventiel beschadigen omdat in AC de impedantie van de spoel hoger is vanwege inductieve reactantie. Dit beperkt de stroom. In DC is er geen inductieve reactantie, dus de netto weerstand van de spoel is lager (gelijk aan R zelf), waardoor meer stroom kan vloeien, wat het magneetventiel kan oververhitten en beschadigen.

Helaas is er geen standaardmethode om de voedingsspanning te verlagen. Om de effectieve stroom in de AC-instelling te evenaren, meet deze en verlaag de spanning of gebruik een stroombeperking weerstand in de DC-instelling.

DC-magneetventielen met AC

Het gebruik van een spoel ontworpen voor DC met een AC-voeding kan leiden tot trillingen, aangezien DC-magneetventielen mogelijk geen schaduwring of gelijkrichtercircuit hebben. Om dit probleem aan te pakken, gebruik een extern volledige golfgelijkrichtercircuit met een capacitieve filter.

De effectieve stroom zal aanzienlijk lager zijn, wat kan resulteren in onvoldoende magnetische kracht om de anker uit zijn rustpositie te bewegen. Om dit op te lossen, pas een hogere spanning toe om ervoor te zorgen dat de effectieve stroom overeenkomt met de nominale stroom van het magneetventiel.

Veelgestelde vragen

Werken magneetventielen op AC of DC?

Magneetventielen zijn ontworpen om te werken met ofwel AC of DC, afhankelijk van hun specifieke constructie en toepassingsvereisten.

Wat is het verschil tussen AC- en DC-magneetspoelen?

AC-magneetspoelen verwerken variërende stromen en hebben vaak gelamineerde kernen om wervelstromen te minimaliseren en warmte te verminderen. DC-magneetspoelen hebben een constante stroom en gebruiken doorgaans massieve kernen.

Kun je een DC-magneetventiel op AC laten werken?

Het laten werken van een DC-magneetventiel op AC wordt afgeraden. Het kan overmatige warmte en inefficiënte werking veroorzaken omdat het ontwerp van de spoel niet geschikt is voor de wisselende aard van AC.