Proportionele magneetregelklep uitgelegd

Een proportioneel magneetventiel is een ventiel dat gebruikt wordt om het debiet van een vloeistof te regelen door de grootte van de doorlaat te variëren via een restrictor. Het gereguleerde debiet past vervolgens parameters aan die een proces in een systeem beïnvloeden, voornamelijk niveau, druk en temperatuur. De andere kleine parameters zijn: gewicht, dikte, vochtigheid, dichtheid, Ph, kleur en viscositeit.

In een automatische regelklep wordt de restrictor gestuurd door een signaal van een regelaar, een actuator genaamd. Een magneetventiel met proportionele regeling gebruikt een elektromagneet als actuator voor variabele kleppositionering.

Bekijk onze selectie proportionele magneetventielen!

Werking

Een direct werkende standaard 2-weg proportionele magneetventiel werkt ongeveer hetzelfde als een direct werkende magneetventiel, met het verschil dat de eerstgenoemde werkt via een bereik van kleppositionering, terwijl de laatstgenoemde slechts twee schakeltoestanden biedt (d.w.z. aan/uit), Afbeelding 2. In een direct werkende proportionele magneetventiel is de plunjer de restrictor.

In principe is het mogelijk om de plunjer proportioneel te regelen met een variabele gelijkspanning, maar in de praktijk vermindert statische wrijving op de geleidingspunten van de plunjer de gevoeligheid van de klep, wat resulteert in grotere hysterese-effecten (het verschijnsel waarbij de waarde van een fysische eigenschap achterblijft bij veranderingen in het effect dat deze eigenschap veroorzaakt). Om statische wrijving te voorkomen, kan het normale inlaatsignaal worden omgezet in een pulsbreedtemodulerend spanningssignaal (PWM) met behulp van speciale besturingselektronica.

Pulsbreedtemodulatie (PWM) is een techniek die vaak wordt gebruikt om de stroomtoevoer naar elektrische apparaten te regelen. De gemiddelde waarde van de spanning (en stroom) die naar de elektromagneet wordt gestuurd, wordt geregeld door de aan/uit-schakelaar snel in en uit te schakelen (Afbeelding 3). Dit soort besturing brengt de plunjer in een zeer snelle maar zwakke amplitude oscillatie. De oscillatie brengt de plunjer in een evenwichtstoestand waardoor de schuifwrijving constant blijft. De oscillatiebeweging van de zuiger heeft geen invloed op het stromingsgedrag van de vloeistof.

Hoe langer de schakelaar aan staat in vergelijking met de uit-perioden, hoe hoger het totale vermogen dat aan de elektromagneet wordt geleverd. De term duty cycle beschrijft de verhouding tussen de inschakeltijd, t1, en de cyclusduur, T. Een lage duty cycle komt overeen met een laag vermogen, omdat het vermogen het grootste deel van de tijd uit is. Activiteitscyclus wordt uitgedrukt in procenten, waarbij 100% volledig is ingeschakeld.

Bij een normaal gesloten magneetventiel, waarbij geen stroom wordt toegevoerd aan de spoel, duwt de veer de plunjer omlaag naar een volledig gesloten positie, waardoor de klep dicht blijft. Stroom op de spoel genereert een magnetisch veld om de plunjer omhoog te bewegen tegen de retourveer in. Bij een werkingscyclus van 100% wordt de elektromagneet volledig van stroom voorzien en blijft de klep open. Inschakelcycli tussen 0 en 100 procent veranderen proportioneel het debiet van de klep. Bijvoorbeeld, een werkingscyclus van 50% die aan de elektromagneet wordt toegevoerd, beweegt de veer en de plunjer naar 50% van het werkingsbereik. 

Selectiecriteria

Bij toepassingen met continue doorstroming is de keuze van de juiste klepgrootte veel belangrijker dan bij aan/uit-kleppen. Met een hoge doorstroomopening kan de klep al bij een zeer kleine opening (slag) het volledige debiet bereiken. De resterende slag is dan nutteloos, wat ten koste gaat van de resolutie en de algemene regelkwaliteit van de klep. Met een te kleine opening aan de andere kant zal de klep niet het volledige debiet bereiken. Het wordt aanbevolen dat de drukval over de klep ongeveer 30% van de totale drukval in het systeem is.

Voor een correcte en nauwkeurige werking moeten magneetregelventielen worden geconfigureerd en geselecteerd op basis van hun speciale doel. De belangrijkste parameters voor het selecteren van een magneetventiel zijn de kV-waarde (uitgedrukt in m3/u) en het drukbereik van de toepassing. Hoe lager de opening van de klep of hoe sterker de spoel, hoe hoger de druk die de klep kan afsluiten. De hoogst benodigde kV-waarde wordt berekend op basis van de dimensioneringsformules in Figuur 4.

Op basis van de berekende kV-waarde en het drukbereik van de geplande toepassing kan een overeenkomstig geschikt ventieltype en de vereiste doorlaat worden bepaald. Houd er rekening mee dat de kV van de klep idealiter ongeveer 10% hoger moet zijn dan de kV van de toepassing.

Andere selectiecriteria die moeten worden overwogen zijn de maximale werkdruk, media (vloeistof), stroomverbruik, compatibiliteit van materialen, responstijd, mediatemperatuur, bedrijfsspanning en poortaansluiting om er een paar te noemen. Raadpleeg voor meer informatie over deze selectiecriteria dit artikel of het gegevensblad van de fabrikant voor het specifieke product.

Typische toepassingen

Hier zijn enkele veelvoorkomende toepassingen van proportionele magneetregelkleppen.

• Burner/Flame Control: In een branderbesturingssysteem moeten twee gassen worden geregeld die beide in een gewenste verhouding tot elkaar staan. De verhouding tussen verbrandingsgas en oxidatiegas, bv. lucht of zuurstof, wordt bepaald door de vlam die nodig is voor het respectieve proces.
• Niveauregeling met drukregeling (Flow Pressure Control): Atmosferische drukregeling is een mogelijk type niveauregeling. Via twee magneetregelkleppen levert een PID-regelaar voldoende lucht of stikstof zodat er altijd dezelfde druk tegen de vloeistof drukt die verandert als de vloeistofdruk daalt door een deel van de vloeistof te verwijderen.
• Mengsel van koud en warm water: Een Pt100 temperatuursensor meet de temperatuur van het gemengde water. De temperatuurregelaar brengt deze temperatuur op de opgegeven referentiewaarde door twee magneetkleppen overeenkomstig te regelen.
• Temperatuurregeling: Een magneetventiel kan de koudwatertoevoer naar een warmtewisselaar instellen in overeenstemming met de gemeten proceswatertemperatuur. Als dit hoger is dan de referentiewaarde, is er meer koud water nodig. Als deze lager is dan de referentiewaarde, is er minder koeling nodig. Een verwarmingscircuit werkt op een vergelijkbare manier.
• Debietregeling: Een magneetventiel kan direct worden gebruikt als regelventiel, bijvoorbeeld voor directe debietregeling.
  Actuatorregeling (regeling statische druk): Twee magneetventielen kunnen de lucht regelen voor pneumatische aandrijving (zuigerventiel, cilinder, enz.). Een PID-regelaar bepaalt welke van de twee kleppen open moet. De besturingselektronica stelt de aandrijving via de magneetregelkleppen zo in dat de proceswaarde overeenkomt met het opgegeven setpoint.
• Ejectors/Pressure Control: Een elektromagnetische regelklep kan de stuwstofgasstroom regelen. Meer drijfgas zorgt voor een grotere zuigkracht en een dieper vacuüm in de zuigleiding. De regelaar stelt de klep in op basis van de vacuümdruk.

Bekijk onze selectie proportionele magneetventielen!