Bir elektrik sinyalini doğrusal bir hareket üreten bir manyetik alana dönüştüren başka bir elektromanyetik aktüatör tipine Lineer Aktüatör denir. Ayrıca bir lineer solenoid olarakta isimlendirilirler.
Lineer aktüatör önceki öğretici olan elektromekanik röle gibi aynı temel üzerinden çalışır, onlar da açık ve çift kutuplu transistörler veya MOSFET ‘ler ile kontrol edilebilir. “Lineer Aktüatör”, elektrik enerjisini mekanik bir itme veya çekme kuvvetine veya hareketine dönüştüren elektromanyetik bir cihazdır.
Lineer aktüatörler temel olarak, bobin gövdesinin “GİRİŞ” ve “ÇIKIŞ” şeklinde hareket etmekte veya kaydırmakta serbest olan bir ferro-manyetik aktüatör veya “piston” ile silindirik bir borunun etrafına sarılmış bir elektrik bobininden oluşur. Solenoidler, kapıları ve mandalları elektrikle açmak, valfleri açmak veya kapatmak, robotik uzuvları ve mekanizmaları hareket ettirmek ve çalıştırmak ve hatta sadece bobinine enerji vererek elektrik anahtarlarını çalıştırmak için kullanılabilir.
Her iki solenoid tipi, lineer ve rotasyonel, tutma (sürekli enerjili) veya mandallama tipi (AÇMA-KAPAMA darbesi) olarak mevcuttur ve mandallama türleri enerjili veya kapalı uygulamalarda kullanılır. Doğrusal solenoidler, piston pozisyonunun güç girişi ile orantılı olduğu durumlarda orantılı hareket kontrolü için de tasarlanabilir.
Elektrik akımı bir iletkenden geçtiğinde, kendi etrafında bir manyetik alan oluşturur. Bu manyetik alanın kuzey ve güney kutuplarına göre yönü, tel içindeki akımın yönü ile belirlenir. Daha sonra, tel bobinden geçen elektrik akımıyla, kendi kuzey ve güney kutuplarını oluşturan bir “Elektromıknatıs” haline gelir.
Bu manyetik alanın gücü, bobinden geçen akımın miktarını kontrol ederek veya bobinin sahip olduğu dönüş veya döngü sayısını değiştirerek arttırılabilir veya azaltılabilir. Aşağıda bir “Elektromıknatıs” örneği verilmiştir.
Solenoid Bobin Tarafından Üretilen Manyetik Alan
Bobin sargılarından bir elektrik akımı geçtiğinde, bir elektromıknatıs gibi davranır ve bobinin içinde bulunan piston, bobin gövdesi içindeki manyetik akı düzeni tarafından bobinin merkezine doğru çekilir ve bu da bobini sıkıştırır, pistonun bir ucuna bağlı küçük yay. Piston hareketinin kuvveti ve hızı, bobin içinde üretilen manyetik akının gücü ile belirlenir.
Besleme akımı “KAPALI” (enerjisiz) hale getirildiğinde, daha önce bobin tarafından üretilen elektromanyetik alan çöker ve sıkıştırılmış yayda depolanan enerji, pistonu orijinal hareketsiz konumuna geri zorlar. Pistonun bu ileri geri hareketi, solenoidler “Strok” olarak bilinir, başka bir deyişle, pistonun “GİRİŞ” veya “ÇIKIŞ” yönünde kat edebileceği maksimum mesafedir, örneğin 0 – 30 mm.
Lineer Aktüatör Yapısı
Bu tip solenoid, pistonun doğrusal yönlü hareketi nedeniyle genellikle Doğrusal Solenoid olarak adlandırılır. Lineer solenoidler, enerji verildiğinde bağlı yükü kendine doğru çektiği için “Çekme tipi” ve enerji verildiğinde onu kendinden uzağa iterek zıt yönde hareket eden “İtme tipi” olarak adlandırılan iki temel konfigürasyonda mevcuttur. Hem itme hem de çekme tipleri, geri dönüş yayının konumu ve plançerin tasarımındaki farkla genellikle aynı şekilde yapılır.
Çekme Tipi Lineer Solenoid Yapı
Lineer solenoidler, elektronik olarak etkinleştirilen kapı kilitleri, pnömatik veya hidrolik kontrol valfleri, robotik, otomotiv motor yönetimi, bahçeyi sulamak için sulama valfleri gibi birçok uygulamada faydalıdır.
Döner Aktüatör
Çoğu elektromanyetik solenoid, doğrusal bir ileri geri kuvvet veya hareket üreten doğrusal cihazlardır. Bununla birlikte, saat yönünde, saat yönünün tersine veya her iki yönde (çift yönlü) bir nötr konumdan açısal veya döner hareket üreten döner solenoidler de mevcuttur.
Döner solenoidler, açısal hareketin çok küçük olduğu küçük DC motorları veya step motorları değiştirmek için kullanılabilir ve dönüş açısı, başlangıçtan bitiş konumuna taşınan açıdır.
Yaygın olarak bulunan döner solenoidler, 25, 35, 45, 60 ve 90 derecelik hareketlerin yanı sıra 2 konumlu kendi kendini geri yükleme veya sıfır dönüşe dönüş gibi belirli bir açıya ve bu açıdan çoklu hareketlere sahiptir.
Döner solenoidler, enerji verildiğinde, enerjisi kesildiğinde veya bir elektromanyetik alanın polaritesindeki bir değişiklik olduğunda, kalıcı bir mıknatıs rotorunun konumunu değiştirdiğinde bir dönme hareketi üretir. Yapıları, bobinin üzerine yerleştirilmiş bir çıkış miline bağlı bir manyetik disk ile çelik bir çerçevenin etrafına sarılmış bir elektrik bobininden oluşur.
Bobine enerji verildiğinde, elektromanyetik alan, diskin bitişik kalıcı manyetik kutuplarını iten ve döner solenoidin mekanik yapısı tarafından belirlenen bir açıda dönmesine neden olan birden fazla kuzey ve güney kutbu üretir.
Döner solenoidler, otomat veya oyun makinelerinde, valf kontrolünde, özel yüksek hızlı, düşük güçlü veya değişken konumlandırma solenoidleri ile kullanılır, nokta vuruşlu yazıcılarda, daktilolarda, otomatik makinelerde veya otomotiv uygulamalarında kullanılanlar gibi yüksek kuvvet veya torklu değişken konumlandırma solenoidleri mevcuttur. .
Solenoid Anahtarlama
Genellikle lineer veya döner solenoidler, bir DC voltajının uygulanmasıyla çalışır, ancak daha sonra DC solenoidini değiştirmek için kullanılabilen beslemeyi düzeltmek için tam dalga köprü doğrultucuları kullanarak AC sinüzoidal voltajlarla da kullanılabilirler. Küçük DC tipi solenoidler, Transistör veya MOSFET anahtarları kullanılarak kolayca kontrol edilebilir ve robotik uygulamalarda kullanım için idealdir.
Bununla birlikte, daha önce elektromekanik rölelerde gördüğümüz gibi, lineer solenoidler “endüktif” cihazlardır, bu nedenle yüksek geri emk voltajlarının yarı iletken anahtarlama cihazına zarar vermesini önlemek için solenoid bobin boyunca bir tür elektriksel koruma gereklidir. Bu durumda standart “Volan Diyot” kullanılır, ancak aynı şekilde bir zener diyot veya küçük değerli varistör de kullanabilirsiniz.
Enerji Tüketiminin Azaltılması
Solenoidlerin ve özellikle lineer solenoidlerin ana dezavantajlarından biri, tel bobinlerinden yapılmış “endüktif cihazlar” olmalarıdır. Bu, solenoid bobinlerin dirence sahip olduğu ve onları çalıştırmak için kullanılan elektrik enerjisinin bir kısmını telin I 2 R ısıtma etkisinden dolayı “ISI”ya dönüştürdüğü anlamına gelir.
Başka bir deyişle, bir elektrik kaynağına uzun süre bağlı kaldıklarında, sargılı bobinler ısınabilir ve bir solenoid bobine uygulanan güç ne kadar uzun olursa, bobin o kadar ısınabilir. Ayrıca bobin ısındıkça, elektrik direnci de değişir ve hem bobinden akan akımı hem de manyetik alan gücünü azaltır, çünkü bu doğrudan amper dönüşlerine bağlıdır.
Bobine uygulanan sürekli bir voltaj girişi ile giriş gücü her zaman açık olduğundan solenoid bobinin soğuma imkanı yoktur. Bu kendiliğinden indüklenen ısıtma etkisini azaltmak için, bobine enerji verilen süreyi azaltmak veya içinden akan akım miktarını azaltmak gerekir.
Daha az akım tüketmenin bir yöntemi, pistonu çalıştırmak ve yerleştirmek için gerekli elektromanyetik alanı sağlamak için solenoid bobine yeterince yüksek bir uygun voltaj uygulamaktır, ancak daha sonra bobinleri besleme voltajını pistonu korumak için yeterli bir seviyeye düşürmek için etkinleştirilir. Bunu başarmanın bir yolu, solenoid bobini ile seri olarak uygun bir “tutma” direnci bağlamaktır, Örneğin:
Solenoid Enerji Tüketiminin Azaltılması
Burada, anahtar kontakları, direnci kısa devre yaparak ve tam besleme akımını doğrudan solenoid bobin sargılarına ileterek kapatılır. Enerji verildikten sonra, solenoidlere mekanik olarak bağlanabilen kontaklar, tutma direncini bağlayan piston hareketi açılır, R H solenoid bobini ile seridir. Bu, direnci etkin bir şekilde bobine seri olarak bağlar.
Bu yöntemi kullanarak, bobin tarafından tüketilen güç ve üretilen ısı büyük ölçüde azaldığından, solenoid voltaj kaynağına süresiz olarak bağlanabilir (sürekli görev döngüsü), uygun bir güç direnci kullanılarak %85 ila %90’a kadar çıkabilir. Ancak direnç tarafından tüketilen güç de belirli bir miktarda ısı üretecektir, I 2 R (Ohm Yasası) ve bunun da dikkate alınması gerekir.
Solenoid Görev Döngüsü(Duty Cycle)
Solenoid bobini tarafından üretilen ısıyı azaltmanın daha pratik bir yolu da “aralıklı görev döngüsü” yani PWM kullanmaktır. Aralıklı görev döngüsü, piston mekanizmasını etkinleştirmek, ancak dalga formunun KAPALI periyodu sırasında enerjisinin kesilmesine izin vermemek için bobinin uygun bir frekansta tekrar tekrar “AÇIK” ve “KAPALI” olduğu anlamına gelir. Aralıklı görev döngüsü değişimi, bobin tarafından tüketilen toplam gücü azaltmanın çok etkili bir yoludur.
Bir solenoidin Görev Döngüsü (%ED), bir solenoidin enerjilendiği “AÇIK” zamanının kısmıdır ve bir tam döngü için “AÇIK” zamanının toplam “AÇIK” ve “KAPALI” zamanına oranıdır. Başka bir deyişle, çevrim süresi, açma süresi artı kapatma süresine eşittir. Görev döngüsü yüzde olarak ifade edilir, örneğin:
Ardından, bir solenoid “AÇIK” duruma getirilirse veya 30 saniye enerji verilir ve ardından yeniden enerji verilmeden önce 90 saniye boyunca “KAPALI” duruma getirilirse, bir tam döngü, toplam “AÇMA/KAPAMA” döngü süresi 120 saniye olur, (30 +90), solenoidlerin görev döngüsü 30/120 saniye veya %25 olarak hesaplanacaktır. Bu, görev döngüsü ve kapanma süresi değerlerini biliyorsanız, solenoidlerin maksimum açma süresini belirleyebileceğiniz anlamına gelir.
Örneğin, kapatma süresi 15 saniyeye eşittir, görev döngüsü %40’a eşittir, dolayısıyla açma süresi 10 saniyeye eşittir. Nominal Görev Döngüsü %100 olan bir solenoid, sürekli bir voltaj derecesine sahip olduğu ve bu nedenle aşırı ısınma veya hasar olmaksızın “AÇIK” bırakılabileceği veya sürekli olarak enerjilendirilebileceği anlamına gelir.
Solenoidlerle ilgili bu öğreticide, fiziksel bir işlemi kontrol etmek için bir çıkış cihazı olarak kullanılabilecek bir elektromekanik aktüatör olarak hem Lineer Solenoid hem de Döner Solenoidi inceledik. Bir sonraki öğreticide inceleyeceğimiz çıkış cihazı tipi DC Motordur.