Resumen de bobinas de válvulas solenoide de CA o CC
Figura 1: Bobina de válvula solenoide
Los solenoides se clasifican en dos tipos principales: solenoides de CA y solenoides de CC. Los solenoides de CA funcionan con corriente alterna (CA), que invierte periódicamente su dirección, mientras que los solenoides de CC se alimentan con corriente continua (CC), que fluye en una sola dirección constante. Entender cómo funcionan las válvulas solenoide de CA y CC es crucial para decidir qué tipo de solenoide se necesita para una aplicación. Este artículo explora las diferencias entre estos dos tipos de solenoides. Examina las consideraciones de forma constructiva que deben tenerse en cuenta al seleccionar bobinas de solenoide de CA o CC para una aplicación específica.
Tabla de contenidos
- Cuándo elegir una válvula solenoide de CA o CC
- Principio de funcionamiento
- Diferencias de rendimiento entre válvulas solenoide de CA y CC
- Mejoras de diseño para solenoides de CA y CC
- Uso de solenoides de CA con CC y viceversa
- Preguntas frecuentes
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Cuándo elegir una válvula solenoide de CA o CC
Considere las válvulas solenoide de CA si:
- La actuación rápida es esencial, como en líneas de producción manufacturera y automatizada
- La eficiencia energética es una prioridad
- Hay disponible una fuente de alimentación de CA
Considere las válvulas solenoide de CC si:
- El funcionamiento silencioso es esencial, como en instalaciones médicas o laboratorios
- Se requiere una fuerza constante
- Hay disponible una fuente de alimentación de CC o baterías
Para sistemas de control de fluidos residenciales, como riego de jardines, filtración de agua o pequeñas fuentes de agua, una válvula solenoide de CA es típicamente más adecuada para el cableado doméstico estándar. Para proyectos que utilizan fuentes de energía alternativas, como sistemas alimentados por baterías o energía solar, una válvula solenoide de CC podría ser más apropiada debido a su compatibilidad con fuentes de alimentación de bajo voltaje.
Principio de funcionamiento
Figura 2: Cuando la corriente pasa a través de un solenoide, genera un campo magnético (mostrado con líneas de campo). Si se enrolla alrededor de un núcleo ferromagnético, se convierte en un electroimán con propiedades magnéticas mejoradas.
Válvula solenoide de CC
Las válvulas solenoide de CC funcionan de manera sencilla. La bobina genera una fuerza magnética cuando se energiza. Esta fuerza tira del inducido, abriendo así el puerto de la válvula. Una vez que se corta el suministro de energía, la bobina se desenergiza y un resorte empuja el inducido hacia atrás; esto cierra la válvula. La corriente constante en las válvulas solenoide de CC proporciona una atracción magnética continua, resultando en un funcionamiento silencioso y constante sin vibraciones.
Válvula solenoide de CA
Los solenoides de CA funcionan de manera diferente debido a la naturaleza alterna de la CA, que cambia de polaridad varias veces por segundo, creando una onda sinusoidal (Figura 3). Esto significa que la bobina se energiza y desenergiza continuamente, haciendo que la magnetización se encienda y apague. Durante la fase de apagado, el resorte empuja el émbolo hacia afuera, lo que lleva a intensas vibraciones que pueden estresar y sobrecalentar la bobina, potencialmente causando que se queme. Lea nuestro artículo sobre forma constructiva del solenoide para obtener más información sobre el diseño, funcionamiento y aplicaciones de las bobinas solenoide.
Figura 3: Naturaleza de la corriente alterna: Voltaje positivo (A), cambio de polaridad (B) y voltaje negativo (C) durante un ciclo de una onda sinusoidal.
Cómo prevenir la vibración en solenoides de CA
Las válvulas solenoide de CA utilizan anillos de sombreado alrededor del émbolo para reducir las vibraciones. Estos anillos de cobre almacenan energía magnética para contrarrestar la fuerza del resorte cuando el campo electromagnético se acerca a cero. Al liberar energía 90 grados fuera de fase con la onda de la bobina, el anillo de sombreado asegura que el campo magnético nunca llegue a cero, manteniendo suficiente fuerza para superar el resorte y eliminar las vibraciones.
Los anillos de sombreado pueden fallar si se acumula suciedad alrededor del émbolo. Convertir CA a CC usando un rectificador de onda completa puede ayudar, pero convierte la válvula en un tipo de CC, potencialmente reduciendo los beneficios de la CA.
Diferencias de rendimiento entre válvulas solenoide de CA y CC
Requisitos de potencia
- Solenoides de CA: Los solenoides de CA inicialmente consumen una gran cantidad de energía para una activación rápida, pero requieren menos energía para permanecer activos. Esta sobrecarga inicial es esencial para superar la presión hidráulica, la fricción y la tensión del resorte. La demanda de energía disminuye una vez que la válvula está abierta, haciendo que los solenoides de CA sean más eficientes energéticamente a lo largo del tiempo.
- Solenoides de CC: Los solenoides de CC consumen una potencia constante, lo que lleva a un mayor uso general de energía. Abren las válvulas más lentamente y mantienen una corriente constante, potencialmente desperdiciando energía. Aunque los circuitos externos pueden mejorar la eficiencia, aún pueden resultar en pérdida de energía en forma de calor.
Ruido y vibraciones
- Solenoides de CA: Si los anillos de sombreado fallan, los solenoides de CA pueden producir ruido y vibraciones, resultando en un zumbido y posible daño.
- Solenoides de CC: Los solenoides de CC no producen zumbido porque la corriente fluye solo en una dirección.
Corrientes parásitas
- Solenoides de CA: Los solenoides de CA generan pérdidas por corrientes parásitas, lo que reduce la eficiencia. Usar láminas de acero al silicio para el inducido puede ayudar a mitigar estas pérdidas.
- Solenoides de CC: Los solenoides de CC tienen un flujo unidireccional de electricidad y, por lo tanto, no producen corrientes parásitas.
Velocidad y acumulación de calor
- Solenoides de CA: La velocidad de actuación varía con la frecuencia, lo que puede afectar la acumulación de calor. Las frecuencias más altas aumentan la acumulación de calor debido al aumento del flujo de corriente, potencialmente llevando al sobrecalentamiento si no se maneja adecuadamente.
- Solenoides de CC: Los solenoides de CC proporcionan el mismo tiempo de actuación porque no se ven afectados por los cambios de frecuencia. La corriente y la fuerza permanecen estables, asegurando un rendimiento confiable.
Corriente de excitación
- Solenoides de CA: La corriente de excitación (la corriente eléctrica suministrada a la bobina del solenoide) varía a lo largo del recorrido. Hay una diferencia significativa en la corriente antes y después de que el inducido se cierre. Inicialmente, puede haber un pico de corriente hasta 15 veces mayor que la corriente de excitación en estado estacionario debido a la naturaleza inductiva de la bobina y la impedancia cambiante a medida que el inducido se mueve.
- Solenoides de CC: La corriente de excitación para los solenoides de CC es constante y está determinada por la resistencia de la bobina y el voltaje aplicado. A medida que el émbolo se mueve, el flujo magnético aumenta, pero la corriente permanece constante.
Mejoras de diseño para solenoides de CA y CC
Los solenoides de CA pueden sufrir pérdidas por corrientes parásitas y vibración, que pueden mitigarse con anillos de sombreado. También pueden requerir relés adicionales para interactuar con sistemas de control modernos porque estos sistemas a menudo usan salidas de CC. Se necesitan relés para convertir las señales de control de CC en energía de CA adecuada para operar solenoides de CA.
Los solenoides de CC pueden hacerse más eficientes con circuitos externos que crean un pico de corriente inicial y luego se reducen a un nivel de mantenimiento. Los circuitos simples usan resistencias y condensadores, mientras que las soluciones más complejas usan fuentes de alimentación conmutadas para una mejor eficiencia y reducción del calentamiento.
Uso de solenoides de CC con CA y viceversa
Solenoides de CA con CC
Usar una bobina diseñada para CA con una fuente de alimentación de CC es factible, pero es crucial limitar el voltaje y la corriente para evitar que el solenoide se queme.
Para circuitos de CA, la impedancia de una bobina se calcula utilizando la siguiente fórmula:
Z=R+j2𝞹fL, donde,
- Z: Impedancia combinada
- R: Resistencia
- f: Frecuencia
- L: Inductancia
Las bobinas exhiben reactancia inductiva (2𝞹fL) en un entorno de CA, que se combina con su resistencia eléctrica. En consecuencia, la impedancia de la bobina es significativamente mayor en un entorno de CA que en un entorno de CC.
Por ejemplo, usar un solenoide de 24 V CA con una fuente de alimentación de 24 V CC puede dañar el solenoide porque, en CA, la impedancia de la bobina es mayor debido a la reactancia inductiva. Esto limita la corriente. En CC, no hay reactancia inductiva, por lo que la resistencia neta de la bobina es menor (igual a R en sí), permitiendo que fluya más corriente, lo que puede sobrecalentar y dañar el solenoide.
Desafortunadamente, no hay una forma estándar de reducir el voltaje de la fuente de alimentación. Para igualar la corriente efectiva en el entorno de CA, mídala y reduzca el voltaje o use una resistencia limitadora de corriente en el entorno de CC.
Solenoides de CC con CA
Usar una bobina diseñada para CC con una fuente de alimentación de CA puede llevar a vibraciones, ya que las válvulas solenoide de CC pueden carecer de un anillo de sombreado o circuito rectificador. Para abordar este problema, use un circuito rectificador de onda completa externo con un filtro capacitivo.
La corriente efectiva será significativamente menor, lo que puede resultar en una fuerza magnética insuficiente para mover el inducido desde su posición de reposo. Para resolver esto, aplique un voltaje más alto para asegurar que la corriente efectiva coincida con la corriente nominal del solenoide.
Preguntas frecuentes
¿Los solenoides funcionan con CA o CC?
Los solenoides están diseñados para funcionar con CA o CC, dependiendo de su construcción específica y los requisitos de la aplicación.
¿Cuál es la diferencia entre las bobinas de solenoide de CA y CC?
Las bobinas de solenoide de CA manejan corrientes variables y a menudo tienen núcleos laminados para minimizar las corrientes parásitas y reducir el calor. Las bobinas de solenoide de CC tienen una corriente constante y típicamente usan núcleos sólidos.
¿Se puede hacer funcionar un solenoide de CC con CA?
No es aconsejable hacer funcionar un solenoide de CC con CA. Puede causar un calor excesivo y un funcionamiento ineficiente debido a que el diseño de la bobina no es adecuado para la naturaleza alterna de la CA.
