Übersicht über AC- oder DC-Magnetventilspulen

Magnetventile werden in zwei Haupttypen unterteilt: AC-Magnetventile und DC-Magnetventile. AC-Magnetventile arbeiten mit Wechselstrom (AC), der periodisch seine Richtung ändert, während DC-Magnetventile mit Gleichstrom (DC) betrieben werden, der in einer einzigen, konstanten Richtung fließt. Das Verständnis der Funktionsweise von AC- und DC-Magnetventilen ist entscheidend für die Auswahl des richtigen Magnetventiltyps für eine bestimmte Anwendung. Dieser Artikel untersucht die Unterschiede zwischen diesen beiden Arten von Magnetventilen. Er betrachtet die Bauform-Überlegungen, die bei der Auswahl von AC- oder DC-Magnetventilspulen für eine spezifische Anwendung berücksichtigt werden sollten.

Inhaltsverzeichnis

• Wann AC- oder DC-Magnetventile wählen
• Funktionsprinzip
• Leistungsunterschiede zwischen AC- und DC-Magnetventilen
• Bauform-Verbesserungen für AC- und DC-Magnetventile
• Verwendung von AC-Magnetventilen mit DC und umgekehrt
• FAQs

Wann AC- oder DC-Magnetventile wählen

Erwägen Sie AC-Magnetventile, wenn:

• Schnelle Betätigung wichtig ist, wie in der Fertigung und automatisierten Produktionslinien
• Energieeffizienz eine Priorität ist
• Eine AC-Stromversorgung verfügbar ist

Erwägen Sie DC-Magnetventile, wenn:

• Leiser Betrieb wichtig ist, wie in medizinischen Einrichtungen oder Laboren
• Eine gleichmäßige Kraft erforderlich ist
• Eine DC-Stromversorgung oder Batterien verfügbar sind

Für Flüssigkeitssteuerungssysteme im Haushalt, wie Gartenbewässerung, Wasserfiltration oder kleine Wasserspiele, ist ein AC-Magnetventil in der Regel besser geeignet für die Standard-Hausverkabelung. Für Projekte, die alternative Stromquellen nutzen, wie batteriebetriebene oder solarbetriebene Systeme, könnte ein DC-Magnetventil aufgrund seiner Kompatibilität mit Niederspannungsstrom geeigneter sein.

Funktionsprinzip

DC-Magnetventil

DC-Magnetventile funktionieren unkompliziert. Die Spule erzeugt eine magnetische Kraft, wenn sie unter Spannung steht. Diese Kraft zieht den Anker an und öffnet dadurch den Ventilport. Sobald die Stromzufuhr unterbrochen wird, wird die Spule entmagnetisiert, und eine Feder drückt den Anker zurück; dies schließt das Ventil. Der konstante Strom in DC-Magnetventilen sorgt für einen kontinuierlichen magnetischen Zug, was zu einem leisen und gleichmäßigen Betrieb ohne Vibrationen führt.

AC-Magnetventil

AC-Magnetventile funktionieren aufgrund der wechselnden Natur des Wechselstroms anders, der mehrmals pro Sekunde die Polarität ändert und eine Sinuswelle erzeugt (Abbildung 3). Das bedeutet, dass die Spule kontinuierlich magnetisiert und entmagnetisiert wird, was dazu führt, dass die Magnetisierung ein- und ausgeschaltet wird. Während der Aus-Phase drückt die Feder den Kolben heraus, was zu intensiven Vibrationen führt, die die Spule belasten und überhitzen können, was möglicherweise zum Durchbrennen führt. Lesen Sie unseren Artikel über Magnetventil-Bauform für weitere Informationen über Bauform, Funktionsweise und Anwendungen von Magnetventilspulen.

Wie man Vibrationen in AC-Magnetventilen verhindert

AC-Magnetventile verwenden Kurzschlussringe um den Kolben, um Vibrationen zu reduzieren. Diese Kupferringe speichern magnetische Energie, um der Kraft der Feder entgegenzuwirken, wenn das elektromagnetische Feld sich dem Nullpunkt nähert. Indem der Kurzschlussring Energie 90 Grad phasenverschoben zur Welle der Spule freisetzt, stellt er sicher, dass das Magnetfeld nie Null erreicht und genug Kraft beibehält, um die Feder zu überwinden und die Vibrationen zu eliminieren.

Kurzschlussringe können versagen, wenn sich Schmutz um den Kolben ansammelt. Die Umwandlung von AC in DC mit einem Vollweggleichrichter kann helfen, macht das Ventil aber zu einem DC-Typ, was möglicherweise die Vorteile von AC reduziert.

Leistungsunterschiede zwischen AC- und DC-Magnetventilen

Leistungsanforderungen

• AC-Magnetventile: AC-Magnetventile ziehen anfänglich eine hohe Leistung für eine schnelle Aktivierung, benötigen aber weniger Leistung, um aktiv zu bleiben. Dieser anfängliche Stromstoß ist wesentlich, um hydraulischen Druck, Reibung und Federspannung zu überwinden. Der Leistungsbedarf sinkt, sobald das Ventil geöffnet ist, was AC-Magnetventile über die Zeit energieeffizienter macht.
• DC-Magnetventile: DC-Magnetventile ziehen eine konstante Leistung, was zu einem höheren Gesamtenergieverbrauch führt. Sie öffnen Ventile langsamer und halten einen konstanten Strom aufrecht, was möglicherweise Energie verschwendet. Während externe Schaltkreise die Effizienz verbessern können, können sie immer noch zu Energieverlust in Form von Wärme führen.

Geräusche und Vibrationen

• AC-Magnetventile: Wenn die Kurzschlussringe versagen, können AC-Magnetventile Geräusche und Vibrationen erzeugen, was zu einem Summen und möglichen Schäden führt.
• DC-Magnetventile: DC-Magnetventile erzeugen kein Summen, da der Strom nur in eine Richtung fließt.

Wirbelströme

• AC-Magnetventile: AC-Magnetventile erzeugen Wirbelstromverluste, die die Effizienz verringern. Die Verwendung von Siliziumstahlblechen für den Anker kann helfen, diese Verluste zu mindern.
• DC-Magnetventile: DC-Magnetventile haben einen unidirektionalen Stromfluss und erzeugen daher keine Wirbelströme.

Geschwindigkeit und Wärmeentwicklung

• AC-Magnetventile: Die Betätigungsgeschwindigkeit variiert mit der Frequenz, was die Wärmeentwicklung beeinflussen kann. Höhere Frequenzen erhöhen die Wärmeentwicklung aufgrund des erhöhten Stromflusses, was potenziell zu Überhitzung führen kann, wenn es nicht angemessen gehandhabt wird.
• DC-Magnetventile: DC-Magnetventile bieten die gleiche Betätigungszeit, da sie von Frequenzänderungen nicht beeinflusst werden. Strom und Kraft bleiben stabil, was eine zuverlässige Leistung gewährleistet.

Erregerstrom

• AC-Magnetventile: Der Erregerstrom (der elektrische Strom, der der Magnetventilspule zugeführt wird) variiert während des Hubs. Es gibt einen signifikanten Unterschied im Strom vor und nach dem Schließen des Ankers. Anfänglich kann es zu einem Stromspitzenwert kommen, der bis zu 15-mal größer ist als der stationäre Erregerstrom, aufgrund der induktiven Natur der Spule und der sich ändernden Impedanz, wenn sich der Anker bewegt.
• DC-Magnetventile: Der Erregerstrom für DC-Magnetventile ist konstant und wird durch den Widerstand der Spule und die angelegte Spannung bestimmt. Während sich der Kolben bewegt, erhöht sich der magnetische Fluss, aber der Strom bleibt konstant.

Bauform-Verbesserungen für AC- und DC-Magnetventile

AC-Magnetventile können unter Wirbelstromverlusten und Vibrationen leiden, was mit Kurzschlussringen gemildert werden kann. Sie können auch zusätzliche Relais für die Schnittstelle mit modernen Steuerungssystemen benötigen, da diese Systeme oft DC-Ausgänge verwenden. Relais sind erforderlich, um die DC-Steuersignale in AC-Strom umzuwandeln, der für den Betrieb von AC-Magnetventilen geeignet ist.

DC-Magnetventile können mit externen Schaltkreisen effizienter gemacht werden, die einen anfänglichen Stromspitzenwert erzeugen und dann auf ein Erhaltungsniveau reduzieren. Einfache Schaltkreise verwenden Widerstände und Kondensatoren, während komplexere Lösungen geschaltete Netzteile für bessere Effizienz und reduzierte Erwärmung verwenden.

Verwendung von DC-Magnetventilen mit AC und umgekehrt

AC-Magnetventile mit DC

Die Verwendung einer für AC ausgelegten Spule mit einer DC-Stromversorgung ist machbar, aber die Begrenzung von Spannung und Strom ist entscheidend, um ein Durchbrennen des Magnetventils zu verhindern.

Für AC-Schaltkreise wird die Impedanz einer Spule mit folgender Formel berechnet:

Z=R+j2𝞹fL, wobei,

• Z: Gesamtimpedanz
• R: Widerstand
• f: Frequenz
• L: Induktivität

Spulen weisen in einer AC-Umgebung induktive Reaktanz (2𝞹fL) auf, die sich mit ihrem elektrischen Widerstand kombiniert. Folglich ist die Spulenimpedanz in einer AC-Umgebung deutlich höher als in einer DC-Umgebung.

Zum Beispiel kann die Verwendung eines 24 V AC Magnetventils mit einer 24 V DC Stromversorgung das Magnetventil beschädigen, weil bei AC die Impedanz der Spule aufgrund der induktiven Reaktanz höher ist. Dies begrenzt den Strom. Bei DC gibt es keine induktive Reaktanz, sodass der Nettowiderstand der Spule niedriger ist (gleich R selbst), was mehr Strom fließen lässt, der das Magnetventil überhitzen und beschädigen kann.

Leider gibt es keine Standardmethode zur Reduzierung der Versorgungsspannung. Um den effektiven Strom in der AC-Einstellung anzupassen, messen Sie ihn und senken Sie die Spannung oder verwenden Sie einen strombegrenzenden Widerstand in der DC-Einstellung.

DC-Magnetventile mit AC

Die Verwendung einer für DC ausgelegten Spule mit einer AC-Stromversorgung kann zu Vibrationen führen, da DC-Magnetventile möglicherweise keinen Kurzschlussring oder Gleichrichterschaltkreis haben. Um dieses Problem zu lösen, verwenden Sie einen externen Vollweggleichrichter mit einem kapazitiven Filter.

Der effektive Strom wird deutlich niedriger sein, was zu einer unzureichenden magnetischen Kraft führen kann, um den Anker aus seiner Ruheposition zu bewegen. Um dies zu lösen, wenden Sie eine höhere Spannung an, um sicherzustellen, dass der effektive Strom dem Nennstrom des Magnetventils entspricht.

FAQs

Funktionieren Magnetventile mit AC oder DC?

Magnetventile sind so konzipiert, dass sie entweder mit AC oder DC arbeiten, abhängig von ihrer spezifischen Konstruktion und den Anwendungsanforderungen.

Was ist der Unterschied zwischen AC- und DC-Magnetventilspulen?

AC-Magnetventilspulen verarbeiten variierende Ströme und haben oft laminierte Kerne, um Wirbelströme zu minimieren und die Wärmeentwicklung zu reduzieren. DC-Magnetventilspulen haben einen konstanten Strom und verwenden typischerweise massive Kerne.

Kann man ein DC-Magnetventil mit AC betreiben?

Es ist nicht ratsam, ein DC-Magnetventil mit AC zu betreiben. Es kann zu übermäßiger Hitze und ineffizientem Betrieb führen, da die Bauform der Spule nicht für die wechselnde Natur von AC geeignet ist.