Van điện từ

Van điện từ (Solenoid Valve) là gì? Phân loại, Nguyên lý và Ứng dụng

Van điện từ (Solenoid valve) là loại van được điều khiển bằng điện. Van có một cuộn từ (Solenoid) , là một cuộn dây điện với lõi sắt từ có thể di chuyển được (pít tông) ở trung tâm của nó. Ở vị trí nghỉ, pít tông đóng một lỗ nhỏ (Orifice). Dòng điện qua cuộn dây tạo ra từ trường. Từ trường tác dụng một lực hướng lên trên pít tông làm mở lỗ thoát (Orifice). Đây là nguyên tắc cơ bản được sử dụng để đóng mở van điện từ (Viết tắt là VĐT)

Lưu ý nhanh về VĐT:

  • Chỉ sử dụng cho chất lỏng và khí sạch.
  • Van hoạt động gián tiếp yêu cầu một chênh lệch áp suất để hoạt động.
  • Được sử dụng để đóng, mở, định lượng, phân phối hoặc trộn các chất với 2 hoặc nhiều đầu vào / đầu ra.
  • Phản ứng nhanh.
  • Có thể nóng lên vì nó cần năng lượng để chuyển đổi và giữ nguyên vị trí đó (tùy loại).
  • Thường dùng trong các hệ thống sưởi, khí nén, chân không, tưới tiêu, rửa xe, v.v.

1. Van điện từ hoạt động như thế nào

VĐT bao gồm hai thành phần chính: Cuộn điện từ (Solenoid) và thân van (G). Hình dưới cho thấy các thành phần. Một cuộn dây điện từ có cuộn dây cảm ứng điện từ (A) xung quanh lõi sắt ở tâm được gọi là pít tông (E). 

Cấu tạo van điện từ
Hình 1: Cấu tạo van điện từ

Ở trạng thái nghỉ, nó có thể thường mở (NO) hoặc thường đóng (NC). 

  • Ở trạng thái không có năng lượng, một van thường mở sẽ mở và một van thường đóng được đóng lại. 
  • Khi dòng điện chạy qua điện từ, cuộn dây được cung cấp năng lượng và tạo ra từ trường. Điều này tạo ra một lực hút với pít tông, di chuyển nó và thắng lực lò xo (D). Nếu van thường đóng, pít tông được nâng lên để đệm làm kín (F) mở lỗ thoát và cho phép dòng môi chất qua van. Nếu van thường mở, pít tông di chuyển xuống dưới để đệm làm kín (F) chặn lỗ thoát và ngăn dòng môi chất qua van. Vòng che (C) chống rung và sốc mạnh trong cuộn dây AC.

VĐT được sử dụng trong nhiều ứng dụng, với áp suất cao hoặc thấp và tốc độ dòng chảy nhỏ hoặc lớn. Các van điện từ này sử dụng các nguyên tắc hoạt động khác nhau được tối ưu cho ứng dụng. Ba loại trọng nhất được giải thích trong bài viết này:  tác động trực tiếp ,  tác động gián tiếp , và  tác động bán trực tiếp.

2. Chức năng mạch của van điện từ

VĐT được sử dụng để đóng, mở, định lượng, phân phối hoặc trộn dòng khí hoặc chất lỏng trong đường ống. Mục đích cụ thể của VĐT được thể hiện bằng chức năng mạch của nó. Dưới đây là tổng quan về VĐT 2 ngã và 3 ngã.

Van điện từ 2 ngã

VĐT 2 ngã có hai cổng, một đầu vào và một đầu ra. Hướng dòng chảy rất quan trọng để đảm bảo hoạt động tốt, vì vậy thường có một mũi tên chỉ hướng dòng chảy. Van 2 ngã được sử dụng để đóng hoặc mở lỗ thoát. Hình 2 là một ví dụ về van điện từ 2 ngã

Van điện từ 2 ngã
Hình 2: Van điện từ 2 ngã

Van điện từ 3 ngã

Van 3 ngã có ba cổng kết nối. Thông thường, nó có 2 trạng thái (vị trí) nó có thể ở. Vì vậy, nó chuyển đổi giữa hai mạch khác nhau. Van 3 ngã được sử dụng để mở, đóng, phân phối hoặc trộn môi châtts. Hình 3 là một ví dụ về VĐT 3 ngã

Van điện từ 3 ngã
Hình 3: Van điện từ 3 ngã

3. Các loại van điện từ

VĐT thường đóng

Nguyên lý hoạt động của van điện từ thường đóng
Hình 4: Nguyên tắc hoạt động của van điện từ thường đóng: Không có điện (trái) & cấp điện (phải)

Đối với van điện từ thường đóng, van sẽ đóng khi không có điện và môi chất không thể chảy qua nó. Khi dòng điện được gửi đến cuộn dây, nó tạo ra một trường điện từ buộc pít tông hướng lên trên thắng lực lò xo. Thao tác này sẽ mở đệm làm kín và mở lỗ thoá cho phép môi chất chảy qua van. Hình 5 mô tả nguyên tắc hoạt động của VĐT thường đóng ở trạng thái không cấp điện và cấp năng lượng.

Van điện từ thường mở

Đối với van điện từ thường mở, van sẽ mở khi được khử (không cấp) nguồn điện và môi chất có thể chảy qua nó. Khi dòng điện được gửi đến cuộn dây, nó sẽ tạo ra một trường điện từ buộc pít tông hướng xuống thắng lực lò xo. Sau đó, đệm làm kín đóng lỗ thoát lại, ngăn không cho môi chất chảy qua van. 

Nguyên lý hoạt động van điện từ thường mở
Hình 5: Nguyên lý hoạt động van điện từ thường mở

Hình 5 mô tả nguyên tắc hoạt động của VĐT thường mở ở trạng thái không cấp điện và cấp điện. VĐT thường mở là lý tưởng cho các ứng dụng yêu cầu van phải mở trong thời gian dài vì điều này sẽ tiết kiệm năng lượng hơn.

Van điện từ ổn định hai chiều

VĐT ổn định hai chiều (Bi-stable solenoid valve) hoặc “latching solenoid valve” có thể được chuyển đổi vị trí đóng/ mở bằng nguồn điện tạm thời. Sau đó nó sẽ ở nguyên vị trí đó mà không cần nguồn điện duy trì. Do đó, nó không thường mở hoặc thường đóng vì nó vẫn ở vị trí hiện tại khi không có nguồn điện. Chúng làm được điều này bằng cách sử dụng nam châm vĩnh cửu, thay vì một lò xo.

4. Nguyên lý làm việc của van điện từ

Loại tác động trực tiếp

VĐT tác động trực tiếp (vận hành trực tiếp) có nguyên lý làm việc đơn giản, có thể thấy trong Hình 6 cùng với các bộ phận của nó. 

Cấu tạo và nguyên lý làm việc của van điện từ tác động trực tiếp
Hình 6: Cấu tạo và nguyên lý làm việc của van điện từ tác động trực tiếp

Đối với van thường đóng, không có điện, pít tông (E) chặn lỗ thông với đệm làm kín van (F) do lực cảu Một lò xo (D). Khi đặt điện vào cuộn dây (A), nó tạo ra điện từ trường, hút pittông đi lên, thắng lực lò xo. Điều này mở ra lỗ thoát và cho phép môi chất đi qua. Một van thường mở có các thành phần giống nhau, nhưng hoạt động theo cách ngược lại.

Áp suất hoạt động tối đa và tốc độ dòng chảy liên quan trực tiếp đến đường kính lỗ và lực từ của VĐT. Do đó, van điện từ tác động trực tiếp thường được sử dụng cho tốc độ dòng chảy tương đối nhỏ. VĐT hoạt động trực tiếp không yêu cầu áp suất hoạt động tối thiểu hoặc chênh lệch áp suất, vì vậy chúng có thể được sử dụng từ 0 bar đến áp suất tối đa cho phép.

Tác động gián tiếp

Van điện từ tác động gián tiếp sử dụng sự chênh lệch áp suất của môi chất qua các cổng đầu vào và đầu ra của van để mở và đóng van. Do đó, chúng thường yêu cầu chênh lệch áp suất tối thiểu khoảng 0,5 bar. Nguyên lý làm việc của VĐT tác động gián tiếp có thể được xem trong Hình 7.

Nguyên lý van điện từ tác động gián tiếp
Hình 7: Nguyên lý van điện từ tác động gián tiếp

Cổng vào và cổng ra được ngăn cách bởi một màng cao su hay còn gọi là màng ngăn. Màng có một lỗ nhỏ để môi chất có thể chảy lên ngăn trên từ đầu vào. 

Đối với VĐT tác động gián tiếp thường đóng, áp suất đầu vào (phía trên màng) và lò xo hỗ trợ phía trên màng sẽ đảm bảo rằng van vẫn đóng. Khoang phía trên màng được kết nối bằng một kênh nhỏ với cổng áp suất thấp. Kết nối này bị chặn ở vị trí đóng bởi pít tông và đệm làm kín van. Đường kính của lỗ “dẫn hướng – Pilot” này lớn hơn đường kính của lỗ trên màng. 

Khi cuộn điện từ được cung cấp năng lượng, lỗ dẫn được mở ra, làm cho áp suất phía trên màng giảm xuống. Do sự chênh lệch áp suất trên cả hai mặt của màng, màng sẽ được nâng lên và môi chất có thể chảy từ cổng vào đến cổng ra. 

Một van thường mở có các thành phần giống nhau, nhưng hoạt động theo cách ngược lại.

Buồng áp suất phụ phía trên màng hoạt động giống như một bộ khuếch đại, vì vậy một cuộn điện từ nhỏ vẫn có thể kiểm soát tốc độ dòng chảy lớn. VĐT gián tiếp chỉ được sử dụng cho dòng môi chất theo một hướng. Van điện từ hoạt động gián tiếp được sử dụng trong các ứng dụng có đủ chênh lệch áp suất và tốc độ dòng chảy mong muốn cao.

Tác động bán trực tiếp

Van điện từ tác động bán trực tiếp kết hợp các đặc tính của van trực tiếp và gián tiếp. Điều này cho phép chúng làm việc từ áp suất 0 bar, nhưng chúng vẫn có thể xử lý tốc độ dòng chảy cao. Chúng trông tương tự như van gián tiếp và cũng có một màng di động với một lỗ nhỏ và các khoang áp suất ở cả hai bên. Sự khác biệt là pít tông điện từ được kết nối trực tiếp với màng. Nguyên lý làm việc của VĐT tác động bán trực tiếp có thể được xem trong Hình 8.

Nguyên lý van điện từ tác động bán trực tiếp
Hình 8: Nguyên lý van điện từ tác động bán trực tiếp

Khi pít tông được nâng lên, nó trực tiếp nâng màng để mở van. Đồng thời, một lỗ thoát thứ hai được mở bởi pit tông có đường kính lớn hơn một chút so với lỗ thứ nhất trong màng. Điều này làm cho áp suất trong khoang phía trên màng giảm xuống. Kết quả là, màng được nâng lên không chỉ nhờ pít tông mà còn nhờ sự chênh lệch áp suất.

Sự kết hợp này dẫn đến một van hoạt động từ áp suất 0 bar và có thể kiểm soát tốc độ dòng chảy tương đối lớn. Thông thường, van hoạt động bán trực tiếp có cuộn dây mạnh mẽ hơn van hoạt động gián tiếp. Van hoạt động bán trực tiếp còn được gọi là van điện từ được hỗ trợ nâng hạ (assisted-lift solenoid valves).

Tác động trực tiếp 3 ngã

Một van điện từ 3 ngã có ba cổng, vì vậy tùy thuộc vào việc bạn muốn trộn (hai đầu vào và một đầu ra) hoặc chuyển hướng (một đầu vào và hai đầu ra) ảnh hưởng đến hoạt động của van. Một số van nhất định cũng có thể hoạt động theo cả hai hướng, được gọi là chức năng mạch đa năng. Tuy nhiên, chỉ có hai cổng được kết nối ở mỗi trạng thái. Hình 9 cho thấy một ví dụ về van điện từ tác động trực tiếp 3 chiều.

Nguyên lý van điện từ 3 ngã
Hình 9: Nguyên lý van điện từ tác động trực tiếp 3 ngã

Chỉ có hai cổng được kết nối cùng một lúc. Trong Hình 9, pít tông có một lỗ ở trên cùng và dưới cùng của nó với hai chỗ van. Tại bất kỳ thời điểm nào, một cái mở và một cái đóng để định tuyến môi chất theo hướng dòng chảy mong muốn. Dưới đây là các ví dụ về các chức năng mạch cho van thường đóng (ngược lại với van thường mở).

  • Van điện từ 3 ngã chuyển hướng: Hình 10 sẽ có một đầu vào (dưới cùng bên trái) và hai đầu ra (trên và dưới bên phải). Khi không có nguồn điện, pít-tông chặn lỗ dưới cùng, có nghĩa là môi chất đi từ đầu vào đến đầu ra trên cùng. Khi có điện, pít tông buộc phải đóng cửa trên cùng. Điều này định tuyến môi chất từ đầu vào đến đầu ra dưới cùng bên phải.
  • van điện từ 3 ngã phối trộn: Hình 10 sẽ có hai đầu vào (trên và dưới bên phải) và một đầu ra (dưới cùng bên trái). Khi không có nguồn điện, pít-tông chặn lỗ dưới cùng, có nghĩa là môi chất đi từ đầu vào trên cùng đến đầu ra. Khi có điện, pít tông buộc phải đóng cửa trên cùng. Điều này định tuyến môi chất từ đầu vào phía dưới bên phải đến đầu ra.
  • Van điện từ 3 ngả đa năng: Các van này hoạt động tương tự như VĐT 3 ngả chuyển hướng. Nhìn vào Hình 10, môi chất có thể chảy theo một trong hai hướng nhưng vẫn chỉ có hai cổng được kết nối tại bất kỳ thời điểm nào.

5. Tiêu chí lựa chọn

Điều cần thiết là phải hiểu ứng dụng của bạn trước khi chọn van điện từ. Một số tiêu chí lựa chọn quan trọng như sau:

  • Loại van điện từ: Xác định xem ứng dụng của bạn yêu cầu van điện từ 2 ngã hay 3 ngã.
  • Vật liệu vỏ : Xác định vật liệu vỏ van dựa trên đặc tính hóa học và nhiệt độ của môi trường, cũng như môi trường mà van được lắp đặt. Đồng thau thường được sử dụng cho môi trường trung tính. Thép không gỉ có khả năng chịu hóa chất, nhiệt độ và áp suất tốt. PVC và polyamide thường được sử dụng vì chúng tiết kiệm chi phí. Tuy nhiên, chúng cũng được sử dụng trong các ứng dụng cao cấp với các hóa chất mạnh. Lưu ý rằng các bộ phận cơ khí, chẳng hạn như pít tông bằng thép không gỉ và lò xo tiếp xúc với môi trường và cũng phải tương thích. Các van ngăn cách môi trường đặc biệt có sẵn trong đó các bộ phận này được ngăn cách với chất lỏng bằng màng. 
  • Vật liệu đệm làm kín: Vật liệu làm kín nên được lựa chọn dựa trên các đặc tính hóa học và nhiệt độ của môi trường. NBR, EPDM, FKM (Viton) và PTFE (Teflon) là những lựa chọn phổ biến. 
  • Điện áp: Van điện từ có sẵn trong các phiên bản AC và DC, với mỗi loại đều có những ưu và nhược điểm nhỏ. 
  • Chức năng van: Tùy thuộc vào khoảng thời gian hoạt động, bạn có thể chọn van thường mở hoặc thường đóng. Đa số van điện từ thường đóng. Nếu thời gian mở van lâu hơn thời gian đóng thì van thường mở được ưu tiên và ngược lại. Van ổn định 2 chiều cũng là một lựa chọn.
  • Áp suất: Van phải có khả năng chịu được áp suất tối đa cần thiết cho ứng dụng của bạn. Điều quan trọng không kém là lưu ý áp suất tối thiểu vì chênh lệch áp suất cao có thể làm cho van bị hỏng.
  • Loại hoạt động: Xác định xem ứng dụng của bạn yêu cầu van điện từ hoạt động trực tiếp, gián tiếp hay bán trực tiếp.
  • Nhiệt độ: Đảm bảo rằng vật liệu van có thể chịu được yêu cầu nhiệt độ tối thiểu và tối đa cho ứng dụng của bạn. Việc xem xét nhiệt độ cũng rất cần thiết để xác định dung tích van vì nó ảnh hưởng đến độ nhớt và lưu lượng của chất lỏng.
  • Thời gian đáp ứng: Thời gian đáp ứng của van là thời gian cần thiết để van đi từ vị trí mở sang vị trí đóng hoặc ngược lại. Van điện từ tác động trực tiếp nhỏ phản ứng nhanh hơn nhiều so với van tác động bán trực tiếp hoặc gián tiếp.
  • Phê duyệt: Đảm bảo rằng van được chứng nhận phù hợp tùy thuộc vào ứng dụng.
  • Mức độ bảo vệ: Đảm bảo van có xếp hạng IP thích hợp để bảo vệ khỏi bụi, chất lỏng, độ ẩm và tiếp xúc.

6. Ứng dụng van điện từ

Các ứng dụng van điện từ phổ biến bao gồm:

  • Hệ thống lạnh sử dụng VĐT để đảo ngược dòng chất làm lạnh. Điều này giúp làm mát trong mùa hè và sưởi ấm trong mùa đông.
  • Hệ thống tưới sử dụng VĐT điều khiển tự động.
  • Máy rửa bát và máy giặt sử dụng VĐT để kiểm soát dòng chảy của nước.
  • Hệ thống điều hòa không khí sử dụng van điện từ để kiểm soát áp suất không khí.
  • Van điện từ được sử dụng trong hệ thống khóa tự động cho khóa cửa.
  • Thiết bị y tế và nha khoa sử dụng VĐT để kiểm soát lưu lượng, hướng và áp suất của chất lỏng.
  • Bồn nước sử dụng van điện từ để kiểm soát dòng nước vào hoặc ra, thường kết hợp với công tắc phao .
  • Rửa xe để kiểm soát lưu lượng nước và xà phòng.
  • Thiết bị vệ sinh công nghiệp

7. Câu hỏi thường gặp

Van điện từ dùng để làm gì?

Van điện từ được sử dụng để mở, đóng, trộn hoặc chuyển hướng môi chất trong một ứng dụng. Chúng được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau từ máy rửa bát đĩa, ô tô và tưới tiêu.

Làm thế nào bạn có thể biết liệu cuộn điện từ đang có vấn đề?

Nếu van điện từ không thể mở hoặc đóng, bị hở một phần, phát ra tiếng ồn ào hoặc cuộn dây bị cháy, bạn cần khắc phục sự cố các bộ phận dẫn điện của van. 

Làm cách nào để chọn van điện từ?

Khi chọn van điện từ, điều quan trọng là phải biết môi chất của bạn. Tùy thuộc vào yêu cầu về môi chất và lưu lượng, hãy chọn vật liệu, kích thước lỗ, nhiệt độ, áp suất, điện áp, thời gian đáp ứng và chứng nhận cần thiết cho ứng dụng của bạn. 

Solenoid là gì?

Cuộn Điện từ là một cuộn dây điện được quấn quanh một chất sắt từ (chẳng hạn như sắt), hoạt động như một nam châm điện khi có dòng điện chạy qua nó.

Làm thế nào để một cuộn điện từ hoạt động?

Khi cho dòng điện chạy qua cuộn dây sẽ tạo ra điện từ trường. Trường điện từ này làm cho pít tông di chuyển lên hoặc xuống. Cơ chế này được sử dụng bởi VĐT để mở hoặc đóng van.

Bài viết này chỉ thảo luận về van điện từ 2 chiều và 3 chiều. Van điện từ tỷ lệ và khí nén được thảo luận trong các bài viết riêng biệt trong các phần sau


Cảm ơn Bạn đã đọc bài chia sẻ

Chúc Bạn thành công!

Tâm Mr. – Admin

Bài viết được tham khảo từ Tameson . com

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *