Tipos de solenoides

Hay dos categorías principales de solenoides:

Giratorio

Lineal

Los solenoides lineales tienen aplicaciones en electrodomésticos, máquinas vendedoras, seguros de puerta, cambiadores de monedas, disyuntores de circuito, bombas, aparatos médicos, transmisiones automotrices y máquinas postales, por nombrar sólo unas cuantas. 

Los solenoides giratorios tienen aplicaciones en máquinas herramientas, rayos láser, procesamiento fotográfico, almacenamiento de medios, aparatos médicos, clasificadores, cierres de puertas contra incendios,  y máquinas postales, por nombrar sólo unas cuantas.

Los solenoides se usan en casi cualquier industria concebible del mundo y son bien conocidos por ser una alternativa de actuación eficiente, asequible y fiable.

Ocho consideraciones de aplicación esenciales al diseñar un solenoide en su ensamblaje

• Carrera
• Fuerza o par
• Tensión
• Corriente / energía
• Ciclo de servicio
• Temperatura
• Tiempo/velocidad de operación
• Aspectos ambientales
• CA / CD
• Vida útil

Carrera – al aplicar solenoides, mantenga la carrera tan breve como sea posible para mantener el tamaño, peso y consumo de energía al mínimo.

Fuerza – se aplica a productos lineales. La fuerza de arranque típicamente es más importante que la fuerza de terminación.  Se sugiere un factor de seguridad de 1.5. Por ejemplo, una aplicación que requiera 3 libras de fuerza deberá emplear un solenoide que proporcione al menos 4.5 libras de fuerza.  La fuerza es inversamente proporcional al cuadrado del entrehierro con los diseños de émbolo de cara plana.  El entrehierro es el espacio en el circuito magnético que permite que la armadura se mueva sin interferencia y el flujo magnético para circular con resistencia mínima (reluctancia).

Para determinar sus requisitos de fuerza o par, debe tomar en cuenta lo siguiente:

• La carga real que está moviendo
• Fuerza o par de resorte de retorno
• Cargas por fricción
• Aumento de temperatura
• Ciclo de servicio
• Orientación del solenoide respecto a la gravedad  (el peso del émbolo se suma o resta dependiendo de cómo esté montado el solenoide.
  
  

En los solenoides lineales, se puede modificar la fuerza debido a la forma del émbolo usado.  Se usa un émbolo de cara cónica para aplicaciones de carrera media a larga.  El entrehierro efectivo cambia para convertirse una fracción de la carrera real.  Los émbolos de cara plana émbolo se usan para aplicaciones de carrera corta.  Los émbolos de cara cónica escalonada pueden proporcionar varias carreras  (media a larga) dependiendo del ángulo del escalón. Presentan ventajas para los requisitos de alta fuerza de retención.

Par – se aplica a los productos giratorios.  El par de arranque típicamente es más importante que el de terminación.  Se sugiere un factor de seguridad de 1.5. Por ejemplo, una aplicación que requiera 3 libras de par deberá emplear un solenoide que proporcione al menos 4.5 libras de par.  El par producido por los solenoides giratorios Ledex™ es inversamente proporcional a la longitud total de la carrera.  Cuanto más larga sea la carrera, más baja será la salida de par.  Cuanto más corta sea la carrera, más alta será la salida de par.

Tensión – la fuente de tensión determina el devanado de bobina a usar en el solenoide adecuado.  Las clasificaciones comunes de fuente de alimentación de CD son 6,12,24,36 y 48 VCD.  Solenoides de CA vs. CD – Los solenoides de CA se usan más frecuentemente en electrodomésticos.  En general los solenoides de CA se especificaban cuando había un alto costo en la rectificación a CD.  Los solenoides de CA típicamente requieren el doble de la energía de irrupción de un solenoide de CD equivalente.  En consecuencia, para las aplicaciones de hoy en día se eligen más solenoides de CD.

Corriente / energía – La fuerza producida por un solenoide de CD es proporcional al cuadrado del número de vueltas (N) en el devanado de bobina multiplicado por la corriente (I).  Esto determina los amperes-vueltas o NI.  Los requisitos de bobina del solenoide deben ser iguales a la fuente de alimentación.

ciclo de servicio – El ciclo de servicio de su aplicación es la relación del "tiempo encendido" dividido entre el tiempo total para un ciclo completo (encendido + apagado).  El ciclo de servicio normalmente se expresa como un porcentaje o una fracción (50%, 100%).  Una representación más simplista del ciclo de servicio es llamar a todos los solenoides con servicio menor a < 100% "intermitentes" y a los de servicio al 100% solenoides "continuos".  Todos los solenoides de servicio intermitentes (menos de 100% de ciclo de servicio) también deben tener un "tiempo de encendido" máximo permitido para evitar el sobrecalentamiento que puede ocasionar una bobina quemada.  El "tiempo de encendido" no debe exceder los límites de disipación de energía de la bobina.  La disipación térmica adecuada y/o el enfriamiento adicional mejora la disipación de calor que permite un rango de ciclo de servicio más amplio.  Se debe prestar atención a los datos de "tiempo encendido" máximos proporcionados junto con el cálculo de ciclo de servicio para evitar daño a los solenoides.  Por ejemplo, aunque una aplicación con un tiempo de ciclo de una hora y un tiempo apagado de 3 horas puede calcularse como un ciclo de servicio de 25%, en la práctica esto no es realista. Una aplicación de solenoide más realista podría ser un tiempo encendido de un segundo y un tiempo de apagado de 3 segundos para el mismo ciclo de servicio de 25%.

Temperatura – Se debe considerar tanto la temperatura ambiente del ambiente del solenoide como el autocalentamiento del solenoide en funcionamiento.  La resistencia de la bobina varía con la temperatura que afecta la salida de fuerza.  La temperatura de autocalentamiento está dictada por el ciclo de servicio.  cada aumento de 1° por encima de 20° C es igual a un aumento de 0.39% de la resistencia nominal; lo que reduce la salida de fuerza o par.  Hay varias maneras de compensar las restricciones de temperatura:

• Especificar una bobina clase C
• Especificar una bobina sobremoldeada
• Usar un solenoide giratorio modelo E vs. el modelo S
• Actuar a un nivel de potencia y cortar a un nivel de potencia reducido para retención (recoger y sostener)
• Usar un solenoide de enganche
• Usar un solenoide con varios devanados
• Operar en forma intermitente, no en servicio continuo
• Usar un solenoide mayor
• Usar un disipador de calor
• Agregar un ventilador de enfriamiento

El factor limitante de temperatura de operación de un solenoide es el material aislante del alambre magneto que se usa.  Clases de aislamiento:

• Clase B- 130°C
• Clase F- 155 °C
• Clase H- 180 °C
• Clase C- 220 °C

Un solenoide típico requiere 10% de la corriente normal para permanecer energizado.  Para lograrlo, use uno de los elementos siguientes:

• Resistencia de retención mecánica
• Descarga de condensador y resistencia de retención
• Circuito de retención transistorizado
• Modulación de ancho de pulso
• Recoger y retener  
• Tensión doble
• Varias bobinas

Tiempo/velocidad de operación – Los factores que afectan el tiempo y la velocidad incluyen la masa de la carga, la potencia/vatios disponibles y la carrera.  La desenergización también juega un papel importante y es afectada por el entrehierro, supresión de bobina, mecanismo de retorno del émbolo o armadura, y el magnetismo residual. 

• El entrehierro es el espacio en el circuito magnético que permite que la armadura se mueva sin interferencia y el flujo magnético para fluir con resistencia mínima (reluctancia).  Cuanto más pequeño es el entrehierro, más tiempo necesita para disminuir el campo magnético resultante de la bobina excitada. Esto causa un tiempo de desenergizado más largo. 
• La aplicación de dispositivos de protección electrónica para reducir picos causados al interrumpir la corriente en la bobina es necesaria para garantizar la protección de su dispositivo de conmutación.  La supresión de bobina tiende a aumentar el tiempo de desenergizado del solenoide.
  
  
• Puesto que los solenoides tienen fuerza sólo en una dirección, debe haber una fuerza de restauración (como la gravedad o un resorte) para devolver el solenoide a la posición de arranque o desenergizada.  Esto ubica al solenoide para la siguiente operación.
  
  
• Las superficies del entrehierro de un solenoide se vuelven el polo norte y sur de un imán cuando se energizan.  Cuando el solenoide está apagado, sigue existiendo entre los polos una atracción magnética pequeña pero mensurable llamada magnetismo residual.  El magnetismo residual se puede reducir al construir las piezas del solenoide de hiperaleaciones o al aumentar el tamaño del entrehierro.
  
  

Aspectos ambientales – Se deben señalar muchos factores ambientales al elegir un solenoide.  Entre ellos están temperatura, arena / polvo, humedad, impacto, vibración, vacío, productos químicos y polvo de papel.

Vida útil del solenoide – La vida útil se determina y es optimizada por:

• Sistema de cojinete y acabado de la superficie del eje
• Carga lateral y alineación de la carga
• Impedir que las piezas del polo choquen entre sí
• Reducir el impacto al desenergizar

as expectativas de vida útil de un solenoide van de 50 mil ciclos a más de 100 millones de ciclos.

Solenoides adaptados a la medida -   80% de los solenoides usados son diseños a la medida.  Las modificaciones típicas incluyen terminación, cables de conexión, configuraciones de émbolo, extensiones de eje, cambios de montaje y articulaciones.

Sugerencias de aplicaciones -

• Para lograr una vida útil prolongada, intente las siguientes opciones:
  • Empuje la carga por el extremo de la armadura de un solenoide giratorio en lugar de por el extremo de la base
  • Use cojinetes de vespel o de oilita en un diseño de solenoide de bajo perfil
  • Use cojinetes de anillo doble o un surco en el eje para actuar como depósito de lubricante
  • Use acoples de nylon con carga de vidrio o con carga de carbón
• Para lograr un mejor desempeño de para / fuerza de retención intente las siguientes opciones:
  • Use pistas de las bolas endentadas en un solenoide giratorio
  • Use piezas de polo planas
  • Use solenoides de enganche
• Para determinar la temperatura a la que una bobina se estabilizó siga esta sentencia de pasos:
  • Mida la resistencia de bobina a temperatura ambiente
  • Mida la corriente a la temperatura estabilizada y determina la resistencia de bobina usando la ley de Ohm
  • Divida esta resistencia entre la resistencia a temperatura ambiente para obtener el factor de resistencia
  • Usando la tabla de factores de resistencia, lea la temperatura a la que se estabilizó la bobina del solenoide.
    
    
• Para compensar un aumento de temperatura:
  • Monte el solenoide en una superficie metálica (disipador de calor)
  • Use un ventilador
  • Usar un solenoide mayor
  • Opere a menos de 100% de ciclo de servicio
  • Considere usar una clase de aislamiento más alta
  • Use un solenoide con varios devanados
  • Use un circuito de tipo "recoger y retener", como un PWM