산업 자동화를 위한 솔레노이드 대 선형 액추에이터

솔레노이드 및 선형 액추에이터는 산업 응용 분야의 표준 장치입니다. 대부분 자동화가 필요한 메커니즘이나 시스템의 움직임을 제어합니다. 피드백 신호가 있는 메인 컨트롤러에서 사용하면 정밀하게 제어되는 움직임이 가능합니다.

솔레노이드란 무엇입니까?

솔레노이드라는 용어는 작동하기 위해 자기장이 필요한 산업 부문의 장치를 나타냅니다. 그것은 전류가 통과할 수 있는 전도 코일을 포함합니다. 코일에 전류가 흐르면서 자기장이 발생하고 코일 내부의 금속 플런저가 자기장의 영향을 받아 움직입니다.

전류가 꺼지면 자기장은 0이 됩니다. 금속 플런저는 더 이상 자기장의 영향을 받지 않으며 자유롭게 움직일 수 있습니다. 플런저에는 0 자기장 하에서 플런저를 초기 위치로 후퇴시키는 스프링이 장착되어 있습니다.

리니어 액츄에이터란 무엇입니까?

선형 액추에이터는 부착된 기계 어셈블리, 일반적으로 로드의 선형 운동을 생성하는 장치입니다. 선형 운동은 다양한 크기와 비율의 기어를 통해 선형 로드에 연결된 내장 모터로 실행됩니다. 모터가 회전함에 따라 기어는 회전 운동을 선형 운동으로 변환합니다.

선형 액추에이터는 일반적으로 직류(DC) 브러시 또는 브러시리스 모터와 12VDC 또는 24VDC와 같은 DC 전원 공급 장치를 사용합니다. 그러나 DC 모터는 필요하지 않습니다. 스테퍼와 인덕션 모터는 부하와 애플리케이션에 따라 선형 액추에이터를 움직일 수도 있습니다. 액츄에이터 이동 방향은 전원 공급 단자를 반대로 하여 쉽게 역전시킬 수 있습니다.

그림 1. 선형 액추에이터. Bola Systems 제공 이미지 사용

선형 액추에이터에는 최소 및 최대 양쪽 끝에 센서가 있어 양쪽 끝에서 로드의 이동을 감지하고 필요한 경우 내부 구성 요소의 손상을 방지하기 위해 추가 움직임을 중지합니다. 선형 액추에이터의 속도는 빠르지 않지만 상당한 힘을 전달할 수 있습니다. 이러한 이유로 선형 액츄에이터는 중량 항목에 대한 모션이 필요한 애플리케이션에 사용됩니다. 일부 선형 액추에이터에는 한계 도달을 나타내는 피드백 신호도 포함되어 있습니다.

선형 막대는 전류가 없을 때 초기 위치로 이동할 수 없습니다. 대신 로드를 초기 위치로 되돌리려면 반대 극성의 DC 전압이 필요합니다.

솔레노이드와 선형 액추에이터 비교

솔레노이드와 선형 액추에이터의 유사점과 차이점을 살펴보겠습니다.

유사성

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두 장치 모두 다른 기계 어셈블리 또는 시스템을 활성화하거나 제어할 수 있습니다.

두 기기 모두 힘이 있는 동작을 전달할 수 있으므로 강력하고 안정적인 작동이 필요한 애플리케이션에 적합합니다.

이 두 장치의 출력은 금속 막대의 선형 운동입니다.

인가된 전압이 남아 있는 한 활성화된 상태를 유지합니다. 전압이 0이 되면 활성화가 중지됩니다.

차이점

솔레노이드와 액츄에이터를 서로 구별하는 몇 가지 주요 영역에는 인가 전압, 동작 방향 및 피드백이 포함됩니다.

인가 전압: 솔레노이드는 작동을 위해 자기장을 사용하기 때문에 활성화 및 동작을 위해 교류(AC) 전압이 필요하며 AC 전압만이 자기장을 생성할 수 있습니다. 선형 액추에이터는 AC 전압으로 작동할 수 없는 DC 모터를 사용하는 경향이 있습니다.

동작 방향: 솔레노이드는 한 방향으로만 동작을 생성할 수 있습니다. 전압이 가해지지 않으면 힘이 멈추고 기계적 플런저는 스프링이 장착되어 초기 위치로 돌아가지 않는 한 그대로 유지됩니다.

그림 2. 선형 액추에이터의 기본 동작. Bcraig15 제공 이미지 사용

선형 액추에이터는 정방향 및 역방향 모두로 이동할 수 있습니다. 액츄에이터 단자에서 인가된 DC 전압의 극성을 변경하여 수행됩니다. 이렇게 하면 부착된 어셈블리를 양방향으로 제어할 수 있습니다. 리니어 액츄에이터의 위치는 전압이 인가되지 않은 상태에서도 현재 위치에 고정되어 있습니다.

의견: 솔레노이드는 로드 위치 추적을 허용하지 않으며 모션이 최대 위치의 단일 단계에 있기 때문에 위치 피드백을 구현할 수도 없습니다. 대신 외부에 부착된 어셈블리나 기계 시스템의 피드백을 통해 솔레노이드의 상태를 제공하고 솔레노이드를 모니터링할 수 있습니다.

선형 액추에이터는 최소 및 최대 제한 위치를 기반으로 동작에 대한 직접적인 피드백을 제공할 수 있습니다. 전체 움직임은 외부 센서와 제어 회로로 추적할 수도 있습니다. 고급 버전은 또한 외부 부품이나 회로를 사용하지 않고 위치 피드백 기능을 내장할 수 있습니다.

솔레노이드 및 선형 액추에이터의 산업 응용

솔레노이드 및 선형 액추에이터의 일부 산업 응용 프로그램을 살펴보겠습니다.

솔레노이드

밸브: 솔레노이드는 솔레노이드 밸브라고 하는 밸브와 함께 사용할 수 있습니다. 솔레노이드 밸브는 물 및 증기와 같은 유체가 관련된 산업 응용 분야에서 일반적입니다. 밸브를 켜고 끄고 사람의 개입 없이 유체 공급을 전환하는 효과적인 방법을 제공합니다.

그림 3. 솔레노이드 밸브는 산업용 냉동에 사용됩니다. 이미지 사용:Danfoss 제공

솔레노이드 밸브의 일반적인 적용 분야에는 식음료, 제약, HVAC 및 유틸리티 장비가 포함됩니다.

접촉기 및 릴레이: 솔레노이드 코일은 또한 전기 및 전자 회로의 개발에도 사용되는 접촉기 및 릴레이에 일반적으로 사용됩니다. 솔레노이드 코일은 접점에 연결되며 접점을 만들거나 끊기 위해 이동할 수 있습니다. 코일은 일반적으로 메인 컨트롤러 또는 PLC(프로그래머블 로직 컨트롤러)에서 나오는 외부 소스 공급 전압으로 활성화 및 비활성화됩니다.

상시 개방(NO) 접점의 경우 코일에 전원이 공급되면 접점이 만들어지고 소스 전압이 단자 접점에 연결됩니다. 마찬가지로 코일의 전원이 차단되면 접점이 끊어져 소스 전압이 단자 소스로 연결되지 않습니다. NC(Normally Closed) 접점의 경우 반대 현상이 발생합니다.

잠금 메커니즘: 솔레노이드 코일은 제조 산업에서 잠금 메커니즘으로도 활용될 수 있습니다. 솔레노이드 코일은 전원이 공급되면 잠금을 활성화하고 전원이 차단되면 잠금을 비활성화합니다. 잠금 메커니즘은 제품이나 사람의 안전을 보장하기 위해 다른 기계 부품에 사용할 수 있습니다. 기계가 작동 중일 때 잠금 장치가 작동하여 움직이거나 위험한 부분에 대한 접근을 제한합니다.

예를 들어, 제약 산업에서 사용되는 통과 상자의 잠금 장치는 특정 기간 동안 도어 열림을 제한하고 양쪽이 동시에 열리는 것을 방지합니다.

선형 액추에이터

선형 액추에이터의 일부 응용 분야를 살펴보겠습니다.

공조: HVAC 구성 요소 규제에는 송풍기 속도 및 냉각수 공급과 같은 다양한 매개변수의 변경이 필요하기 때문에 선형 액추에이터는 공기 처리 장치(AHU)와 같은 HVAC 구성 요소의 필수적인 부분입니다. 예를 들어, AHU에서 선형 액추에이터는 공기 댐퍼를 열고 닫고 공급 영역의 공기 흐름을 제어합니다.

포장 기계: 선형 액추에이터는 포장 기계에 사용되며 공압 기반 스트로크 시스템을 대체하기 시작했습니다. 삽입 및 박싱을 포함한 많은 기능을 실행합니다.

선형 액추에이터는 힘으로 기능을 실행할 수 있어 포장 작업에 가장 적합하여 중량 항목을 처리할 수 있습니다. 스트로크 길이는 패키지 요구 사항에 따라 달라질 수 있으므로 변경 없이 다양한 치수와 크기의 물체를 사용할 수 있습니다. 이는 장비 사용자가 전환 시간을 줄이고 생산성을 높이는 데 도움이 됩니다. 다른 장점으로는 손쉬운 청소 및 유지 관리가 있습니다.

PLC 및 자동화 시스템의 발전으로 기계 제조업체는 비용 효율적이고 효율적인 기계를 제공할 수 있게 되어 모든 산업의 전반적인 성공에 기여했습니다. 그러나 자동화 시스템만으로는 충분하지 않습니다. 프로세스 요구 사항에 따라 작동할 수 있고 자동화 시스템과 호환되며 그에 따라 통신할 수 있는 기계적 구성 요소가 필요합니다.

솔레노이드와 선형 액추에이터는 이러한 많은 기계적 구성 요소 중 두 가지입니다. 최신 자동화 시스템으로 공정 매개변수를 제공하기 위해 다양한 산업 분야에서 사용됩니다. 이를 통해 제조업체는 에너지 효율이 낮고 생산적인 구성 요소를 교체하여 효율적인 시스템으로 마이그레이션할 수 있습니다.