¿Cómo afecta la fluctuación de voltaje el rendimiento de las válvulas eléctricas?
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Las válvulas eléctricas convierten la energía eléctrica en energía mecánica para impulsar el movimiento del núcleo de la válvula para regular o cortar el fluido. Este proceso de conversión de energía depende en gran medida de un voltaje de suministro estable y dentro de la especificación. Sin embargo, en entornos industriales reales, el voltaje de suministro no siempre es constante. Factores como las fluctuaciones de carga de la red eléctrica, pérdidas de línea y el inicio y la parada de equipos grandes pueden causar cambios en el voltaje de suministro. Esta fluctuación de voltaje, ya sea por encima o por debajo del valor nominal, tendrá un impacto significativo en el rendimiento de la válvula eléctrica. Comprender estos efectos y tomar medidas correspondientes son requisitos previos necesarios para garantizar el funcionamiento estable a largo plazo de las válvulas eléctricas.
Cuando la válvula eléctrica encuentra un voltaje de suministro inferior al límite inferior de su rango nominal, el impacto más directo es que la salida de torque del motor de accionamiento disminuirá significativamente. El par de salida de un motor suele ser proporcional al cuadrado del voltaje, por lo que una pequeña reducción en el voltaje puede provocar una gran reducción en el par. Esta atenuación de par significa que la capacidad del motor para superar la resistencia operativa de la válvula (incluida la presión media, la fricción de empaquetado, la fuerza de sellado del asiento de la válvula, etc.) se debilita enormemente.
Las manifestaciones específicas incluyen: el proceso de apertura o cierre de la válvula es anormalmente lento y no puede alcanzar el tiempo de viaje diseñado; En el momento inicial en el que necesita superar una gran fuerza de fricción estática o diferencia de presión, el motor puede no ser capaz de comenzar y está en un estado "atascado"; o la válvula puede estar estancada debido al aumento de la resistencia en el medio y no se puede abrir completamente o cerrarse por completo, lo que resulta en la interrupción del proceso o la fuga interna, afectando la calidad del producto o causando la pérdida de material. Lo que es más grave es que cuando el motor intenta emitir el par a bajo voltaje, si la carga es demasiado pesada y la velocidad disminuye o incluso se estanca, la corriente del estator aumentará bruscamente (cerca de la corriente del rotor bloqueado), excediendo con creces la corriente de funcionamiento nominal. Esto hará que la temperatura del devanado aumente bruscamente en un corto período de tiempo, lo que puede quemar fácilmente el aislamiento del motor y causar daños permanentes.
Riesgo de voltaje excesivo
Al contrario del bajo voltaje, cuando el voltaje de suministro excede el límite superior del voltaje de funcionamiento nominal de la válvula eléctrica, también causará una serie de problemas. El voltaje excesivo obligará al motor a trabajar en un estado saturado o cercano al circuito magnético, lo que provoca pérdidas de histéresis y pérdidas de corriente de Fouca Eddy en el núcleo de hierro para aumentar dramáticamente. Esto hará que la generación de calor general del motor sea mucho más alta de lo normal. Este tipo de sobrecalentamiento continuo es el "asesino crónico" de las válvulas eléctricas. Acelerará el envejecimiento térmico del material de aislamiento del devanado motor, lo que lo hace frágil y agrietado, y la resistencia a aislamiento disminuirá significativamente. Una vez que la resistencia al aislamiento es menor que el voltaje de trabajo o el pico de sobretensión transitoria, se producirá un cortocircuito de la descomposición entre fase o de descomposición del suelo, lo que provocará que el motor se queme.
Al mismo tiempo, la sobrevoltaje también planteará desafíos severos para la unidad de control electrónico dentro de la válvula eléctrica. Los dispositivos semiconductores, como los módulos de potencia, los chips de controladores y las interfaces del sensor, están sujetos a un estrés eléctrico excesivo, lo que puede conducir a una falla prematura, una deriva de parámetros o incluso una descomposición instantánea. Además, aunque la sobrevoltaje puede permitir que el motor emita un mayor torque a corto plazo, traerá una carga de impacto excesiva y el estrés a la caja de cambios de reducción, acelerar el desgaste, la fatiga e incluso la rotura de engranajes y cojinetes, y acortará significativamente la vida útil del mecanismo de transmisión.
Las válvulas eléctricas modernas, especialmente las válvulas eléctricas que regulan, generalmente están equipadas con sistemas de control electrónico complejos para recibir señales de control, monitorear posiciones de válvulas, lograr un posicionamiento preciso y un diagnóstico de fallas y otras funciones. Estos circuitos de control tienen altos requisitos sobre la estabilidad del voltaje de suministro. Las fluctuaciones de voltaje graves o las desviaciones continuas del rango normal interferirán directamente con el trabajo del microprocesador, el circuito de adquisición de señal y la interfaz de comunicación dentro de la unidad de control. Por ejemplo, la inestabilidad de voltaje puede hacer que las lecturas del sensor salten o sean inexactas, lo que hace que se distorsionen las señales de retroalimentación de la posición de la válvula; Puede afectar el funcionamiento normal del algoritmo de control, causando desviaciones u oscilaciones en el posicionamiento de la válvula; También puede interferir con la comunicación con los sistemas de control de nivel superior (como PLC, DCS), causando errores o interrupciones de transmisión de datos. Esta disminución en la precisión del control es inaceptable para procesos industriales que requieren un control preciso de flujo o presión, y pueden conducir a una calidad inestable del producto e incluso accidentes de seguridad.
estrategias de afrontamiento
Para reducir o eliminar los efectos adversos de los cambios de voltaje en el rendimiento de las válvulas eléctricas, se puede adoptar una serie de contramedidas. En la etapa de selección inicial del proyecto, la calidad de la red eléctrica en el sitio debe evaluarse cuidadosamente, y se debe seleccionar un actuador eléctrico con un amplio rango de adaptabilidad de voltaje y buenas características de protección eléctrica (como el voltaje excesivo incorporado, el sobrecalentamiento, la sobrecalentamiento y la protección de la secuencia de fase).
En el diseño del sistema de suministro de alimentación, se debe configurar una línea de fuente de alimentación independiente con suficiente diámetro del cable para la válvula eléctrica para evitar compartir el circuito con grandes cargas de impacto (como motores grandes y máquinas de soldadura) para reducir la caída e interferencia de voltaje de línea. Para situaciones en las que la calidad de la red eléctrica es deficiente o existen requisitos de estabilidad estrictos, se deben invertir equipos de acondicionamiento de energía decisivamente, como instalar un estabilizador de voltaje de CA electrónico de respuesta rápida, una fuente de alimentación UPS de grado industrial con funciones de filtrado y estabilización de voltaje, o usar transformadores de aislamiento y filtros para suprimir el ruido de la red y la interferencia transitoria.
Al mismo tiempo, la operación y el mantenimiento se fortalecen, y los analizadores de calidad de potencia se utilizan regularmente para detectar voltaje, armónicos y otros parámetros del punto de fuente de alimentación de la válvula, a fin de descubrir rápidamente peligros ocultos y lograr un mantenimiento predictivo.
