Elektrozawór proporcjonalny

Główną zasadą działnia zaworów proporcjonalnych jest regulacja przepływu powietrza, cieczy, i gazów. Charakterystyczna konstrukcja rdzenia sprawia że skok części ruchomej jest wprost proporcjonalny do wartości prądu który przepływa przez elektromagnes.

Gdy zwiększamy przepływ prądu przez cewkę elektromagnetyczną, wówczas zaobserwujemy przyrost siły oddziałującej na trzpień ruchomy. W tym samym momencie następuje przyrost siły reakcji sprężyny zaworu w ciągu jej ściskania. Dzięki odpowiedniej regulacji natężenia przepływu prądu, możemy regulować przepływ obsługiwanego medium w zakresie 0-100% (powietrza, gazu, wody, oleju itd). Prawidłowe działanie elektrozaworu zapewnia sterowanie w postaci sterownika, który instalowany jest na elektromagnesie.

Zależność skoku od siły elektromagnesu – to główny parametr techniczny, który odróżnia elektromagnes proporcjonalny od innych elektromagnesów w zaworach dwupołożeniowych. W tradycyjnych elektrozaworach wystarczy zagwarantować tylko by siła na całym rdzeniu była większa od przeciwdziałającej siły sprężyny, aż do osiągnięcia pozycji skrajnej, czyli oporu. Z kolei w zaworze proporcjonalnym równoważą się siły elektromagnesu i sprężyny, które są proste do ustawienia w poszczególnym punkcie skoku roboczego. Do osiągnięcia tego celu wszystkie charakterystyki elektrozaworów są zmieniane w taki sposób, by dla każdej wartości natężenia prądu pojawiał się płaski odcinek charakterystyki, w którym może nastąpić przecięcie z liniową charakterystyką sprężyny w precyzyjnie podanym punkcie. Powiązany z tą sytuacją skok określa stopień otwarcia zaworu w zależności od natężenia prądu. Dokonując zmiany prądu na elektrozaworze można dokonywać w sposób ciągły wielu zmian zarówno skoku zaworu jak i przepływu, zachowując przy tym stały stosunek ciśnień. 

Cewka elektrozaworu proporcjonalnego, a dokładnie jej indukcyjność, bezpośrednio oddziaływuje na dynamikę zaworu poprzez spowolnienie skoku natężenia prądu po szybkich zmianach napięcia. Siła wzniosu oraz indukcyjność są parametrami ściśle ze sobą powiązanymi i znajdującymi się w obwodzie elektromagnetycznym. Trzeba jednak pamiętać że przy silnych cewkach elektromagnetycznych odpowiedzi prądowe są bardziej bezwładne. Wpływ na dynamikę pracy ma również mechaniczny sposób tarcia kotwicy wraz tłumieniem przepływów cieczy, wypieranej podczas ruchu rdzenia powyżej szczeliny pierścieniowej.

Miarą wydajności regulatora proporcjonalnego o funkcjonowaniu ciągłym do nadążania za szybkimi zmianami sygnałów Input jest np. częstotliwość – 3 dB, przy której znormalizowana amplituda sygnału Output po wzbudzeniu harmonicznym sygnału wejściowego spadnie o 3 dB, w odniesieniu do amplitudy nominalnej.

Dostrojenie elektrozaworów proporcjonalnych z wykorzystaniem zmiennych aktywacji prądem stałym DC jest zasadniczo możliwe, jednak z uwagi na tarcie w punktach prowadzących rdzeń może to powodować pogorszenie wrażliwości na zadziałanie, a także do charakterystyk o dużej histerezie i o strukturze schodkowej.

Wynika to z kolei, iż wszyscy mający w swojej ofercie wzmacniacze, które konwertują znormalizowany sygnał Input w ciągle zmienne wzbudzenie elektromagnetyczne, stawiają na takie sposoby dostrajania, w których rdzeń trwale (także, gdy sygnał wejściowy jest stały) wykonuje ruchy oscylacyjne o niewielkiej amplitudzie w stosunku do każdorazowego własnego położenia równowagi, pozostając wynikiem tego w fazie tarcia ślizgowego.

Regulator proporcjonalny znajduje zastosowanie w wielu branżach, aplikacjach, maszynach i urządzeniach. Zawory proporcjonalne są ważnym elementem wielu bloków siłowniano - ciepłowniczych, gdzie następuje sterowanie silnikami. Bloki siłowniano – ciepłownicze generują ciepło i energię elektryczną dzięki silnikom gazowym. Silnik gazowy odpowiedzialny jest za utrzymanie surowej specyfikacji technicznej spalin oraz jednoczesnym wykorzystywaniu różnych typów gazów. W celu osiągnięcia optymalnego najbardziej bilansowego wyniku spalania należy utrzymywać ściśle dedykowaną proporcję powietrza i paliwa. Ponadto optymalny skład mieszaniny poddany jest regulacji za pomocą cyfrowego układu sterowniczego z użyciem regulatora proporcjonalnego. W dalszym stopniu jednak regulacja obciążenia następuje przy użyciu przepustnicy regulacyjnej. Bowiem znacząca ilość substancji ropopochodnej jest przesyłana przez zawór załączający, a hydrauliczny zawór proporcjonalny na obejściu reguluje wymaganą proporcję paliw oraz powietrza.

Innym przykładem zastosowania elektrozaworów proporcjonalnych jest użycie ich w procesie odzyskiwania par benzyny na stacjach benzynowych. Mając na uwadze zniwelowanie emisji szkodliwych gazów (szczególnie benzenu) na stacjach benzynowych wprowadzono warunek mówiący o obligatoryjnym wykorzystywaniu instalacji odciągających gazy, które powstają w skutek tankowania pojazdów z powrotem do zbiorników podziemnych. Warto przy tym pamiętać by odprowadzany z powrotem gaz odzwierciedlał wielkość pobranej benzyny. Ma to znaczenie dla uzyskania warunków optymalnego powrotu i zredukowania niebezpieczeństwa powstawania nowych emisji w zbiorniku podziemnym (tzw. przemieszczenie emisji). Regulacje prawne warunkują sterowanie strumieniem gazu proporcjonalnie do strumienia benzyny, i właśnie tutaj stosowane są zawory proporcjonalne. Zawór proporcjonalny znajduje się w elektronicznym układzie sterującym, który określa bieżący przepływ benzyny i na jego bazie dokonuje otwarcia wspomnianego elektrozaworu proporcjonalnego. Otwarcie regulatora dokonywane jest zgodnie ze strumieniami benzyny i gazu.