Solenoider — enhet, drift, applikasjon

Denne artikkelen vil fokusere på solenoider. Først vil vi vurdere den teoretiske siden av dette emnet, deretter den praktiske, hvor vi vil legge merke til bruksområdene til solenoider i forskjellige moduser for deres arbeid.

En solenoid er en sylindrisk spole hvis lengde er mye større enn diameteren. Selve ordet solenoid er dannet av en kombinasjon av to ord - solen og eidos, hvorav det første oversettes som rør, det andre - lignende. Det vil si at en solenoid er en spole formet som et rør.

Solenoider i vid forstand er induktorer viklet av en ledning på en sylindrisk ramme, som kan være enkeltlags eller flerlags... Siden lengden på spolen til en solenoid i stor grad overstiger dens diameter, så når en likestrøm påføres gjennom en slik spole, inne i den, i det indre hulrommet, dannes et nesten jevnt magnetfelt.

Solenoider blir ofte referert til noen aktuatorer på et elektromekanisk driftsprinsipp, for eksempel en magnetventil for automatisk girkasse i en bil eller et startrelé.Som regel fungerer den ferromagnetiske kjernen som en tilbaketrukket del og selve solenoiden utstyrt med en magnetisk kjerne på utsiden, det såkalte ferromagnetiske åket.

Hvis det ikke er noe magnetisk materiale i utformingen av solenoiden, vil det dannes et magnetfelt langs spolens akse når en likestrøm strømmer gjennom ledningen, hvis induksjon er numerisk lik:

Hvor, N er antall omdreininger i solenoiden, l er lengden på solenoidspolen, I er strømmen i solenoiden, μ0 er den magnetiske permeabiliteten til vakuumet.

Ved endene av solenoiden er den magnetiske induksjonen halvparten av den inne i den, fordi begge halvdelene av solenoiden ved deres kryss gir et like stort bidrag til magnetfeltet som skapes av solenoidstrømmen. Dette kan sies for en semi-uendelig solenoid eller for en spole som er lang nok for diameteren på rammen. Den magnetiske induksjonen ved kantene vil være lik:

Siden solenoiden primært er en induktiv spole, som en hvilken som helst spole med en induktans, er solenoiden i stand til å lagre energi i et magnetfelt numerisk lik arbeidet kilden gjør for å skape en strøm i spolen som genererer solenoidens magnetfelt:

En endring i strømmen i spolen vil føre til utseendet til en EMF av selvinduksjon, og spenningen ved endene av ledningen til solenoidspolen vil være lik:

Induktansen til solenoiden vil være lik:

Der V er volumet til solenoiden, z er lengden på ledningen i solenoidspolen, n er antall omdreininger per lengdeenhet av solenoiden, l er lengden på solenoiden, μ0 er den magnetiske vakuumpermeabiliteten.

Når en vekselstrøm flyter gjennom solenoidtråden, vil magnetfeltet til solenoiden også være vekslende. AC-motstanden til en solenoid er kompleks av natur og inkluderer både aktive og reaktive komponenter bestemt av spolens induktans og aktive motstand.

Praktisk bruk av solenoider

Solenoider brukes i mange industrielle og sivile applikasjoner. Ofte er lineære stasjoner bare et eksempel på DC-solenoiddrift. Sjekk saksene i kasseapparatet, motorventiler, startrelé, hydraulikkventiler osv. I vekselstrøm fungerer solenoider som induktorer smeltedigelovner.

Magnetspoler er som regel laget av kobber, sjeldnere av aluminiumtråd I høyteknologiske industrier brukes superledende spoler. Kjernene kan være jern, støpejern, ferritt eller andre legeringer, ofte i form av en bunt med plater, eller de er kanskje ikke tilstede i det hele tatt.

Avhengig av formålet med den elektriske maskinen, er kjernen laget av et eller annet materiale. Utstyr som løfting av elektromagneter, sortering av frø, rengjøring av kull, etc. Deretter skal vi se på noen eksempler på bruk av solenoider.

Line magnetventil

Ved å legge spenning på magnetspolen, presses ventilskiven fast mot pilotporten av en fjær og ledningen lukkes. Når strøm påføres ventilspolen, stiger ankeret og tilhørende ventilskive, trukket av spolen, motvirker fjæren og åpner pilothullet.

Forskjellen i trykk på forskjellige sider av ventilen fører til at væsken beveger seg i rørledningen, og så lenge det tilføres spenning til ventilspolen, er rørledningen ikke blokkert.

Når solenoiden er slått av, holder ikke fjæren lenger noe tilbake, og ventilen suser ned og blokkerer pilothullet. Rørledningen er stengt igjen.

Bil elektromagnetisk startrelé

En startmotor er egentlig en kraftig likestrømsmotor som drives av bilens batteri. Ved start av motoren må startgiret (bendix) raskt kobles inn en stund med veivakselens svinghjul, og samtidig slås startmotoren på. Solenoiden her er startmagnetspolen.

Retractorreléet er montert på starthuset og når strøm tilføres reléspolen, trekkes en jernkjerne koblet til en mekanisme som beveger giret fremover. Etter at motoren er startet, brytes strømforsyningen av reléspolen og giret returneres tilbake takket være fjæren.

Magnetlås

I elektromagnetiske låser drives bolten av kraften fra en elektromagnet. Slike låser brukes i adgangskontrollsystemer og sluseportsystemer. En dør utstyrt med en slik lås kan bare åpnes i løpet av kontrollsignalets gyldighetsperiode. Etter å ha fjernet dette signalet, vil den lukkede døren forbli låst, uavhengig av om den ble åpnet.

Fordelene med solenoidlåser inkluderer designen deres - den er mye enklere enn motorlåsen, mer slitesterk. Som du kan se, er solenoiden igjen sammenkoblet med en returfjær.

Induktor med solenoid ved oppvarming

Solenoid multiturn induktorer brukes vanligvis til oppvarming. Induktorspolen er laget av vannkjølt kobberrør eller kobberskinne.

I mellomfrekvente installasjoner brukes enkeltlags viklinger, og i industrielle frekvensviklinger kan viklingen være ettlags eller flerlags. Dette skyldes en mulig reduksjon av elektriske tap i induktoren og med betingelsene for samsvar med belastningsparametrene og med spenningsparametrene og strømforsyningens effektfaktor. For å sikre stivheten til den induktive spolen, brukes kittet oftest mellom de endelige asbestsementplatene.

I moderne installasjoner induksjonsherding og oppvarming Solenoider fungerer i høyfrekvent AC-modus, så de trenger vanligvis ikke en ferromagnetisk kjerne.

Magnetmotor

I enspols solenoidmotorer resulterer inn- og utkobling av driftsspolen i en mekanisk bevegelse av sveivmekanismen, og returen gjøres av en fjær, lik det som skjer i en magnetventil og magnetlås.

I flerviklingsmagnetmotorer utføres den vekslende aktiveringen av spolene ved hjelp av ventiler.Til hver spole tilføres strømmen fra strømkilden i en av halvsyklusene til sinusspenningen. Kjernen blir suksessivt tiltrukket av den ene eller den andre spolen, gjør en frem- og tilbakegående bevegelse, og driver veivakselen eller hjulet til å rotere.

Solenoider i forsøksanlegg

Eksperimentelle installasjoner som ATLAS-detektoren som opererer ved Large Hadron Collider ved CERN bruker kraftige elektromagneter som også inkluderer solenoider. Partikkelfysikkeksperimenter utføres for å oppdage materiens byggesteiner og for å undersøke de grunnleggende naturkreftene som opprettholder universet vårt.

Tesla spoler

Til slutt bruker kjennere av arven fra Nikola Tesla alltid solenoider for å bygge spoler. Sekundærviklingen til en Tesla-transformator er ikke annet enn en solenoid. Og lengden på ledningen i spolen viser seg å være veldig viktig, fordi byggerne av spolene her bruker solenoider ikke som elektromagneter, men som bølgeledere, som resonatorer, der det, som i enhver oscillerende krets, ikke bare er induktansen til ledningen, men også kapasitansen dannet i dette tilfellet fra tett avstand til venn i svinger. Forresten, toroiden på toppen av sekundærviklingen er designet for å kompensere for denne distribuerte kapasitansen.

Vi håper at artikkelen vår var nyttig for deg, og nå vet du hva en solenoid er og hvor mange bruksområder det er i den moderne verden, fordi vi ikke listet dem alle.