Solenoizi — dispozitiv, funcționare, aplicație

Acest articol se va concentra pe solenoizi. Mai întâi vom lua în considerare latura teoretică a acestui subiect, apoi cea practică, unde vom nota domeniile de aplicare a solenoizilor în diferite moduri de lucru ale acestora.

Un solenoid este o bobină cilindrică a cărei lungime este mult mai mare decât diametrul său. Cuvântul solenoid în sine este format dintr-o combinație de două cuvinte - solen și eidos, primul dintre care se traduce prin tub, al doilea - similar. Adică, un solenoid este o bobină în formă de tub.

Solenoizii în sens larg sunt inductori înfășurați de un fir pe un cadru cilindric, care poate fi cu un singur strat sau cu mai multe straturi... Deoarece lungimea bobinei unui solenoid depășește cu mult diametrul acestuia, atunci când se aplică un curent continuu printr-o astfel de bobină, în interiorul acesteia, în cavitatea internă, se formează un câmp magnetic aproape uniform.

Solenoizii sunt adesea referiți la unele actuatoare pe un principiu electromecanic de funcționare, cum ar fi o supapă solenoidă a transmisiei automate într-o mașină sau un releu de retragere a demarorului.De regulă, miezul feromagnetic acționează ca o parte retrasă și solenoidul în sine prevazut cu un miez magnetic la exterior, așa-numitul jug feromagnetic.

Dacă nu există material magnetic în proiectarea solenoidului, atunci când un curent continuu trece prin fir, se formează un câmp magnetic de-a lungul axei bobinei, a cărui inducție este numeric egală cu:

Unde, N este numărul de spire în solenoid, l este lungimea bobinei solenoidului, I este curentul în solenoid, μ0 este permeabilitatea magnetică a vidului.

La capetele solenoidului, inducția magnetică este jumătate din cea din interiorul acestuia, deoarece ambele jumătăți ale solenoidului la joncțiunea lor contribuie în mod egal la câmpul magnetic creat de curentul solenoidului. Acest lucru se poate spune pentru un solenoid semi-infinit sau pentru o bobină suficient de lungă pentru diametrul cadrului. Inducția magnetică la margini va fi egală cu:

Deoarece solenoidul este în primul rând o bobină inductivă, ca orice bobină cu o inductanță, solenoidul este capabil să stocheze energie într-un câmp magnetic egal numeric cu munca pe care o face sursa pentru a crea un curent în bobină care generează câmpul magnetic al solenoidului:

O modificare a curentului în bobină va duce la apariția unui EMF de auto-inducție, iar tensiunea la capetele firului bobinei solenoidului va fi egală cu:

Inductanța solenoidului va fi egală cu:

Unde V este volumul solenoidului, z este lungimea firului din bobina solenoidului, n este numărul de spire pe unitatea de lungime a solenoidului, l este lungimea solenoidului, μ0 este permeabilitatea magnetică în vid.

Când un curent alternativ trece prin firul solenoidului, câmpul magnetic al solenoidului va fi și el alternativ. Rezistența AC a unui solenoid este de natură complexă și include atât componente active, cât și componente reactive determinate de inductanța și rezistența activă a bobinei.

Utilizarea practică a solenoizilor

Solenoizii sunt utilizați în multe aplicații industriale și civile. Adesea, acționările liniare sunt doar un exemplu de funcționare a solenoidului DC. Verificați foarfecele din casele de marcat, supapele motorului, releul de tracțiune demaror, supapele hidraulice etc. În curent alternativ, solenoizii acționează ca inductori cuptoare cu creuzet.

Bobinele solenoide, de regulă, sunt fabricate din cupru, mai rar din sârmă de aluminiu.În industriile de înaltă tehnologie se folosesc bobine supraconductoare. Miezurile pot fi din fier, fontă, ferită sau alte aliaje, adesea sub forma unui mănunchi de foi, sau pot să nu fie prezente deloc.

În funcție de scopul mașinii electrice, miezul este realizat dintr-un material sau altul. Dispozitive precum ridicarea electromagneților, sortarea semințelor, curățarea cărbunelui etc. În continuare ne vom uita la câteva exemple de utilizare a solenoizilor.

Linie electrovalvă

Prin aplicarea tensiunii bobinei solenoidului, discul supapei este apăsat ferm pe portul pilot printr-un arc și linia este închisă. Când se aplică curent bobinei supapei, armătura și discul supapei asociat se ridică, trase de bobină, opunându-se arcului și deschizând orificiul pilot.

Diferența de presiune pe diferite părți ale supapei face ca fluidul să se miște în conductă și, atâta timp cât tensiunea este aplicată bobinei supapei, conducta nu este blocată.

Când solenoidul este oprit, arcul nu mai ține nimic înapoi și supapa se repezi în jos, blocând orificiul pilot. Conducta este din nou închisă.

Releu electromagnetic de pornire auto

Un motor de pornire este în esență un motor DC puternic alimentat de bateria mașinii. În momentul pornirii motorului, angrenajul de pornire (bendix) trebuie cuplat rapid pentru un timp cu volantul arborelui cotit și, în același timp, motorul de pornire este pornit. Solenoidul aici este bobina solenoidului demarorului.

Releul retractor este montat pe carcasa demarorului și atunci când bobina releului este alimentată, este tras un miez de fier conectat la un mecanism care deplasează angrenajul înainte. După ce motorul este pornit, alimentarea cu energie este întreruptă de bobina releului și angrenajul este revenit înapoi datorită arcului.

Blocare cu solenoid

În încuietori electromagnetice, șurubul este antrenat de forța unui electromagnet. Astfel de încuietori sunt utilizate în sistemele de control al accesului și sistemele de ecluză. O ușă echipată cu o astfel de încuietoare poate fi deschisă numai în perioada de valabilitate a semnalului de control. După eliminarea acestui semnal, ușa închisă va rămâne blocată, indiferent dacă a fost deschisă.

Avantajele încuietorilor cu solenoid includ designul lor - este mult mai simplu decât cel al încuietorilor de motor, mai rezistent la uzură. După cum puteți vedea, aici solenoidul este din nou asociat cu un arc de retur.

Inductor cu solenoid prin încălzire

Inductoarele multiturn cu solenoide sunt de obicei folosite pentru încălzire. Bobina inductorului este realizată din tub de cupru răcit cu apă sau bară de cupru.

În instalațiile cu frecvență medie se folosesc înfășurări cu un singur strat, iar în înfășurările industriale de frecvență, înfășurarea poate fi monostrat sau multistrat. Aceasta se datorează unei posibile reduceri a pierderilor electrice în inductor și cu condițiile de conformitate a parametrilor de sarcină și cu parametrii de tensiune și factorul de putere al sursei de alimentare. Pentru a asigura rigiditatea bobinei inductive, chitul acestuia este cel mai des folosit între plăcile finale de azbociment.

În instalațiile moderne întărire prin inducție și încălzire Solenoizii funcționează în modul AC de înaltă frecvență, așa că de obicei nu au nevoie de un miez feromagnetic.

Motor solenoid

La motoarele cu solenoid cu o singură bobină, pornirea și oprirea bobinei de funcționare are ca rezultat o mișcare mecanică a mecanismului manivelei, iar întoarcerea se face printr-un arc, similar cu ceea ce se întâmplă într-o supapă solenoidală și încuietoare cu solenoid.

La motoarele cu solenoide cu mai multe înfăşurări, activarea alternativă a bobinelor se realizează cu ajutorul supapelor.Fiecărei bobine i se furnizează curentul de la sursa de alimentare într-unul din semiciclurile tensiunii sinusoidale. Miezul este atras succesiv de una sau alta bobină, făcând o mișcare alternativă, antrenând arborele cotit sau roata să se rotească.

Solenoizi în instalațiile experimentale

Instalațiile experimentale precum detectorul ATLAS care funcționează la Large Hadron Collider de la CERN folosesc electromagneți puternici care includ și solenoizi. Experimentele de fizică a particulelor sunt efectuate pentru a descoperi elementele de bază ale materiei și pentru a investiga forțele fundamentale ale naturii care susțin universul nostru.

Bobine Tesla

În cele din urmă, cunoscătorii moștenirii lui Nikola Tesla folosesc întotdeauna solenoizi pentru a construi bobine. Înfășurarea secundară a unui transformator Tesla nu este altceva decât un solenoid. Și lungimea firului din bobină se dovedește a fi foarte importantă, deoarece constructorii bobinelor de aici folosesc solenoizi nu ca electromagneți, ci ca ghiduri de undă, ca rezonatoare, în care, ca în orice circuit oscilant, nu există doar inductanța firului, dar și capacitatea formată în acest caz de la distanță apropiată la friend pe ture. Apropo, toroidul din partea superioară a înfășurării secundare este proiectat pentru a compensa această capacitate distribuită.

Sperăm că articolul nostru v-a fost de folos și acum știți ce este un solenoid și câte domenii de aplicare a acestuia există în lumea modernă, pentru că nu le-am enumerat pe toate.