Solenoidy — zariadenie, činnosť, aplikácia

Tento článok sa zameria na solenoidy. Najprv zvážime teoretickú stránku tejto témy, potom praktickú, kde si všimneme oblasti použitia solenoidov v rôznych režimoch ich práce.

Solenoid je valcová cievka, ktorej dĺžka je oveľa väčšia ako jej priemer. Samotné slovo solenoid je tvorené kombináciou dvoch slov - solen a eidos, z ktorých prvé sa prekladá ako trubica, druhé - podobné. To znamená, že solenoid je cievka v tvare trubice.

Solenoidy v širšom zmysle sú induktory navinuté drôtom na valcovom ráme, ktorý môže byť jednovrstvový alebo viacvrstvový... Keďže dĺžka cievky solenoidu značne presahuje jeho priemer, potom pri použití jednosmerného prúdu cez takúto cievku sa v nej vo vnútornej dutine vytvorí takmer rovnomerné magnetické pole.

Elektromagnety sú často označované ako niektoré akčné členy na elektromechanickom princípe činnosti, ako je napríklad solenoidový ventil automatickej prevodovky v aute alebo relé zaťahovania štartéra.Feromagnetické jadro pôsobí spravidla ako zatiahnutá časť a samotný solenoid na vonkajšej strane vybavené magnetickým jadrom, takzvané feromagnetické jarmo.

Ak v konštrukcii solenoidu nie je žiadny magnetický materiál, potom keď drôtom preteká jednosmerný prúd, pozdĺž osi cievky sa vytvorí magnetické pole, ktorého indukcia sa číselne rovná:

Kde, N je počet závitov solenoidu, l je dĺžka cievky solenoidu, I je prúd v solenoide, μ0 je magnetická permeabilita vákua.

Na koncoch solenoidu je magnetická indukcia polovičná ako vo vnútri, pretože obe polovice solenoidu na svojom spojení rovnako prispievajú k magnetickému poľu vytvorenému prúdom solenoidu. Dá sa to povedať o polonekonečnom solenoide alebo o cievke, ktorá je dostatočne dlhá na priemer rámu. Magnetická indukcia na okrajoch sa bude rovnať:

Keďže solenoid je primárne indukčná cievka, ako každá cievka s indukčnosťou, solenoid je schopný ukladať energiu v magnetickom poli, ktoré sa číselne rovná práci, ktorú zdroj vykoná na vytvorenie prúdu v cievke, ktorý generuje magnetické pole solenoidu:

Zmena prúdu v cievke povedie k vzniku EMF samoindukcie a napätie na koncoch drôtu cievky elektromagnetu sa bude rovnať:

Indukčnosť solenoidu sa bude rovnať:

Kde V je objem solenoidu, z je dĺžka drôtu v cievke solenoidu, n je počet závitov na jednotku dĺžky solenoidu, l je dĺžka solenoidu, μ0 je magnetická permeabilita vákua.

Keď cez vodič solenoidu preteká striedavý prúd, magnetické pole solenoidu bude tiež striedavé. Striedavý odpor solenoidu je komplexnej povahy a zahŕňa aktívne aj reaktívne zložky určené indukčnosťou a aktívnym odporom cievky.

Praktické využitie solenoidov

Solenoidy sa používajú v mnohých priemyselných a civilných aplikáciách. Lineárne pohony sú často len príkladom prevádzky DC solenoidu. Skontrolujte nožnice v pokladniach, ventily motora, relé ťahu štartéra, hydraulické ventily atď. Pri striedavom prúde fungujú solenoidy ako induktory téglikové pece.

Solenoidové cievky sú spravidla vyrobené z medi, menej často z hliníkového drôtu.V high-tech odvetviach sa používajú supravodivé cievky. Jadrá môžu byť zo železa, liatiny, feritu alebo iných zliatin, často vo forme zväzku plechov, alebo nemusia byť prítomné vôbec.

V závislosti od účelu elektrického stroja je jadro vyrobené z jedného alebo druhého materiálu. Zariadenia ako zdvíhacie elektromagnety, triedenie semien, čistenie uhlia atď. Ďalej sa pozrieme na niekoľko príkladov použitia solenoidov.

Solenoidový ventil vedenia

Privedením napätia na cievku elektromagnetu je kotúč ventilu pevne pritlačený k pilotnému portu pružinou a vedenie sa uzavrie. Keď je na cievku ventilu privedený prúd, kotva a súvisiaci kotúč ventilu sa zdvihnú, ťahané cievkou, proti pružine a otvoria sa vodiaci otvor.

Rozdiel v tlaku na rôznych stranách ventilu spôsobuje pohyb tekutiny v potrubí a pokiaľ je na cievku ventilu privedené napätie, potrubie nie je zablokované.

Keď je solenoid vypnutý, pružina už nič nedrží a ventil sa ponáhľa nadol, čím zablokuje vodiaci otvor. Potrubie je opäť uzavreté.

Elektromagnetické štartovacie relé do auta

Štartovací motor je v podstate výkonný jednosmerný motor poháňaný batériou auta. V čase štartovania motora treba na chvíľu rýchlo zaradiť štartér (bendix) so zotrvačníkom kľukového hriadeľa a súčasne zapnúť štartér. Solenoid je tu cievka solenoidu štartéra.

Relé navíjača je namontované na skrini štartéra a po privedení energie na cievku relé sa vytiahne železné jadro spojené s mechanizmom, ktorý posúva prevod dopredu. Po naštartovaní motora sa cievkou relé preruší napájanie a prevod sa vďaka pružine vráti späť.

Solenoidový zámok

V elektromagnetických zámkoch je závora poháňaná silou elektromagnetu. Takéto zámky sa používajú v systémoch kontroly prístupu a v systémoch stavidiel. Dvere vybavené takýmto zámkom je možné otvárať len počas doby platnosti ovládacieho signálu. Po odstránení tohto signálu zostanú zatvorené dvere uzamknuté bez ohľadu na to, či boli otvorené.

Výhody solenoidových zámkov zahŕňajú ich dizajn - je oveľa jednoduchší ako zámky motora, odolnejší voči opotrebovaniu. Ako vidíte, tu je solenoid opäť spárovaný s vratnou pružinou.

Induktor so solenoidom zahrievaním

Na vykurovanie sa zvyčajne používajú solenoidové viacotáčkové tlmivky. Cievka induktora je vyrobená z vodou chladenej medenej rúrky alebo medenej prípojnice.

V strednofrekvenčných inštaláciách sa používajú jednovrstvové vinutia a v priemyselných frekvenčných vinutiach môže byť vinutie jednovrstvové alebo viacvrstvové. Je to z dôvodu možného zníženia elektrických strát v tlmivke a podmienok súladu parametrov záťaže a parametrov napätia a účinníka napájacieho zdroja. Na zabezpečenie tuhosti indukčnej cievky sa medzi finálne azbestocementové platne najčastejšie používa jej tmel.

V moderných inštaláciách indukčné kalenie a ohrev Solenoidy pracujú vo vysokofrekvenčnom striedavom režime, takže zvyčajne nepotrebujú feromagnetické jadro.

Solenoidový motor

V jednocievkových solenoidových motoroch má zapnutie a vypnutie ovládacej cievky za následok mechanický pohyb kľukového mechanizmu a návrat sa vykonáva pružinou, podobne ako v prípade solenoidového ventilu a solenoidového zámku.

U viacvinutých solenoidových motorov sa striedavá aktivácia cievok uskutočňuje pomocou ventilov.Do každej cievky sa privádza prúd zo zdroja v jednom z polcyklov sínusového napätia. Jadro je postupne priťahované jednou alebo druhou cievkou, pričom vykonáva vratný pohyb, čím sa otáča kľukový hriadeľ alebo koleso.

Solenoidy v experimentálnych zariadeniach

Experimentálne inštalácie, ako je detektor ATLAS pracujúci na Veľkom hadrónovom urýchľovači v CERN, využívajú výkonné elektromagnety, ktoré obsahujú aj solenoidy. Experimenty s časticovou fyzikou sa uskutočňujú s cieľom objaviť stavebné kamene hmoty a preskúmať základné prírodné sily, ktoré udržujú náš vesmír.

Tesla cievky

Napokon, znalci odkazu Nikolu Teslu vždy používajú solenoidy na stavbu cievok. Sekundárne vinutie Teslovho transformátora nie je nič iné ako solenoid. A dĺžka drôtu v cievke sa ukazuje ako veľmi dôležitá, pretože stavitelia cievok tu používajú solenoidy nie ako elektromagnety, ale ako vlnovody, ako rezonátory, v ktorých, ako v každom oscilačnom obvode, nie je len indukčnosť drôtu, ale aj kapacita vytvorená v tomto prípade z tesnej blízkosti k priateľovi na otáčkach. Mimochodom, toroid v hornej časti sekundárneho vinutia je navrhnutý tak, aby kompenzoval túto rozloženú kapacitu.

Dúfame, že náš článok bol pre vás užitočný a teraz viete, čo je solenoid a koľko oblastí jeho použitia je v modernom svete, pretože sme ich všetky neuviedli.