Solenoidit — laite, toiminta, sovellus

Tämä artikkeli keskittyy solenoideihin. Ensin tarkastellaan tämän aiheen teoreettista puolta, sitten käytännön puolta, jossa huomioidaan solenoidien käyttöalueet niiden eri työtavoissa.

Solenoidi on sylinterimäinen kela, jonka pituus on paljon suurempi kuin sen halkaisija. Itse sana solenoid muodostuu kahden sanan - solen ja eidos - yhdistelmästä, joista ensimmäinen tarkoittaa putkea, toinen - samanlaista. Eli solenoidi on putken muotoinen kela.

Solenoidit laajassa merkityksessä ovat sylinterimäiseen runkoon langalla kierrettyjä keloja, jotka voivat olla yksi- tai monikerroksisia... Koska solenoidin käämin pituus ylittää suuresti sen halkaisijan, niin tasavirtaa syötettäessä. sellaisen kelan läpi, sen sisällä, sisäisessä ontelossa muodostuu lähes tasainen magneettikenttä.

Solenoideilla viitataan usein joihinkin toimilaitteisiin sähkömekaanisella toimintaperiaatteella, kuten auton automaattivaihteiston solenoidiventtiilillä tai käynnistimen sisäänvetoreleellä.Yleensä ferromagneettinen ydin toimii sisäänvedettynä osana ja itse solenoidi varustettu magneettisydämellä ulkopuolella, niin sanottu ferromagneettinen ike.

Jos solenoidin suunnittelussa ei ole magneettista materiaalia, silloin kun tasavirta kulkee johdon läpi, käämin akselia pitkin muodostuu magneettikenttä, jonka induktio on numeerisesti yhtä suuri:

Missä N on solenoidin kierrosten lukumäärä, l on solenoidin kelan pituus, I on solenoidin virta, μ0 on tyhjön magneettinen läpäisevyys.

Solenoidin päissä magneettinen induktio on puolet sen sisällä olevasta, koska solenoidin molemmat puolikkaat liitoksessaan vaikuttavat yhtä paljon solenoidivirran luomaan magneettikenttään. Tämä voidaan sanoa puoliääretystä solenoidista tai kelasta, joka on tarpeeksi pitkä kehyksen halkaisijaan nähden. Magneettinen induktio reunoilla on yhtä suuri kuin:

Koska solenoidi on ensisijaisesti induktiivinen kela, kuten mikä tahansa kela, jolla on induktanssi, solenoidi pystyy varastoimaan energiaa magneettikenttään, joka on numeerisesti yhtä suuri kuin työ, jonka lähde tekee luodakseen kelaan virran, joka synnyttää solenoidin magneettikentän:

Kelan virran muutos johtaa itseinduktion EMF:n ilmestymiseen, ja jännite solenoidikäämin johdon päissä on yhtä suuri:

Solenoidin induktanssi on yhtä suuri kuin:

Missä V on solenoidin tilavuus, z on langan pituus solenoidin kelassa, n on kierrosten lukumäärä solenoidin pituusyksikköä kohti, l on solenoidin pituus, μ0 on tyhjiön magneettinen permeabiliteetti.

Kun solenoidilangan läpi kulkee vaihtovirta, solenoidin magneettikenttä on myös vaihtovirta. Solenoidin AC-resistanssi on luonteeltaan monimutkainen ja sisältää sekä aktiivisia että reaktiivisia komponentteja, jotka määräytyvät kelan induktanssin ja aktiivisen resistanssin perusteella.

Solenoidien käytännöllinen käyttö

Solenoideja käytetään monissa teollisuus- ja siviilisovelluksissa. Usein lineaarikäytöt ovat vain esimerkki DC-solenoidin toiminnasta. Tarkista kassakoneiden leikkurit, moottorin venttiilit, käynnistimen vetorele, hydrauliventtiilit jne. Vaihtovirrassa solenoidit toimivat induktoreina upokasuunit.

Solenoidikelat valmistetaan pääsääntöisesti kuparista, harvemmin alumiinilangasta.High-tech-teollisuudessa käytetään suprajohtavia keloja. Sydämet voivat olla rautaa, valurautaa, ferriittiä tai muita seoksia, usein levynippuina, tai niitä ei välttämättä ole ollenkaan.

Sähkökoneen käyttötarkoituksesta riippuen ydin on valmistettu yhdestä tai toisesta materiaalista. Laitteet, kuten sähkömagneettien nosto, siementen lajittelu, hiilen puhdistus jne. Seuraavaksi tarkastellaan joitain esimerkkejä solenoidien käytöstä.

Linjan solenoidiventtiili

Kytkemällä jännite solenoidikäämiin, venttiililevy painetaan lujasti ohjausporttia vasten jousella ja johto sulkeutuu. Kun virta johdetaan venttiilikäämiin, ankkuri ja siihen liittyvä venttiililevy nousevat kelan vetämänä, vastustaen jousta ja avaamalla ohjausreiän.

Paine-ero venttiilin eri puolilla saa nesteen liikkumaan putkilinjassa, ja niin kauan kuin venttiilikäämiin syötetään jännite, putkisto ei tukkeudu.

Kun solenoidi sammutetaan, jousi ei enää pidätä mitään ja venttiili syöksyy alas tukkien ohjausreiän. Putki suljetaan jälleen.

Auton sähkömagneettinen käynnistysrele

Käynnistysmoottori on pohjimmiltaan tehokas DC-moottori, joka saa virtansa auton akusta. Moottoria käynnistettäessä on käynnistysvaihde (bendix) kytkettävä nopeasti hetkeksi kampiakselin vauhtipyörällä ja samalla käynnistettävä käynnistysmoottori. Solenoidi tässä on käynnistyssolenoidin kela.

Kelausrele asennetaan käynnistinkoteloon ja kun relekelaan kytketään virta, vedetään rautasydän, joka on yhdistetty vaihteistoa eteenpäin liikuttavaan mekanismiin. Moottorin käynnistyksen jälkeen relekäämi katkaisee virransyötön ja vaihde palautuu takaisin jousen ansiosta.

Solenoidi lukko

Sähkömagneettisissa lukoissa pulttia ohjaa sähkömagneetin voima. Tällaisia ​​lukkoja käytetään kulunvalvontajärjestelmissä ja sulkujärjestelmissä. Tällaisella lukolla varustettu ovi voidaan avata vain ohjaussignaalin voimassaoloaikana. Tämän signaalin poistamisen jälkeen suljettu ovi pysyy lukittuna riippumatta siitä, onko se avattu.

Solenoidilukkojen etuihin kuuluu niiden muotoilu — se on paljon yksinkertaisempi kuin moottorilukot, kulutusta kestävämpi. Kuten näette, tässä solenoidi on jälleen paritettu palautusjousen kanssa.

Induktori solenoidilla lämmittämällä

Lämmitykseen käytetään yleensä solenoidisia monikierroskeloja. Induktorikela on valmistettu vesijäähdytteisestä kupariputkesta tai kuparikiskosta.

Keskitaajuisissa asennuksissa käytetään yksikerroksisia käämejä, ja teollisuustaajuuskäämeissä käämi voi olla yksikerroksinen tai monikerroksinen. Tämä johtuu induktorin sähköhäviöiden mahdollisesta pienenemisestä ja kuormitusparametrien sekä jänniteparametrien ja tehonlähteen tehokertoimen noudattamisesta. Induktiivisen käämin jäykkyyden varmistamiseksi sen kittiä käytetään useimmiten lopullisten asbestisementtilevyjen välissä.

Nykyaikaisissa asennuksissa induktiokarkaisu ja lämmitys Solenoidit toimivat korkeataajuisessa AC-tilassa, joten ne eivät yleensä tarvitse ferromagneettista ydintä.

Solenoidi moottori

Yksikelaisissa solenoidimoottoreissa käyttökäämin kytkeminen päälle ja pois päältä saa aikaan kampimekanismin mekaanisen liikkeen, ja palautus tapahtuu jousen avulla, kuten tapahtuu solenoidiventtiilissä ja solenoidilukossa.

Monikäämisissä solenoidimoottoreissa käämien vuorotteleva aktivointi tapahtuu venttiilien avulla, jokaiseen kelaan syötetään virtaa virtalähteestä yhdessä sinijännitteen puolijaksoista. Ydintä vetää peräkkäin toinen tai toinen kela, mikä tekee edestakaisen liikkeen ja ajaa kampiakselia tai pyörää pyörimään.

Solenoidit koetiloissa

Kokeellisissa laitteistoissa, kuten CERNin Large Hadron Colliderissa toimiva ATLAS-ilmaisin, käytetään tehokkaita sähkömagneetteja, jotka sisältävät myös solenoideja. Hiukkasfysiikan kokeita tehdään aineen rakennuspalikoiden löytämiseksi ja universumiamme ylläpitävien luonnon perusvoimien tutkimiseksi.

Teslan kelat

Lopuksi Nikola Teslan perinnön asiantuntijat käyttävät aina solenoideja kelojen rakentamiseen. Tesla-muuntajan toisiokäämi ei ole muuta kuin solenoidi. Ja käämin langan pituus osoittautuu erittäin tärkeäksi, koska käämien rakentajat eivät käytä solenoideja sähkömagneetteina, vaan aaltoputkina, resonaattoreina, joissa, kuten missä tahansa värähtelypiirissä, ei ole vain johtimen induktanssi, mutta myös kapasitanssi, joka muodostuu tässä tapauksessa lähekkäin olevasta ystävästä käännöksissä. Muuten, toroidin yläosassa oleva toroidi on suunniteltu kompensoimaan tätä hajautettua kapasitanssia.

Toivomme, että artikkelistamme oli sinulle hyötyä ja nyt tiedät, mikä solenoidi on ja kuinka monta sen sovellusaluetta nykymaailmassa on, koska emme luetelleet niitä kaikkia.