Solenoider — enhet, drift, applikation

Den här artikeln kommer att fokusera på solenoider. Först kommer vi att överväga den teoretiska sidan av detta ämne, sedan den praktiska, där vi kommer att notera användningsområdena för solenoider i olika lägen av deras arbete.

En solenoid är en cylindrisk spole vars längd är mycket större än dess diameter. Ordet solenoid i sig är bildat av en kombination av två ord - solen och eidos, varav det första översätts som rör, det andra - liknande. Det vill säga en solenoid är en spole formad som ett rör.

Solenoider i vid bemärkelse är induktorer lindade av en tråd på en cylindrisk ram, som kan vara enskikts- eller flerskikts... Eftersom längden på spolen av en solenoid avsevärt överstiger dess diameter, då när en likström appliceras genom en sådan spole, inuti den, i den inre kaviteten, bildas ett nästan enhetligt magnetfält.

Solenoider hänvisas ofta till vissa ställdon enligt en elektromekanisk funktionsprincip, såsom en automatisk transmissionsmagnetventil i en bil eller ett startrelä.Som regel fungerar den ferromagnetiska kärnan som en indragen del och själva solenoiden försedd med en magnetisk kärna på utsidan, det så kallade ferromagnetiska oket.

Om det inte finns något magnetiskt material i utformningen av solenoiden, när en likström flyter genom tråden, bildas ett magnetfält längs spolens axel, vars induktion är numeriskt lika med:

Där, N är antalet varv i solenoiden, l är längden på solenoidspolen, I är strömmen i solenoiden, μ0 är den magnetiska permeabiliteten för vakuumet.

Vid ändarna av solenoiden är den magnetiska induktionen hälften av den inuti den, eftersom båda halvorna av solenoiden vid deras korsning ger ett lika stort bidrag till det magnetiska fältet som skapas av solenoidströmmen. Detta kan sägas för en halvoändlig solenoid eller för en spole som är tillräckligt lång för ramens diameter. Den magnetiska induktionen vid kanterna kommer att vara lika med:

Eftersom solenoiden i första hand är en induktiv spole, som vilken spole som helst med en induktans, kan solenoiden lagra energi i ett magnetfält numeriskt lika med det arbete som källan gör för att skapa en ström i spolen som genererar solenoidens magnetfält:

En förändring av strömmen i spolen kommer att leda till utseendet av en EMF av självinduktion, och spänningen vid ändarna av tråden på solenoidspolen kommer att vara lika med:

Solenoidens induktans kommer att vara lika med:

Där V är volymen på solenoiden, z är längden på tråden i solenoidspolen, n är antalet varv per längdenhet av solenoiden, l är längden på solenoiden, μ0 är den magnetiska vakuumgenomsläppligheten.

När en växelström flyter genom solenoidtråden kommer magnetfältet i solenoiden också att växla. AC-resistansen hos en solenoid är komplex till sin natur och inkluderar både aktiva och reaktiva komponenter som bestäms av spolens induktans och aktiva resistans.

Praktisk användning av solenoider

Solenoider används i många industriella och civila tillämpningar. Ofta är linjärdrifter bara ett exempel på DC-solenoiddrift. Kontrollera saxen i kassaapparater, motorventiler, startrelä, hydraulventiler m.m. I växelström fungerar solenoider som induktorer degelugnar.

Solenoidspolar är som regel gjorda av koppar, mer sällan av aluminiumtråd.I högteknologiska industrier används supraledande spolar. Kärnorna kan vara järn, gjutjärn, ferrit eller andra legeringar, ofta i form av ett arkbunt, eller så finns de inte alls.

Beroende på syftet med den elektriska maskinen är kärnan gjord av ett eller annat material. Enheter som att lyfta elektromagneter, sortera frön, rengöra kol m.m. Därefter kommer vi att titta på några exempel på hur man använder solenoider.

Ledningsmagnetventil

Genom att lägga spänning på magnetspolen pressas ventilskivan stadigt mot pilotporten av en fjäder och ledningen stängs. När ström tillförs ventilspolen, stiger ankaret och tillhörande ventilskiva, dras av spolen, mitt emot fjädern och öppnar pilothålet.

Skillnaden i tryck på olika sidor av ventilen gör att vätskan rör sig i rörledningen, och så länge som spänning appliceras på ventilspolen är rörledningen inte blockerad.

När solenoiden är avstängd håller fjädern inte längre något tillbaka och ventilen rusar ner och blockerar pilothålet. Rörledningen är stängd igen.

Bilens elektromagnetiska startrelä

En startmotor är i huvudsak en kraftfull likströmsmotor som drivs av bilens batteri. Vid tidpunkten för start av motorn måste startväxeln (bendix) snabbt kopplas in ett tag med vevaxelns svänghjul och samtidigt slås startmotorn på. Solenoiden här är startmagnetspolen.

Upprullningsreläet är monterat på starthuset och när ström läggs på reläspolen dras en järnkärna ansluten till en mekanism som för växeln framåt. Efter att motorn startat bryts strömförsörjningen av reläspolen och växeln återförs tack vare fjädern.

Solenoidlås

I elektromagnetiska lås drivs regeln av kraften från en elektromagnet. Sådana lås används i passersystem och slussar. En dörr utrustad med ett sådant lås kan endast öppnas under kontrollsignalens giltighetstid. Efter att denna signal tagits bort förblir den stängda dörren låst, oavsett om den öppnades.

Fördelarna med magnetlås inkluderar deras design - det är mycket enklare än motorlås, mer slitstarkt. Som du kan se är solenoiden återigen parad med en returfjäder.

Induktor med solenoid genom uppvärmning

Solenoid multiturn induktorer används vanligtvis för uppvärmning. Induktorspolen är gjord av vattenkylt kopparrör eller kopparskena.

I medelfrekventa installationer används enskiktslindningar och i industriella frekvenslindningar kan lindningen vara enskikts- eller flerskiktslindning. Detta beror på en möjlig minskning av elektriska förluster i induktorn och med villkoren för överensstämmelse med belastningsparametrarna och med spänningsparametrarna och strömförsörjningens effektfaktor. För att säkerställa styvheten hos den induktiva spolen används dess kitt oftast mellan de slutliga asbestcementplattorna.

I moderna installationer induktionshärdning och uppvärmning Solenoider fungerar i högfrekvent AC-läge, så de behöver vanligtvis inte en ferromagnetisk kärna.

Magnetmotor

I enspolade solenoidmotorer resulterar på- och avstängning av manöverspolen i en mekanisk rörelse av vevmekanismen, och returen sker av en fjäder, liknande vad som händer i en magnetventil och magnetlås.

I flerlindade solenoidmotorer utförs den alternerande aktiveringen av spolarna med hjälp av ventiler.Till varje spole tillförs strömmen från kraftkällan i en av sinusspänningens halvcykler. Kärnan attraheras successivt av den ena eller andra spolen, gör en fram- och återgående rörelse, driver vevaxeln eller hjulet att rotera.

Solenoider i experimentanläggningar

Experimentella installationer som ATLAS-detektorn som arbetar vid Large Hadron Collider vid CERN använder kraftfulla elektromagneter som även inkluderar solenoider. Partikelfysikexperiment utförs för att upptäcka materiens byggstenar och för att undersöka de grundläggande naturkrafterna som upprätthåller vårt universum.

Tesla spolar

Slutligen, kännare av arvet från Nikola Tesla använder alltid solenoider för att bygga spolar. Sekundärlindningen på en Tesla-transformator är inget annat än en solenoid. Och längden på tråden i spolen visar sig vara mycket viktig, eftersom byggarna av spolarna här använder solenoider inte som elektromagneter, utan som vågledare, som resonatorer, där det, som i alla oscillerande kretsar, inte bara finns trådens induktans, men också kapacitansen som bildas i detta fall från tätt placerade till vän i svängar. Förresten, toroiden på toppen av sekundärlindningen är utformad för att kompensera för denna fördelade kapacitans.

Vi hoppas att vår artikel var användbar för dig och nu vet du vad en solenoid är och hur många områden av dess tillämpning det finns i den moderna världen, eftersom vi inte listade dem alla.