Solenoider — enhed, drift, applikation

Denne artikel vil fokusere på solenoider. Først vil vi overveje den teoretiske side af dette emne, derefter den praktiske, hvor vi vil bemærke anvendelsesområderne for solenoider i forskellige arbejdsformer.

En solenoide er en cylindrisk spole, hvis længde er meget større end dens diameter. Selve ordet solenoid er dannet af en kombination af to ord - solen og eidos, hvoraf det første oversættes som rør, det andet - lignende. Det vil sige, at en solenoide er en spole formet som et rør.

Solenoider i bred forstand er induktorer viklet af en ledning på en cylindrisk ramme, som kan være enkelt- eller flerlags... Da længden af ​​spolen af ​​en solenoide i høj grad overstiger dens diameter, så når en jævnstrøm påføres gennem en sådan spole, inde i den, i det indre hulrum, dannes et næsten ensartet magnetfelt.

Solenoider henvises ofte til nogle aktuatorer på et elektromekanisk driftsprincip, såsom en automatisk transmissionsmagnetventil i en bil eller et startrelæ.Som regel fungerer den ferromagnetiske kerne som en tilbagetrukket del og selve solenoiden monteret med en magnetisk kerne på ydersiden, det såkaldte ferromagnetiske åg.

Hvis der ikke er noget magnetisk materiale i solenoidens design, så når en jævnstrøm strømmer gennem ledningen, dannes et magnetisk felt langs spolens akse, hvis induktion er numerisk lig med:

Hvor, N er antallet af omdrejninger i solenoiden, l er længden af ​​magnetspolen, I er strømmen i solenoiden, μ0 er den magnetiske permeabilitet af vakuumet.

I enderne af solenoiden er den magnetiske induktion halvdelen af ​​den inde i den, fordi begge halvdele af solenoiden ved deres kryds bidrager lige meget til det magnetiske felt, der skabes af solenoidstrømmen. Dette kan siges for en semi-uendelig solenoide eller for en spole, der er lang nok til rammens diameter. Den magnetiske induktion ved kanterne vil være lig med:

Da solenoiden primært er en induktiv spole, som enhver spole med en induktans, er solenoiden i stand til at lagre energi i et magnetfelt, der numerisk svarer til det arbejde, kilden udfører for at skabe en strøm i spolen, der genererer solenoidens magnetfelt:

En ændring i strømmen i spolen vil føre til udseendet af en EMF af selvinduktion, og spændingen ved enderne af magnetspolens ledning vil være lig med:

Solenoidens induktans vil være lig med:

Hvor V er volumenet af solenoiden, z er længden af ​​ledningen i magnetspolen, n er antallet af omdrejninger pr. længdeenhed af solenoiden, l er længden af ​​solenoiden, μ0 er den magnetiske vakuumpermeabilitet.

Når der løber en vekselstrøm gennem solenoidtråden, vil magnetfeltet i solenoiden også være vekslende. AC-modstanden i en solenoide er kompleks af natur og inkluderer både aktive og reaktive komponenter bestemt af spolens induktans og aktive modstand.

Praktisk brug af magnetventiler

Solenoider bruges i mange industrielle og civile applikationer. Ofte er lineære drev blot et eksempel på DC-solenoiddrift. Tjek saksen i kasseapparaterne, motorventiler, startertrækrelæ, hydraulikventiler mv. I vekselstrøm fungerer solenoider som induktorer smeltedigelovne.

Magnetspoler er som regel lavet af kobber, sjældnere af aluminiumtråd I højteknologiske industrier bruges superledende spoler. Kernerne kan være jern, støbejern, ferrit eller andre legeringer, ofte i form af et bundt plader, eller de er måske slet ikke til stede.

Afhængigt af formålet med den elektriske maskine er kernen lavet af et eller andet materiale. Enheder som løft af elektromagneter, sortering af frø, rensning af kul mv. Dernæst vil vi se på nogle eksempler på brug af solenoider.

Linje magnetventil

Ved at påføre spænding til magnetspolen presses ventilskiven fast mod pilotporten af ​​en fjeder, og ledningen lukkes. Når der tilføres strøm til ventilspolen, stiger ankeret og tilhørende ventilskive, trukket af spolen, modsat fjederen og åbner pilothullet.

Forskellen i tryk på forskellige sider af ventilen får væsken til at bevæge sig i rørledningen, og så længe der tilføres spænding til ventilspolen, er rørledningen ikke blokeret.

Når solenoiden er slukket, holder fjederen ikke længere noget tilbage, og ventilen styrter ned og blokerer pilothullet. Rørledningen er lukket igen.

Bil elektromagnetisk starterrelæ

En startmotor er i bund og grund en kraftig jævnstrømsmotor, der drives af bilens batteri. Ved start af motoren skal startgearet (bendix) hurtigt indkobles et stykke tid med krumtapakselsvinghjulet, og samtidig tændes startmotoren. Solenoiden her er startmagnetspolen.

Retraktorrelæet er monteret på starterhuset, og når der tilføres strøm til relæspolen, trækkes en jernkerne forbundet til en mekanisme, der bevæger gearet fremad. Efter at motoren er startet, afbrydes strømforsyningen af ​​relæspolen, og gearet returneres takket være fjederen.

Magnetlås

I elektromagnetiske låse drives bolten af ​​kraften fra en elektromagnet. Sådanne låse bruges i adgangskontrolsystemer og slusesystemer. En dør udstyret med en sådan lås kan kun åbnes i styresignalets gyldighedsperiode. Efter fjernelse af dette signal vil den lukkede dør forblive låst, uanset om den blev åbnet.

Fordelene ved magnetlåse inkluderer deres design - det er meget enklere end motorlåse, mere slidstærkt. Som du kan se, er solenoiden her igen parret med en returfjeder.

Induktor med magnetventil ved opvarmning

Solenoid multiturn induktorer bruges normalt til opvarmning. Induktorspolen er lavet af vandkølet kobberrør eller kobberskinne.

I mellemfrekvente installationer anvendes enkeltlagsviklinger, og i industrielle frekvensviklinger kan viklingen være enkeltlags eller flerlags. Dette skyldes en mulig reduktion af elektriske tab i induktoren og med betingelserne for overholdelse af belastningsparametrene og med spændingsparametrene og strømforsyningens effektfaktor. For at sikre stivheden af ​​den induktive spole bruges dens kit oftest mellem de endelige asbestcementplader.

I moderne installationer induktionshærdning og opvarmning Solenoider fungerer i højfrekvent AC-tilstand, så de behøver normalt ikke en ferromagnetisk kerne.

Magnetmotor

I enkeltspolede magnetmotorer resulterer tænding og slukning af driftsspolen i en mekanisk bevægelse af krumtapmekanismen, og tilbageføring sker af en fjeder, svarende til hvad der sker i en magnetventil og magnetlås.

I flerviklingsmagnetmotorer udføres den vekslende aktivering af spolerne ved hjælp af ventiler.Til hver spole tilføres strømmen fra strømkilden i en af ​​den sinusformede spændings halvcyklusser. Kernen bliver successivt tiltrukket af den ene eller den anden spole, der laver en frem- og tilbagegående bevægelse, der driver krumtapakslen eller hjulet til at rotere.

Solenoider i forsøgsanlæg

Eksperimentelle installationer såsom ATLAS-detektoren, der opererer ved Large Hadron Collider ved CERN, bruger kraftige elektromagneter, der også inkluderer solenoider. Partikelfysiske eksperimenter udføres for at opdage stoffets byggesten og for at undersøge de grundlæggende naturkræfter, der opretholder vores univers.

Tesla spoler

Endelig bruger kendere af arven fra Nikola Tesla altid solenoider til at bygge spoler. Den sekundære vikling af en Tesla-transformator er intet andet end en solenoide. Og længden af ​​ledningen i spolen viser sig at være meget vigtig, fordi byggerne af spolerne her bruger solenoider ikke som elektromagneter, men som bølgeledere, som resonatorer, hvor der, som i ethvert oscillerende kredsløb, ikke kun er induktans af ledningen, men også kapacitansen dannet i dette tilfælde fra tæt anbragt til ven på sving. Forresten er toroid i toppen af ​​sekundærviklingen designet til at kompensere for denne distribuerede kapacitans.

Vi håber, at vores artikel var nyttig for dig, og nu ved du, hvad en solenoid er, og hvor mange områder af dens anvendelse der er i den moderne verden, fordi vi ikke listede dem alle.