Solenoidai - įrenginys, veikimas, taikymas

Šiame straipsnyje daugiausia dėmesio bus skiriama solenoidams. Pirmiausia nagrinėsime teorinę šios temos pusę, po to praktinę, kur atkreipsime dėmesį į solenoidų panaudojimo sritis įvairiuose jų darbo režimuose.

Solenoidas yra cilindrinė ritė, kurios ilgis yra daug didesnis nei jo skersmuo. Pats žodis solenoidas yra sudarytas iš dviejų žodžių junginio - solen ir eidos, iš kurių pirmasis verčiamas kaip vamzdis, antrasis - panašus. Tai yra, solenoidas yra vamzdžio formos ritė.

Solenoidai plačiąja prasme yra induktoriai, apvynioti viela ant cilindrinio rėmo, kuris gali būti vienasluoksnis arba daugiasluoksnis... Kadangi solenoido ritės ilgis smarkiai viršija jo skersmenį, tada, kai veikia nuolatinė srovė per tokią ritę, jos viduje, vidinėje ertmėje susidaro beveik vienodas magnetinis laukas.

Solenoidai dažnai vadinami kai kuriomis pavaromis pagal elektromechaninį veikimo principą, pavyzdžiui, automatinės transmisijos solenoidinį vožtuvą automobilyje arba starterio įtraukimo relę.Paprastai feromagnetinė šerdis veikia kaip atitraukta dalis, o pats solenoidas išorėje sumontuota magnetinė šerdis, vadinamasis feromagnetinis jungas.

Jei solenoido konstrukcijoje nėra magnetinės medžiagos, tada, kai per laidą teka nuolatinė srovė, išilgai ritės ašies susidaro magnetinis laukas, kurio indukcija skaitine prasme yra lygi:

Kur N – solenoido apsisukimų skaičius, l – solenoido ritės ilgis, I – srovė solenoide, μ0 – vakuumo magnetinis pralaidumas.

Solenoido galuose magnetinė indukcija yra perpus mažesnė nei jo viduje, nes abi solenoido pusės savo sandūroje vienodai prisideda prie solenoido srovės sukuriamo magnetinio lauko. Tai galima pasakyti apie pusiau begalinį solenoidą arba ritę, kuri yra pakankamai ilga rėmo skersmeniui. Magnetinė indukcija kraštuose bus lygi:

Kadangi solenoidas visų pirma yra indukcinė ritė, kaip ir bet kuri ritė su induktyvumu, solenoidas gali kaupti energiją magnetiniame lauke, kuris yra lygus darbui, kurį šaltinis atlieka, kad sukurtų srovę ritėje, kuri generuoja solenoido magnetinį lauką:

Pakeitus srovę ritėje, atsiras saviindukcijos EML, o įtampa solenoido ritės laido galuose bus lygi:

Solenoido induktyvumas bus lygus:

Kur V – solenoido tūris, z – vielos ilgis solenoido ritėje, n – apsisukimų skaičius solenoido ilgio vienete, l – solenoido ilgis, μ0 – vakuuminis magnetinis pralaidumas.

Kai solenoido laidu teka kintamoji srovė, solenoido magnetinis laukas taip pat bus kintamasis. Solenoido kintamosios srovės varža yra sudėtinga ir apima aktyvius ir reaktyvius komponentus, nulemtus ritės induktyvumo ir aktyviosios varžos.

Praktinis solenoidų naudojimas

Solenoidai naudojami daugelyje pramonės ir civilinių įrenginių. Dažnai linijinės pavaros yra tik nuolatinės srovės solenoido veikimo pavyzdys. Patikrinkite žirkles kasos aparatuose, variklio vožtuvus, starterio traukimo relę, hidraulinius vožtuvus ir kt. Kintamojoje srovėje solenoidai veikia kaip induktoriai tiglio krosnys.

Solenoidinės ritės, kaip taisyklė, gaminamos iš vario, rečiau iš aliuminio vielos.Aukštųjų technologijų pramonėje naudojamos superlaidžios ritės. Šerdys gali būti geležies, ketaus, ferito ar kitų lydinių, dažnai lakštų pluošto pavidalo, arba jų gali nebūti.

Priklausomai nuo elektros mašinos paskirties, šerdis gaminama iš vienos ar kitos medžiagos. Tokie prietaisai kaip elektromagnetų kėlimas, sėklų rūšiavimas, anglių valymas ir kt. Toliau apžvelgsime keletą solenoidų naudojimo pavyzdžių.

Linijinis solenoidinis vožtuvas

Pritaikius įtampą į solenoido ritę, vožtuvo diskas spyruokle tvirtai prispaudžiamas prie valdymo prievado ir linija uždaroma. Kai srovė tiekiama į vožtuvo ritę, armatūra ir susijęs vožtuvo diskas pakyla, traukiamas ritės, priešinga spyruoklei ir atidaroma valdymo anga.

Dėl slėgio skirtumo skirtingose ​​vožtuvo pusėse skystis juda vamzdyne, o tol, kol vožtuvo ritė tiekiama įtampa, vamzdynas neužblokuojamas.

Išjungus solenoidą, spyruoklė nieko nebelaiko, o vožtuvas veržiasi žemyn, užblokuodamas valdymo angą. Dujotiekis vėl uždaromas.

Automobilio elektromagnetinio starterio relė

Starterio variklis iš esmės yra galingas nuolatinės srovės variklis, maitinamas automobilio akumuliatoriaus. Užvedus variklį, alkūninio veleno smagračiu kuriam laikui reikia greitai įjungti starterio pavarą (bendiksą) ir tuo pačiu įjungti starterio variklį. Solenoidas čia yra starterio solenoido ritė.

Atitraukiklio relė montuojama ant starterio korpuso ir, kai į relės ritę tiekiama maitinimas, traukiama geležinė šerdis, sujungta su mechanizmu, kuris perkelia pavarą į priekį. Užvedus variklį relės ritė nutraukia maitinimą ir spyruoklės dėka pavara grąžinama atgal.

Solenoidinis užraktas

Elektromagnetinėse spynose varžtas yra varomas elektromagneto jėgos. Tokios spynos naudojamos įeigos kontrolės sistemose ir šliuzų sistemose. Duris su tokia spyna galima atidaryti tik valdymo signalo galiojimo metu. Pašalinus šį signalą, uždarytos durys liks užrakintos, nepaisant to, ar jos buvo atidarytos.

Solenoidinių spynų pranašumai apima jų dizainą – jis daug paprastesnis nei variklio spynos, atsparesnis dilimui. Kaip matote, čia solenoidas vėl suporuotas su grąžinimo spyruokle.

Induktorius su solenoidu kaitinant

Šildymui dažniausiai naudojami solenoidiniai daugiapakopiai induktoriai. Induktoriaus ritė pagaminta iš vandeniu aušinamo vario vamzdžio arba varinės šynos.

Vidutinio dažnio įrenginiuose naudojamos vieno sluoksnio apvijos, o pramoninėse apvijose apvija gali būti vienasluoksnė arba daugiasluoksnė. Taip yra dėl galimo elektros nuostolių sumažėjimo induktoryje ir apkrovos parametrų bei įtampos parametrų ir maitinimo šaltinio galios koeficiento atitikties sąlygų. Siekiant užtikrinti indukcinės ritės standumą, jos glaistas dažniausiai naudojamas tarp galutinių asbestcemenčio plokščių.

Šiuolaikinėse instaliacijose indukcinis grūdinimas ir kaitinimas Solenoidai veikia aukšto dažnio kintamosios srovės režimu, todėl jiems dažniausiai nereikia feromagnetinės šerdies.

Solenoidinis variklis

Vieno ritės solenoidiniuose varikliuose įjungiant ir išjungiant darbo ritę mechaninis švaistiklio mechanizmas juda, o grąžinimas vyksta spyruokle, panašiai kaip vyksta solenoidiniame vožtuve ir solenoidiniame užrakte.

Kelių apvijų solenoidiniuose varikliuose ritių kintamasis įjungimas atliekamas vožtuvų pagalba.Į kiekvieną ritę srovė iš maitinimo šaltinio tiekiama vienu iš sinusinės įtampos pusciklų. Šerdį paeiliui pritraukia viena ar kita ritė, atlikdama grįžtamąjį judesį, sukdama alkūninį veleną arba ratą.

Solenoidai eksperimentinėse patalpose

Eksperimentiniuose įrenginiuose, tokiuose kaip ATLAS detektorius, veikiantis CERN didžiajame hadronų greitintuve, naudojami galingi elektromagnetai, kuriuose taip pat yra solenoidų. Atliekami dalelių fizikos eksperimentai, siekiant atrasti medžiagos statybinius blokus ir ištirti pagrindines gamtos jėgas, kurios palaiko mūsų visatą.

Tesla ritės

Galiausiai Nikola Tesla palikimo žinovai ritėms kurti visada naudoja solenoidus. Tesla transformatoriaus antrinė apvija yra ne kas kita, kaip solenoidas. O laido ilgis ritėje pasirodo labai svarbus, nes čia ričių statytojai solenoidus naudoja ne kaip elektromagnetus, o kaip bangolaidžius, kaip rezonatorius, kuriuose, kaip ir bet kurioje virpesių grandinėje, yra ne tik laido induktyvumas, bet ir talpa, susidariusi šiuo atveju iš arti esančios draugės posūkiuose. Beje, antrinės apvijos viršuje esantis toroidas skirtas šiai paskirstytai talpai kompensuoti.

Tikimės, kad mūsų straipsnis buvo jums naudingas ir dabar žinote, kas yra solenoidas ir kiek jo taikymo sričių yra šiuolaikiniame pasaulyje, nes mes jų visų neišvardinome.