Solenoīdi — ierīce, darbība, pielietojums

Šajā rakstā galvenā uzmanība tiks pievērsta solenoīdiem. Vispirms apskatīsim šīs tēmas teorētisko pusi, pēc tam praktisko, kur atzīmēsim solenoīdu pielietojuma jomas dažādos to darba režīmos.

Solenoīds ir cilindriska spole, kuras garums ir daudz lielāks par tā diametru. Pats vārds solenoīds ir veidots no divu vārdu savienojuma - solen un eidos, no kuriem pirmais tulko kā caurule, otrs - līdzīgs. Tas ir, solenoīds ir spole, kas veidota kā caurule.

Solenoīdi plašā nozīmē ir induktori, kas uztīti ar stiepli uz cilindriska rāmja, kas var būt vienslāņa vai daudzslāņu... Tā kā solenoīda spoles garums stipri pārsniedz tā diametru, tad, pieliekot līdzstrāvu caur šādu spoli, tās iekšpusē, iekšējā dobumā, veidojas gandrīz vienmērīgs magnētiskais lauks.

Solenoīdus bieži dēvē par dažiem izpildmehānismiem pēc elektromehāniskā darbības principa, piemēram, automātiskās transmisijas solenoīda vārstu automašīnā vai startera ievilkšanas releju.Kā likums, feromagnētiskais kodols darbojas kā ievilkta daļa un pats solenoīds aprīkots ar magnētisko serdi no ārpuses, tā sauktais feromagnētiskais jūgs.

Ja solenoīda konstrukcijā nav magnētiska materiāla, tad, kad caur vadu plūst līdzstrāva, gar spoles asi veidojas magnētiskais lauks, kura indukcija ir skaitliski vienāda ar:

Kur N ir solenoīda apgriezienu skaits, l ir solenoīda spoles garums, I ir strāva solenoīdā, μ0 ir vakuuma magnētiskā caurlaidība.

Solenoīda galos magnētiskā indukcija ir uz pusi mazāka nekā tā iekšpusē, jo abas solenoīda puses savā krustojumā sniedz vienādu ieguldījumu solenoīda strāvas radītajā magnētiskajā laukā. To var teikt par daļēji bezgalīgu solenoīdu vai spoli, kas ir pietiekami gara rāmja diametram. Magnētiskā indukcija malās būs vienāda ar:

Tā kā solenoīds galvenokārt ir induktīva spole, tāpat kā jebkura spole ar induktivitāti, solenoīds spēj uzglabāt enerģiju magnētiskajā laukā, kas skaitliski vienāds ar avota darbu, lai radītu strāvu spolē, kas ģenerē solenoīda magnētisko lauku:

Strāvas maiņa spolē novedīs pie pašindukcijas EML, un spriegums solenoīda spoles stieples galos būs vienāds ar:

Solenoīda induktivitāte būs vienāda ar:

Kur V ir solenoīda tilpums, z ir stieples garums solenoīda spolē, n ir apgriezienu skaits uz solenoīda garuma vienību, l ir solenoīda garums, μ0 ir vakuuma magnētiskā caurlaidība.

Kad caur solenoīda vadu plūst maiņstrāva, arī solenoīda magnētiskais lauks būs mainīgs. Solenoīda maiņstrāvas pretestība pēc būtības ir sarežģīta un ietver gan aktīvos, gan reaktīvos komponentus, ko nosaka spoles induktivitāte un aktīvā pretestība.

Solenoīdu praktiska izmantošana

Solenoīdus izmanto daudzos rūpnieciskos un civilos lietojumos. Bieži vien lineārie piedziņas ir tikai līdzstrāvas solenoīda darbības piemērs. Pārbaudiet šķēres kases aparātos, dzinēja vārstus, startera vilkšanas releju, hidrauliskos vārstus utt. Maiņstrāvā solenoīdi darbojas kā induktori tīģeļu krāsnis.

Solenoīda spoles, kā likums, ir izgatavotas no vara, retāk no alumīnija stieples.Augsto tehnoloģiju nozarēs tiek izmantotas supravadošās spoles. Serdeņi var būt dzelzs, čuguna, ferīta vai citi sakausējumi, bieži vien lokšņu saišķa veidā, vai arī tie var nebūt vispār.

Atkarībā no elektriskās mašīnas mērķa, serde ir izgatavota no viena vai otra materiāla. Ierīces, piemēram, elektromagnētu pacelšana, sēklu šķirošana, ogļu tīrīšana utt. Tālāk mēs aplūkosim dažus solenoīdu izmantošanas piemērus.

Līnijas solenoīda vārsts

Pieslēdzot spriegumu solenoīda spolei, vārsta disks tiek stingri nospiests pret pilotportu ar atsperi un līnija tiek aizvērta. Kad vārsta spolei tiek pievadīta strāva, armatūra un ar to saistītais vārsta disks paceļas, spoles velkot, pretī atsperi un atverot pilota caurumu.

Spiediena atšķirība dažādās vārsta pusēs izraisa šķidruma kustību cauruļvadā, un, kamēr vārsta spolei tiek pievadīts spriegums, cauruļvads netiek bloķēts.

Kad solenoīds ir izslēgts, atspere vairs neko neaizkavē un vārsts steidzas uz leju, bloķējot pilota caurumu. Cauruļvads atkal tiek aizvērts.

Automašīnas elektromagnētiskā startera relejs

Startera motors būtībā ir jaudīgs līdzstrāvas motors, ko darbina automašīnas akumulators. Dzinēja iedarbināšanas brīdī ar kloķvārpstas spararatu uz kādu laiku ātri jāieslēdz startera pārnesums (bendikss) un tajā pašā laikā jāieslēdz startera motors. Solenoīds šeit ir startera solenoīda spole.

Spriegotāja relejs ir uzstādīts uz startera korpusa un, kad releja spolei tiek pieslēgta jauda, ​​tiek novilkta dzelzs serde, kas savienota ar mehānismu, kas pārvieto pārnesumu uz priekšu. Pēc dzinēja iedarbināšanas releja spole pārtrauc strāvas padevi un, pateicoties atsperei, pārnesums tiek atgriezts atpakaļ.

Solenoīda slēdzene

Elektromagnētiskajās slēdzenēs skrūvi darbina elektromagnēta spēks. Šādas slēdzenes izmanto piekļuves kontroles sistēmās un slūžu sistēmās. Ar šādu slēdzeni aprīkotas durvis var atvērt tikai vadības signāla darbības laikā. Pēc šī signāla noņemšanas aizvērtās durvis paliks aizslēgtas neatkarīgi no tā, vai tās tika atvērtas.

Solenoīda slēdzeņu priekšrocības ietver to dizainu — tas ir daudz vienkāršāks nekā dzinēja slēdzenes, nodilumizturīgāks. Kā redzat, šeit solenoīds atkal ir savienots pārī ar atgriešanās atsperi.

Induktors ar solenoīdu karsējot

Apkurei parasti izmanto solenoīda daudzpagriezienu indukcijas. Induktora spole ir izgatavota no ūdens dzesēšanas vara caurules vai vara kopnes.

Vidējās frekvences instalācijās tiek izmantoti viena slāņa tinumi, un rūpnieciskajos frekvences tinumos tinums var būt vienslāņu vai daudzslāņu. Tas ir saistīts ar iespējamu elektrisko zudumu samazināšanos induktorā un slodzes parametru atbilstības nosacījumiem, kā arī sprieguma parametriem un barošanas avota jaudas koeficientu. Lai nodrošinātu induktīvās spoles stingrību, tās tepe visbiežāk tiek izmantota starp galīgajām azbestcementa plāksnēm.

Mūsdienu instalācijās indukcijas rūdīšana un karsēšana Solenoīdi darbojas augstfrekvences maiņstrāvas režīmā, tāpēc tiem parasti nav nepieciešams feromagnētiskais kodols.

Solenoīda motors

Vienas spoles solenoīda motoros, ieslēdzot un izslēdzot darbības spoli, tiek veikta kloķa mehānisma mehāniska kustība, un atgriešanās notiek ar atsperi, līdzīgi kā tas notiek solenoīda vārstā un solenoīda slēdzenē.

Vairāku tinumu solenoīda motoros spoļu mainīga aktivizēšana tiek veikta ar vārstu palīdzību.Katrai spolei strāva no barošanas avota tiek piegādāta vienā no sinusoidālā sprieguma puscikliem. Serdeni secīgi pievelk viena vai otra spole, veicot turp un atpakaļ kustību, virzot kloķvārpstu vai riteni griezties.

Solenoīdi eksperimentālajās iekārtās

Eksperimentālās instalācijas, piemēram, ATLAS detektors, kas darbojas lielajā hadronu paātrinātājā CERN, izmanto jaudīgus elektromagnētus, kas ietver arī solenoīdus. Daļiņu fizikas eksperimenti tiek veikti, lai atklātu matērijas pamatelementus un izpētītu dabas pamatspēkus, kas uztur mūsu Visumu.

Tesla spoles

Visbeidzot, Nikola Teslas mantojuma pazinēji spoļu veidošanai vienmēr izmanto solenoīdus. Tesla transformatora sekundārais tinums ir nekas vairāk kā solenoīds. Un stieples garums spolē izrādās ļoti būtisks, jo spoļu būvētāji pie mums solenoīdus izmanto nevis kā elektromagnētus, bet gan kā viļņvadus, kā rezonatorus, kuros, kā jebkurā svārstību ķēdē, ir ne tikai stieples induktivitāte, bet arī kapacitāte, kas šajā gadījumā veidojas no cieši izvietotas līdz draugam pagriezienos. Starp citu, toroids sekundārā tinuma augšpusē ir paredzēts, lai kompensētu šo sadalīto kapacitāti.

Mēs ceram, ka mūsu raksts jums bija noderīgs, un tagad jūs zināt, kas ir solenoīds un cik daudz tā pielietojuma jomu ir mūsdienu pasaulē, jo mēs tos visus neuzskaitījām.