Solenoidid — seade, töö, rakendus

See artikkel keskendub solenoididele. Kõigepealt käsitleme selle teema teoreetilist poolt, seejärel praktilist, kus märgime ära solenoidide kasutusvaldkonnad nende erinevates tööviisides.

Solenoid on silindriline mähis, mille pikkus on palju suurem kui selle läbimõõt. Sõna solenoid ise on moodustatud kahe sõna - solen ja eidos - kombinatsioonist, millest esimene on tõlkes toru, teine ​​- sarnane. See tähendab, et solenoid on torukujuline mähis.

Solenoidid laiemas tähenduses on silindrilisele raamile juhtmega keritud induktiivpoolid, mis võivad olla ühe- või mitmekihilised... Kuna solenoidi pooli pikkus ületab kõvasti selle läbimõõtu, siis alalisvoolu rakendamisel läbi sellise mähise, selle sees, sisemises õõnsuses moodustub peaaegu ühtlane magnetväli.

Solenoidid on sageli viidatud mõnele täiturmehhanismile elektromehaanilisel tööpõhimõttel, näiteks auto automaatkäigukasti solenoidventiil või starteri tagasitõmbamisrelee.Reeglina toimib ferromagnetiline südamik sissetõmmatud osana ja solenoid ise väljastpoolt varustatud magnetsüdamikuga, nn ferromagnetiline ike.

Kui solenoidi konstruktsioonis pole magnetilist materjali, siis kui alalisvool voolab läbi juhtme, tekib piki pooli telge magnetväli, mille induktsioon on arvuliselt võrdne:

Kus N on solenoidi keerdude arv, l on solenoidi pooli pikkus, I on solenoidi vool, μ0 on vaakumi magnetiline läbilaskvus.

Solenoidi otstes on magnetinduktsioon poole väiksem kui selle sees, kuna mõlemad solenoidi pooled oma ristmikul annavad võrdse panuse solenoidi voolu tekitatavasse magnetvälja. Seda võib öelda poollõpmatu solenoidi või raami läbimõõdu jaoks piisavalt pika mähise kohta. Magnetiline induktsioon servades on võrdne:

Kuna solenoid on peamiselt induktiivne mähis, nagu iga induktiivpool, on solenoid võimeline salvestama energiat magnetväljas, mis on arvuliselt võrdne tööga, mida allikas teeb, et tekitada mähises voolu, mis genereerib solenoidi magnetvälja:

Voolu muutus mähises põhjustab iseinduktsiooni EMF-i ja solenoidmähise juhtme otste pinge on võrdne:

Solenoidi induktiivsus on võrdne:

Kus V on solenoidi ruumala, z on traadi pikkus solenoidi mähises, n on keerdude arv solenoidi pikkuseühiku kohta, l on solenoidi pikkus, μ0 on vaakumi magnetiline läbilaskvus.

Kui solenoidi juhtmest läbib vahelduvvool, on ka solenoidi magnetväli vahelduv. Solenoidi vahelduvvoolu takistus on olemuselt keeruline ja sisaldab nii aktiivseid kui ka reaktiivseid komponente, mis on määratud mähise induktiivsuse ja aktiivtakistusega.

Solenoidide praktiline kasutamine

Solenoide kasutatakse paljudes tööstus- ja tsiviilrakendustes. Sageli on lineaarajamid vaid näide alalisvoolu solenoidi tööst. Kontrollige kassade kääre, mootori klappe, starteri tõmbereleed, hüdroklappe jne. Vahelduvvoolus toimivad solenoidid induktiivpoolidena tiigli ahjud.

Solenoidpoolid on reeglina vasest, harvem alumiiniumtraadist.Kõrgtehnoloogilistes tööstustes kasutatakse ülijuhtivaid pooli. Südamikud võivad olla rauast, malmist, ferriidist või muudest sulamitest, sageli lehtede kimbu kujul, või neid ei pruugi üldse olla.

Olenevalt elektrimasina otstarbest on südamik valmistatud ühest või teisest materjalist. Seadmed nagu elektromagnetite tõstmine, seemnete sorteerimine, kivisöe puhastamine jne. Järgmisena vaatame mõningaid näiteid solenoidide kasutamisest.

Liini solenoidklapp

Rakendades solenoidmähisele pinget, surutakse klapiketas vedru abil tugevalt vastu juhtporti ja liin suletakse. Kui klapimähisele rakendatakse voolu, tõuseb armatuur ja sellega seotud klapiketas mähise poolt tõmmates üles, asudes vastu vedru ja avades juhtava.

Rõhu erinevus klapi erinevatel külgedel põhjustab vedeliku liikumise torujuhtmes ja seni, kuni ventiili mähisele rakendatakse pinget, ei ole torujuhe blokeeritud.

Kui solenoid on välja lülitatud, ei hoia vedru enam midagi tagasi ja klapp tormab alla, blokeerides juhtava. Torujuhe suletakse uuesti.

Auto elektromagnetilise starteri relee

Käivitusmootor on sisuliselt võimas alalisvoolumootor, mida toidab auto aku. Mootori käivitamise ajal tuleb väntvõlli hoorattaga korraks kiiresti sisse lülitada starteri käik (bendix) ja samal ajal käivitada starter. Solenoid on siin starteri solenoidi mähis.

Tõmburi relee on paigaldatud starteri korpusele ja kui relee mähisele antakse toide, tõmmatakse raudsüdamik, mis on ühendatud mehhanismiga, mis liigutab hammasratast edasi. Pärast mootori käivitamist katkestab relee mähis toiteallika ja käik tagastatakse tänu vedrule.

Solenoid lukk

Elektromagnetlukkudes juhitakse polti elektromagneti jõul. Selliseid lukke kasutatakse läbipääsusüsteemides ja lüüsisüsteemides. Sellise lukuga varustatud ust saab avada ainult juhtsignaali kehtivusajal. Pärast selle signaali eemaldamist jääb suletud uks lukustatuks, olenemata sellest, kas see avati.

Solenoidlukkude eeliste hulka kuulub nende disain — see on palju lihtsam kui mootorilukkude oma, kulumiskindlam. Nagu näete, on siin solenoid jälle ühendatud tagasivooluvedruga.

Solenoidiga induktiivpool kuumutamisel

Tavaliselt kasutatakse kütteks solenoidseid mitmepöördega induktiivpooli. Induktiivpool on valmistatud vesijahutusega vasktorust või vasest siinist.

Keskmise sagedusega paigaldustes kasutatakse ühekihilisi mähiseid ja tööstuslikes sagedusmähistes võib mähis olla ühekihiline või mitmekihiline. See on tingitud elektrikadude võimalikust vähenemisest induktiivpoolis ning koormuse parameetrite ning pingeparameetrite ja toiteallika võimsusteguri vastavuse tingimustele. Induktiivpooli jäikuse tagamiseks kasutatakse selle pahtlit kõige sagedamini lõplike asbesttsementplaatide vahel.

Kaasaegsetes installatsioonides induktsioonkarastus ja kuumutamine Solenoidid töötavad kõrgsageduslikul vahelduvvoolurežiimil, seega ei vaja nad tavaliselt ferromagnetilist südamikku.

Solenoidmootor

Ühe mähisega solenoidmootorites põhjustab töömähise sisse- ja väljalülitamine vändamehhanismi mehaanilist liikumist ning tagasisaatmine toimub vedru abil, sarnaselt solenoidklapi ja solenoidluku puhul.

Mitme mähisega solenoidmootorites toimub mähiste vahelduv aktiveerimine klappide abil.Igale mähisele antakse toiteallikast vool sinusoidaalse pinge ühes pooltsüklitest. Südamikku tõmbab järjestikku üks või teine ​​mähis, tehes edasi-tagasi liikumist, pannes väntvõlli või ratta pöörlema.

Solenoidid katserajatistes

Eksperimentaalsed paigaldised, nagu CERNi suures hadronipõrgutis töötav ATLAS-detektor, kasutavad võimsaid elektromagneteid, mis sisaldavad ka solenoide. Osakestefüüsika katsed viiakse läbi, et avastada aine ehitusplokke ja uurida meie universumit toetavaid põhilisi loodusjõude.

Tesla rullid

Lõpuks kasutavad Nikola Tesla pärandi asjatundjad mähiste ehitamiseks alati solenoide. Tesla trafo sekundaarmähis pole midagi muud kui solenoid. Ja traadi pikkus mähises osutub väga oluliseks, sest siin kasutavad mähiste ehitajad solenoide mitte elektromagnetitena, vaid lainejuhtidena, resonaatoritena, milles, nagu igas võnkeahelas, pole mitte ainult traadi induktiivsus, aga ka mahtuvus, mis sel juhul moodustub pöördetel tihedalt paiknevast sõbrast. Muide, sekundaarmähise ülaosas olev toroid on mõeldud selle hajutatud mahtuvuse kompenseerimiseks.

Loodame, et meie artikkel oli teile kasulik ja nüüd teate, mis on solenoid ja kui palju selle rakendusvaldkondi tänapäeva maailmas on, sest me ei loetlenud neid kõiki.