Solenoid - peranti, operasi, aplikasi

Artikel ini akan memberi tumpuan kepada solenoid. Mula-mula kita akan mempertimbangkan sisi teori topik ini, kemudian praktikal, di mana kita akan perhatikan bidang penggunaan solenoid dalam mod kerja yang berbeza.

Solenoid ialah gegelung silinder yang panjangnya lebih besar daripada diameternya. Perkataan solenoid itu sendiri terbentuk daripada gabungan dua perkataan — solen dan eidos, yang pertama diterjemahkan sebagai tiub, yang kedua — serupa. Iaitu, solenoid ialah gegelung yang berbentuk seperti tiub.

Solenoid dalam erti kata yang luas adalah induktor yang dililit oleh wayar pada bingkai silinder, yang boleh menjadi satu lapisan atau berbilang lapisan... Oleh kerana panjang gegelung solenoid sangat melebihi diameternya, maka apabila arus terus dikenakan. melalui gegelung sedemikian, di dalamnya, dalam rongga dalaman, medan magnet yang hampir seragam terbentuk.

Solenoid sering dirujuk kepada beberapa penggerak pada prinsip operasi elektromekanikal, seperti injap solenoid transmisi automatik di dalam kereta atau geganti penarikan semula starter.Sebagai peraturan, teras feromagnetik bertindak sebagai bahagian yang ditarik balik dan solenoid itu sendiri dipasang dengan teras magnet di luar, kuk feromagnetik yang dipanggil.

Sekiranya tiada bahan magnetik dalam reka bentuk solenoid, maka apabila arus terus mengalir melalui wayar, medan magnet terbentuk di sepanjang paksi gegelung, induksi yang secara berangka sama dengan:

Di mana, N ialah bilangan lilitan dalam solenoid, l ialah panjang gegelung solenoid, I ialah arus dalam solenoid, μ0 ialah kebolehtelapan magnet bagi vakum.

Pada hujung solenoid, aruhan magnet adalah separuh daripada bahagian dalamnya, kerana kedua-dua bahagian solenoid di persimpangan mereka memberi sumbangan yang sama kepada medan magnet yang dicipta oleh arus solenoid. Ini boleh dikatakan untuk solenoid separuh tak terhingga atau untuk gegelung yang cukup panjang untuk diameter bingkai. Aruhan magnet di tepi akan sama dengan:

Oleh kerana solenoid adalah terutamanya gegelung induktif, seperti mana-mana gegelung dengan induktansi, solenoid dapat menyimpan tenaga dalam medan magnet secara berangka sama dengan kerja yang dilakukan sumber untuk mencipta arus dalam gegelung yang menjana medan magnet solenoid:

Perubahan dalam arus dalam gegelung akan membawa kepada penampilan EMF aruhan diri, dan voltan pada hujung wayar gegelung solenoid akan sama dengan:

Kearuhan solenoid akan sama dengan:

Di mana V ialah isipadu solenoid, z ialah panjang wayar dalam gegelung solenoid, n ialah bilangan lilitan per unit panjang solenoid, l ialah panjang solenoid, μ0 ialah kebolehtelapan magnet vakum.

Apabila arus ulang alik mengalir melalui wayar solenoid, medan magnet solenoid juga akan berselang-seli. Rintangan AC bagi solenoid adalah bersifat kompleks dan termasuk komponen aktif dan reaktif yang ditentukan oleh kearuhan dan rintangan aktif gegelung.

Penggunaan praktikal solenoid

Solenoid digunakan dalam banyak aplikasi perindustrian dan awam. Selalunya pemacu linear hanyalah contoh operasi solenoid DC. Periksa gunting dalam daftar tunai, injap enjin, geganti tarik pemula, injap hidraulik, dsb. Dalam arus ulang alik, solenoid bertindak sebagai induktor relau pijar.

Gegelung solenoid, sebagai peraturan, diperbuat daripada tembaga, kurang kerap daripada wayar aluminium. Dalam industri berteknologi tinggi, gegelung superkonduktor digunakan. Teras mungkin besi, besi tuang, ferit atau aloi lain, selalunya dalam bentuk berkas kepingan, atau mungkin tidak ada langsung.

Bergantung pada tujuan mesin elektrik, teras diperbuat daripada satu atau bahan lain. Peranti seperti mengangkat elektromagnet, menyusun benih, membersihkan arang batu, dsb. Seterusnya kita akan melihat beberapa contoh penggunaan solenoid.

Injap Solenoid Talian

Dengan menggunakan voltan pada gegelung solenoid, cakera injap ditekan dengan kuat pada port pandu oleh spring dan talian ditutup. Apabila arus dikenakan pada gegelung injap, cakera injap angker dan yang berkaitan akan naik, ditarik oleh gegelung, menentang spring dan membuka lubang pandu.

Perbezaan tekanan pada sisi berbeza injap menyebabkan bendalir bergerak dalam saluran paip, dan selagi voltan digunakan pada gegelung injap, saluran paip tidak disekat.

Apabila solenoid dimatikan, spring tidak lagi menahan apa-apa dan injap mengalir ke bawah, menghalang lubang pandu. Saluran paip ditutup semula.

Geganti pemula elektromagnet kereta

Motor penghidup pada asasnya ialah motor DC berkuasa yang dikuasakan oleh bateri kereta. Pada masa menghidupkan enjin, gear pemula (bendix) mesti dihidupkan dengan cepat untuk seketika dengan roda tenaga aci engkol, dan pada masa yang sama motor pemula dihidupkan. Solenoid di sini ialah gegelung solenoid pemula.

Geganti retraktor dipasang pada perumah pemula dan apabila kuasa digunakan pada gegelung geganti, teras besi yang disambungkan kepada mekanisme yang menggerakkan gear ke hadapan ditarik. Selepas enjin dihidupkan, bekalan kuasa terputus oleh gegelung geganti dan gear dikembalikan semula berkat spring.

Kunci solenoid

Dalam kunci elektromagnet, bolt didorong oleh daya elektromagnet. Kunci sedemikian digunakan dalam sistem kawalan akses dan sistem pintu air. Pintu yang dilengkapi dengan kunci sedemikian hanya boleh dibuka semasa tempoh kesahihan isyarat kawalan. Selepas mengalih keluar isyarat ini, pintu yang tertutup akan kekal terkunci, tidak kira sama ada ia dibuka.

Kelebihan kunci solenoid termasuk reka bentuknya — ia jauh lebih mudah daripada kunci enjin, lebih tahan haus. Seperti yang anda lihat, di sini solenoid sekali lagi dipasangkan dengan spring balik.

Induktor dengan solenoid melalui pemanasan

Induktor multiturn solenoid biasanya digunakan untuk pemanasan. Gegelung induktor diperbuat daripada tiub kuprum yang disejukkan dengan air atau busbar kuprum.

Dalam pemasangan frekuensi sederhana, belitan satu lapisan digunakan, dan dalam belitan frekuensi industri, belitan boleh menjadi satu lapisan atau berbilang lapisan. Ini disebabkan oleh kemungkinan pengurangan kehilangan elektrik dalam induktor dan dengan syarat pematuhan parameter beban dan dengan parameter voltan dan faktor kuasa bekalan kuasa. Untuk memastikan ketegaran gegelung induktif, dempulnya paling kerap digunakan di antara plat asbestos-simen akhir.

Dalam pemasangan moden pengerasan dan pemanasan aruhan Solenoid beroperasi dalam mod AC frekuensi tinggi, jadi mereka biasanya tidak memerlukan teras feromagnetik.

Motor solenoid

Dalam motor solenoid gegelung tunggal, menghidupkan dan mematikan gegelung operasi menghasilkan pergerakan mekanikal mekanisme engkol, dan pengembalian dilakukan oleh spring, sama seperti yang berlaku dalam injap solenoid dan kunci solenoid.

Dalam motor solenoid berbilang lilitan, pengaktifan gegelung bergantian dilakukan dengan bantuan injap.Kepada setiap gegelung, arus dari sumber kuasa dibekalkan dalam salah satu daripada separuh kitaran voltan sinusoidal. Teras berturut-turut tertarik oleh satu atau gegelung yang lain, membuat pergerakan salingan, memacu aci engkol atau roda untuk berputar.

Solenoid dalam kemudahan eksperimen

Pemasangan eksperimen seperti pengesan ATLAS yang beroperasi di Large Hadron Collider di CERN menggunakan elektromagnet berkuasa yang turut termasuk solenoid. Eksperimen fizik zarah dijalankan untuk menemui blok binaan jirim dan untuk menyiasat kuasa asas alam semula jadi yang mengekalkan alam semesta kita.

Gegelung Tesla

Akhir sekali, ahli legasi Nikola Tesla sentiasa menggunakan solenoid untuk membina gegelung. Penggulungan sekunder pengubah Tesla tidak lebih daripada solenoid. Dan panjang wayar dalam gegelung ternyata sangat penting, kerana pembina gegelung di sini menggunakan solenoid bukan sebagai elektromagnet, tetapi sebagai pandu gelombang, sebagai resonator, di mana, seperti dalam mana-mana litar berayun, terdapat bukan sahaja kearuhan wayar, tetapi juga kemuatan yang terbentuk dalam kes ini dari jarak rapat kepada rakan pada giliran. Dengan cara ini, toroid di bahagian atas penggulungan sekunder direka bentuk untuk mengimbangi kapasitans teragih ini.

Kami berharap artikel kami berguna kepada anda dan kini anda tahu apa itu solenoid dan berapa banyak bidang penggunaannya di dunia moden, kerana kami tidak menyenaraikan semuanya.