Solenoidi — uređaj, rad, primjena

Ovaj će se članak usredotočiti na solenoide. Prvo ćemo razmotriti teoretsku stranu ove teme, zatim praktičnu, gdje ćemo uočiti područja primjene solenoida u različitim načinima njihova rada.

Solenoid je cilindrična zavojnica čija je duljina mnogo veća od promjera. Sama riječ solenoid nastala je kombinacijom dviju riječi - solen i eidos, od kojih se prva prevodi kao cijev, a druga - slično. Odnosno, solenoid je zavojnica u obliku cijevi.

Solenoidi u širem smislu su induktori namotani žicom na cilindrični okvir, koji može biti jednoslojni ili višeslojni... Budući da duljina svitka solenoida uvelike premašuje njegov promjer, tada kada se dovede istosmjerna struja kroz takav svitak, unutar njega, u unutarnjoj šupljini, formira se gotovo jednolično magnetsko polje.

Solenoidi se često nazivaju nekim aktuatorima na elektromehaničkom principu rada, kao što je solenoidni ventil automatskog mjenjača u automobilu ili relej za povlačenje startera.U pravilu, feromagnetska jezgra djeluje kao uvučeni dio i sam solenoid opremljen magnetskom jezgrom izvana, takozvani feromagnetski jaram.

Ako u dizajnu solenoida nema magnetskog materijala, tada kada istosmjerna struja teče kroz žicu, formira se magnetsko polje duž osi zavojnice, čija je indukcija numerički jednaka:

Gdje je N broj zavoja u solenoidu, l je duljina svitka solenoida, I je struja u solenoidu, μ0 je magnetska permeabilnost vakuuma.

Na krajevima solenoida, magnetska indukcija je upola manja od one unutar njega, jer obje polovice solenoida na svom spoju daju jednak doprinos magnetskom polju koje stvara struja solenoida. To se može reći za polu-beskonačni solenoid ili za svitak koji je dovoljno dugačak za promjer okvira. Magnetska indukcija na rubovima bit će jednaka:

Budući da je solenoid primarno induktivna zavojnica, kao i svaka zavojnica s induktivitetom, solenoid može pohraniti energiju u magnetskom polju numerički jednakom radu koji izvor čini da stvori struju u zavojnici koja generira magnetsko polje solenoida:

Promjena struje u zavojnici dovest će do pojave EMF-a samoindukcije, a napon na krajevima žice solenoida zavojnice bit će jednak:

Induktivitet solenoida bit će jednak:

Gdje je V volumen solenoida, z je duljina žice u svitku solenoida, n je broj zavoja po jedinici duljine solenoida, l je duljina solenoida, μ0 je vakuumska magnetska permeabilnost.

Kada izmjenična struja teče kroz žicu solenoida, magnetsko polje solenoida također će biti izmjenično. AC otpor solenoida složen je po prirodi i uključuje i aktivne i reaktivne komponente određene induktivitetom i aktivnim otporom zavojnice.

Praktična uporaba solenoida

Solenoidi se koriste u mnogim industrijskim i civilnim aplikacijama. Često su linearni pogoni samo primjer rada istosmjernog solenoida. Provjerite škare u kasama, ventile motora, relej za povlačenje startera, hidraulične ventile itd. U izmjeničnoj struji solenoidi djeluju kao induktori lončane peći.

Solenoidne zavojnice, u pravilu, izrađene su od bakra, rjeđe od aluminijske žice.U visokotehnološkim industrijama koriste se supravodljive zavojnice. Jezgre mogu biti željezo, lijevano željezo, ferit ili druge legure, često u obliku snopa ploča, ili ih možda uopće nema.

Ovisno o namjeni električnog stroja, jezgra je izrađena od jednog ili drugog materijala. Uređaji kao što su elektromagneti za podizanje, sortiranje sjemena, čišćenje ugljena itd. Zatim ćemo pogledati neke primjere korištenja solenoida.

Linijski elektromagnetski ventil

Primjenom napona na svitak solenoida, disk ventila je oprugom čvrsto pritisnut na pilotski otvor i vod je zatvoren. Kada se struja primijeni na zavojnicu ventila, armatura i pripadajući disk ventila se podižu, povučeni od strane zavojnice, nasuprot opruzi i otvarajući rupu za pilotiranje.

Razlika u tlaku na različitim stranama ventila uzrokuje kretanje tekućine u cjevovodu, i sve dok je napon na zavojnici ventila, cjevovod nije blokiran.

Kad se solenoid isključi, opruga više ništa ne zadržava i ventil juri prema dolje, blokirajući pilotsku rupu. Cjevovod je ponovno zatvoren.

Elektromagnetski relej za pokretanje automobila

Starter je u biti snažan istosmjerni motor koji se napaja iz akumulatora automobila. U trenutku pokretanja motora, zupčanik startera (bendix) mora biti brzo spojen na neko vrijeme sa zamašnjakom radilice, au isto vrijeme se uključuje starter. Solenoid je ovdje svitak solenoida startera.

Relej za uvlačenje montiran je na kućište startera, a kada se struja primijeni na zavojnicu releja, izvlači se željezna jezgra povezana s mehanizmom koji pomiče zupčanik prema naprijed. Nakon što se motor pokrene, zavojnica releja prekida napajanje, a brzina se vraća natrag zahvaljujući opruzi.

Solenoidna brava

Kod elektromagnetskih brava zasun pokreće sila elektromagneta. Takve se brave koriste u sustavima kontrole pristupa i sustavima brava. Vrata opremljena takvom bravom mogu se otvoriti samo za vrijeme trajanja kontrolnog signala. Nakon uklanjanja ovog signala, zatvorena vrata će ostati zaključana, bez obzira da li su bila otvorena.

Prednosti solenoidnih brava uključuju njihov dizajn - puno je jednostavniji od brava motora, otporniji na habanje. Kao što vidite, ovdje je solenoid ponovno uparen s povratnom oprugom.

Induktor sa solenoidom zagrijavanjem

Za grijanje se obično koriste solenoidne višenavojne zavojnice. Zavojnica induktora izrađena je od vodeno hlađene bakrene cijevi ili bakrene sabirnice.

U instalacijama srednje frekvencije koriste se jednoslojni namoti, au industrijskim frekvencijama namot može biti jednoslojni i višeslojni. To je zbog mogućeg smanjenja električnih gubitaka u induktoru i uz uvjete usklađenosti parametara opterećenja i parametara napona i faktora snage napajanja. Kako bi se osigurala krutost induktivne zavojnice, njezin se kit najčešće koristi između završnih azbestno-cementnih ploča.

U modernim instalacijama indukcijsko kaljenje i zagrijavanje Solenoidi rade u visokofrekventnom AC modu, tako da im obično nije potrebna feromagnetska jezgra.

Solenoidni motor

U solenoidnim motorima s jednom zavojnicom, uključivanje i isključivanje radnog svitka rezultira mehaničkim pomicanjem pogonskog mehanizma, a povratak se vrši pomoću opruge, slično onome što se događa u elektromagnetskom ventilu i blokadi solenoida.

U elektromagnetskim motorima s više namota, naizmjenično aktiviranje zavojnica provodi se pomoću ventila.Svakoj zavojnici dovodi se struja iz izvora napajanja u jednom od poluciklusa sinusoidnog napona. Jezgru uzastopno privlači jedna ili druga zavojnica, čineći klipno kretanje, tjerajući radilicu ili kotač na okretanje.

Solenoidi u eksperimentalnim postrojenjima

Eksperimentalne instalacije poput detektora ATLAS koji radi na Velikom hadronskom sudaraču u CERN-u koriste snažne elektromagnete koji također uključuju solenoide. Eksperimenti fizike čestica provode se kako bi se otkrile građevne jedinice materije i istražile temeljne sile prirode koje održavaju naš svemir.

Tesline zavojnice

Konačno, poznavatelji ostavštine Nikole Tesle uvijek koriste solenoide za izradu zavojnica. Sekundarni namot Teslinog transformatora nije ništa više od solenoida. A duljina žice u zavojnici pokazuje se vrlo važnom, jer graditelji zavojnica ovdje koriste solenoide ne kao elektromagnete, već kao valovode, kao rezonatore, u kojima, kao u svakom titrajnom krugu, postoji ne samo induktivitet žice, ali i kapacitivnost nastala u ovom slučaju od blisko razmaknutih do prijatelja na zavojima. Usput, toroid na vrhu sekundarnog namota dizajniran je da kompenzira ovaj raspodijeljeni kapacitet.

Nadamo se da vam je naš članak bio koristan i sada znate što je solenoid i koliko područja njegove primjene postoji u suvremenom svijetu, jer ih nismo sve naveli.