Solenoidy — zařízení, provoz, aplikace

Tento článek se zaměří na solenoidy. Nejprve se budeme zabývat teoretickou stránkou tohoto tématu, poté praktickou, kde si všimneme oblastí použití solenoidů v různých režimech jejich práce.

Solenoid je válcová cívka, jejíž délka je mnohem větší než její průměr. Samotné slovo solenoid je tvořeno kombinací dvou slov - solen a eidos, z nichž první se překládá jako trubice, druhé - podobné. To znamená, že solenoid je cívka ve tvaru trubky.

Solenoidy v širokém slova smyslu jsou induktory navinuté drátem na válcovém rámu, který může být jednovrstvý nebo vícevrstvý... Protože délka cívky solenoidu značně přesahuje jeho průměr, pak při použití stejnosměrného proudu přes takovou cívku se uvnitř ní ve vnitřní dutině vytváří téměř rovnoměrné magnetické pole.

Elektromagnety jsou často označovány jako některé akční členy na elektromechanickém principu činnosti, jako je elektromagnetický ventil automatické převodovky v autě nebo relé zatahování startéru.Feromagnetické jádro působí zpravidla jako zatažená část a samotný solenoid na vnější straně opatřena magnetickým jádrem, tzv. feromagnetické jho.

Pokud v konstrukci solenoidu není žádný magnetický materiál, pak když drátem protéká stejnosměrný proud, vytvoří se podél osy cívky magnetické pole, jehož indukce je číselně rovna:

Kde, N je počet závitů v elektromagnetu, l je délka cívky elektromagnetu, I je proud v elektromagnetu, μ0 je magnetická permeabilita vakua.

Na koncích elektromagnetu je magnetická indukce poloviční než uvnitř elektromagnetu, protože obě poloviny elektromagnetu na svém přechodu rovnoměrně přispívají k magnetickému poli vytvářenému proudem elektromagnetu. To lze říci o polonekonečném solenoidu nebo o cívce, která je dostatečně dlouhá na průměr rámu. Magnetická indukce na okrajích bude rovna:

Vzhledem k tomu, že solenoid je primárně indukční cívka, jako každá cívka s indukčností, je solenoid schopen ukládat energii v magnetickém poli, které se číselně rovná práci, kterou zdroj vykoná, aby vytvořil proud v cívce, který generuje magnetické pole solenoidu:

Změna proudu v cívce povede ke vzniku EMF samoindukce a napětí na koncích drátu cívky elektromagnetu se bude rovnat:

Indukčnost solenoidu bude rovna:

Kde V je objem solenoidu, z je délka drátu v cívce solenoidu, n je počet závitů na jednotku délky solenoidu, l je délka solenoidu, μ0 je magnetická permeabilita vakua.

Když drátem elektromagnetu protéká střídavý proud, magnetické pole elektromagnetu bude také střídavé. Střídavý odpor solenoidu je komplexní povahy a zahrnuje aktivní i reaktivní složky určené indukčností a aktivním odporem cívky.

Praktické použití solenoidů

Solenoidy se používají v mnoha průmyslových a civilních aplikacích. Lineární pohony jsou často jen příkladem provozu stejnosměrného elektromagnetu. Zkontrolujte nůžky v pokladnách, ventily motoru, relé tahu startéru, hydraulické ventily atd. Ve střídavém proudu působí solenoidy jako induktory kelímkové pece.

Solenoidové cívky jsou zpravidla vyrobeny z mědi, méně často z hliníkového drátu.V high-tech průmyslu se používají supravodivé cívky. Jádra mohou být ze železa, litiny, feritu nebo jiných slitin, často ve formě svazku plechů, nebo nemusí být přítomna vůbec.

V závislosti na účelu elektrického stroje je jádro vyrobeno z jednoho nebo druhého materiálu. Zařízení jako zdvihací elektromagnety, třídění semen, čištění uhlí atd. Dále se podíváme na některé příklady použití solenoidů.

Solenoidový ventil vedení

Přivedením napětí na cívku elektromagnetu je kotouč ventilu pevně přitlačen pružinou proti pilotnímu portu a potrubí je uzavřeno. Když je na cívku ventilu přiveden proud, kotva a související kotouč ventilu se zvednou, taženy cívkou, proti pružině a otevírají pilotní otvor.

Rozdíl v tlaku na různých stranách ventilu způsobuje pohyb tekutiny v potrubí, a pokud je na cívku ventilu přivedeno napětí, potrubí není blokováno.

Když je solenoid vypnutý, pružina již nic nedrží a ventil se řítí dolů a zablokuje pilotní otvor. Potrubí se opět uzavře.

Elektromagnetické startovací relé do auta

Startér je v podstatě výkonný stejnosměrný motor napájený z autobaterie. V době spouštění motoru je třeba na chvíli rychle zařadit převodový stupeň spouštěče (bendix) se setrvačníkem klikového hřídele a současně zapnout startér. Solenoid je zde cívka solenoidu spouštěče.

Relé navíječe je namontováno na skříni spouštěče a když je na cívku relé přivedeno napájení, vytáhne se železné jádro spojené s mechanismem, který posouvá ozubené kolo dopředu. Po nastartování motoru je cívkou relé odpojeno napájení a převod je vrácen zpět díky pružině.

Solenoidový zámek

U elektromagnetických zámků je závora poháněna silou elektromagnetu. Takové zámky se používají v systémech kontroly přístupu a v systémech stavidel. Dveře vybavené takovým zámkem lze otevřít pouze po dobu platnosti řídicího signálu. Po odstranění tohoto signálu zůstanou zavřené dveře uzamčeny bez ohledu na to, zda byly otevřeny.

Mezi výhody solenoidových zámků patří jejich konstrukce — je mnohem jednodušší než zámky motoru, odolnější proti opotřebení. Jak vidíte, zde je solenoid opět spárován s vratnou pružinou.

Induktor s elektromagnetem zahřátím

K ohřevu se obvykle používají solenoidové víceotáčkové induktory. Cívka induktoru je vyrobena z vodou chlazené měděné trubky nebo měděné přípojnice.

Ve středofrekvenčních instalacích se používají jednovrstvá vinutí a v průmyslových frekvenčních vinutích může být vinutí jednovrstvé nebo vícevrstvé. Je to z důvodu možného snížení elektrických ztrát v tlumivce a splnění podmínek shody parametrů zátěže a napěťových parametrů a účiníku zdroje. Pro zajištění tuhosti indukční cívky se nejčastěji používá její tmel mezi finální azbestocementové desky.

V moderních instalacích indukční kalení a ohřev Solenoidy pracují ve vysokofrekvenčním střídavém režimu, takže obvykle nepotřebují feromagnetické jádro.

Solenoidový motor

U jednocívkových solenoidových motorů má zapínání a vypínání ovládací cívky za následek mechanický pohyb klikového mechanismu a návrat se provádí pružinou, podobně jako u solenoidového ventilu a solenoidového zámku.

U vícevinutých solenoidových motorů se střídavá aktivace cívek provádí pomocí ventilů.Do každé cívky je přiváděn proud ze zdroje v jednom z půlcyklů sinusového napětí. Jádro je postupně přitahováno jednou nebo druhou cívkou, přičemž provádí vratný pohyb a pohání klikový hřídel nebo kolo do otáčení.

Solenoidy v experimentálních zařízeních

Experimentální instalace, jako je detektor ATLAS pracující na Velkém hadronovém urychlovači v CERNu, používají výkonné elektromagnety, které obsahují také solenoidy. Experimenty částicové fyziky se provádějí s cílem objevit stavební kameny hmoty a prozkoumat základní přírodní síly, které udržují náš vesmír.

Tesla cívky

Konečně, znalci odkazu Nikoly Tesly vždy používají solenoidy ke stavbě cívek. Sekundární vinutí Teslova transformátoru není nic jiného než solenoid. A délka drátu v cívce se ukazuje jako velmi důležitá, protože stavitelé cívek zde používají solenoidy nikoli jako elektromagnety, ale jako vlnovody, jako rezonátory, ve kterých, jako v každém oscilačním obvodu, není pouze indukčnost drátu, ale také kapacita vytvořená v tomto případě od těsně umístěného k příteli na závitech. Mimochodem, toroid v horní části sekundárního vinutí je navržen tak, aby kompenzoval tuto distribuovanou kapacitu.

Doufáme, že náš článek byl pro vás užitečný a nyní víte, co je solenoid a kolik oblastí jeho použití je v moderním světě, protože jsme je neuvedli všechny.