Solenoids - aparato, operasyon, aplikasyon

Ang artikulong ito ay tumutuon sa mga solenoid. Una ay isasaalang-alang natin ang teoretikal na bahagi ng paksang ito, pagkatapos ay ang praktikal, kung saan mapapansin natin ang mga lugar ng aplikasyon ng mga solenoid sa iba't ibang mga mode ng kanilang trabaho.

Ang solenoid ay isang cylindrical coil na ang haba ay mas malaki kaysa sa diameter nito. Ang salitang solenoid mismo ay nabuo mula sa kumbinasyon ng dalawang salita — solen at eidos, ang una ay isinasalin bilang tubo, ang pangalawa — magkatulad. Iyon ay, ang isang solenoid ay isang likid na hugis tulad ng isang tubo.

Ang mga solenoid sa isang malawak na kahulugan ay mga inductors na nasugatan ng isang wire sa isang cylindrical frame, na maaaring maging single-layer o multi-layer... Dahil ang haba ng coil ng isang solenoid ay lubhang lumampas sa diameter nito, pagkatapos ay kapag ang isang direktang kasalukuyang ay inilapat sa pamamagitan ng tulad ng isang likid, sa loob nito, sa panloob na lukab, isang halos pare-parehong magnetic field ay nabuo.

Ang mga solenoid ay madalas na tinutukoy sa ilang mga actuator sa isang electromechanical na prinsipyo ng operasyon, tulad ng isang automatic transmission solenoid valve sa isang kotse o isang starter retraction relay.Bilang isang patakaran, ang ferromagnetic core ay kumikilos bilang isang binawi na bahagi at ang solenoid mismo nilagyan ng magnetic core sa labas, ang tinatawag na ferromagnetic yoke.

Kung walang magnetic na materyal sa disenyo ng solenoid, kung gayon kapag ang isang direktang kasalukuyang dumadaloy sa kawad, isang magnetic field ay nabuo sa kahabaan ng axis ng coil, ang induction na kung saan ay katumbas ng numero:

Kung saan, ang N ay ang bilang ng mga liko sa solenoid, l ang haba ng solenoid coil, I ang kasalukuyang sa solenoid, μ0 ay ang magnetic permeability ng vacuum.

Sa mga dulo ng solenoid, ang magnetic induction ay kalahati ng nasa loob nito, dahil ang parehong halves ng solenoid sa kanilang junction ay gumagawa ng pantay na kontribusyon sa magnetic field na nilikha ng solenoid current. Ito ay masasabi para sa isang semi-infinite solenoid o para sa isang coil na sapat ang haba para sa diameter ng frame. Ang magnetic induction sa mga gilid ay magiging katumbas ng:

Dahil ang solenoid ay pangunahing inductive coil, tulad ng anumang coil na may inductance, ang solenoid ay nakakapag-imbak ng enerhiya sa isang magnetic field ayon sa numerong katumbas ng gawaing ginagawa ng pinagmulan upang lumikha ng isang kasalukuyang sa coil na bumubuo ng magnetic field ng solenoid:

Ang isang pagbabago sa kasalukuyang sa coil ay hahantong sa hitsura ng isang EMF ng self-induction, at ang boltahe sa mga dulo ng wire ng solenoid coil ay magiging katumbas ng:

Ang inductance ng solenoid ay magiging katumbas ng:

Kung saan ang V ay ang volume ng solenoid, ang z ay ang haba ng wire sa solenoid coil, n ang bilang ng mga pagliko sa bawat unit na haba ng solenoid, l ang haba ng solenoid, μ0 ang vacuum magnetic permeability.

Kapag ang isang alternating current ay dumadaloy sa solenoid wire, ang magnetic field ng solenoid ay magiging alternating din. Ang AC resistance ng isang solenoid ay kumplikado sa kalikasan at kabilang ang parehong aktibo at reaktibo na mga bahagi na tinutukoy ng inductance at aktibong resistensya ng coil.

Praktikal na paggamit ng solenoids

Ang mga solenoid ay ginagamit sa maraming pang-industriya at sibil na aplikasyon. Kadalasan ang mga linear drive ay isang halimbawa lamang ng DC solenoid operation. Suriin ang mga gunting sa mga cash register, engine valve, starter pull relay, hydraulic valve, atbp. Sa alternating current, ang mga solenoid ay kumikilos bilang mga inductors mga hurno ng crucible.

Ang mga solenoid coil, bilang panuntunan, ay gawa sa tanso, mas madalas ng aluminum wire. Sa mga high-tech na industriya, ginagamit ang mga superconducting coil. Ang mga core ay maaaring bakal, cast iron, ferrite o iba pang mga haluang metal, kadalasan sa anyo ng isang bundle ng mga sheet, o maaaring wala silang lahat.

Depende sa layunin ng electric machine, ang core ay gawa sa isa o ibang materyal. Mga kagamitan tulad ng pag-angat ng mga electromagnet, pag-uuri ng mga buto, paglilinis ng karbon, atbp. Susunod na titingnan natin ang ilang mga halimbawa ng paggamit ng solenoids.

Linya ng Solenoid Valve

Sa pamamagitan ng paglalagay ng boltahe sa solenoid coil, ang valve disc ay mahigpit na pinindot laban sa pilot port sa pamamagitan ng isang spring at ang linya ay sarado. Kapag ang kasalukuyang ay inilapat sa balbula coil, ang armature at ang nauugnay na balbula disc ay tumaas, hinila ng coil, laban sa spring at pagbubukas ng pilot hole.

Ang pagkakaiba sa presyon sa iba't ibang panig ng balbula ay nagiging sanhi ng paglipat ng likido sa pipeline, at hangga't ang boltahe ay inilapat sa valve coil, ang pipeline ay hindi naharang.

Kapag ang solenoid ay naka-off, ang spring ay hindi na humawak ng anumang bagay pabalik at ang balbula ay nagmamadali pababa, na humaharang sa pilot hole. Ang pipeline ay sarado muli.

Ang electromagnetic starter relay ng kotse

Ang starter motor ay mahalagang isang malakas na DC motor na pinapagana ng baterya ng kotse. Sa oras ng pagsisimula ng makina, ang starter gear (bendix) ay dapat na mabilis na makisali sa crankshaft flywheel, at sa parehong oras ang starter motor ay naka-on. Ang solenoid dito ay ang starter solenoid coil.

Ang retractor relay ay naka-mount sa starter housing at kapag ang kapangyarihan ay inilapat sa relay coil, isang iron core na konektado sa isang mekanismo na nagpapagalaw sa gear pasulong ay iguguhit. Matapos simulan ang makina, ang power supply ay pinutol ng relay coil at ang gear ay ibinalik muli salamat sa spring.

Solenoid lock

Sa electromagnetic lock, ang bolt ay hinihimok ng puwersa ng isang electromagnet. Ang ganitong mga kandado ay ginagamit sa mga access control system at sluice gate system. Ang isang pinto na nilagyan ng naturang lock ay maaari lamang mabuksan sa panahon ng bisa ng control signal. Pagkatapos alisin ang signal na ito, mananatiling naka-lock ang saradong pinto, hindi alintana kung ito ay binuksan.

Kasama sa mga bentahe ng solenoid lock ang kanilang disenyo — mas simple ito kaysa sa mga lock ng makina, mas lumalaban sa pagsusuot. Tulad ng nakikita mo, dito ang solenoid ay muling ipinares sa isang return spring.

Inductor na may solenoid sa pamamagitan ng pag-init

Ang solenoid multiturn inductors ay karaniwang ginagamit para sa pagpainit. Ang inductor coil ay gawa sa water-cooled na tansong tubo o tansong busbar.

Sa mga pag-install ng medium frequency, ginagamit ang single-layer windings, at sa industrial frequency windings, ang winding ay maaaring single-layer o multi-layer. Ito ay dahil sa isang posibleng pagbawas ng mga pagkalugi ng kuryente sa inductor at sa mga kondisyon ng pagsunod sa mga parameter ng pag-load at sa mga parameter ng boltahe at ang power factor ng power supply. Upang matiyak ang katigasan ng inductive coil, ang masilya nito ay kadalasang ginagamit sa pagitan ng mga huling asbestos-semento na mga plato.

Sa modernong mga pag-install induction hardening at heating Gumagana ang mga solenoid sa high-frequency AC mode, kaya karaniwang hindi nila kailangan ng ferromagnetic core.

Solenoid na motor

Sa single-coil solenoid motors, ang pag-on at off ng operating coil ay nagreresulta sa isang mekanikal na paggalaw ng mekanismo ng crank, at ang pagbabalik ay ginagawa ng isang spring, katulad ng kung ano ang nangyayari sa isang solenoid valve at solenoid lock.

Sa multi-winding solenoid motors, ang alternating activation ng coils ay isinasagawa sa tulong ng mga valves.Sa bawat coil, ang kasalukuyang mula sa power source ay ibinibigay sa isa sa kalahating cycle ng sinusoidal voltage. Ang core ay sunud-sunod na naaakit ng isa o ng iba pang coil, na gumagawa ng isang reciprocating na paggalaw, na nagtutulak sa crankshaft o gulong upang paikutin.

Mga solenoid sa mga pasilidad na pang-eksperimento

Ang mga pang-eksperimentong pag-install tulad ng ATLAS detector na tumatakbo sa Large Hadron Collider sa CERN ay gumagamit ng malalakas na electromagnets na may kasamang mga solenoid. Ang mga eksperimento sa particle physics ay isinasagawa upang matuklasan ang mga bloke ng gusali ng bagay at upang siyasatin ang mga pangunahing puwersa ng kalikasan na nagpapanatili sa ating uniberso.

Tesla coils

Sa wakas, ang mga connoisseurs ng legacy ni Nikola Tesla ay palaging gumagamit ng solenoids upang bumuo ng mga coils. Ang pangalawang paikot-ikot ng isang Tesla transformer ay walang iba kundi isang solenoid. At ang haba ng wire sa coil ay naging napakahalaga, dahil ang mga tagabuo ng mga coil dito ay gumagamit ng mga solenoid hindi bilang mga electromagnet, ngunit bilang mga waveguides, bilang mga resonator, kung saan, tulad ng sa anumang oscillating circuit, hindi lamang ang inductance ng wire, ngunit din ang kapasidad na nabuo sa kasong ito mula sa malapit na pagitan sa kaibigan sa mga liko. Sa pamamagitan ng paraan, ang toroid sa tuktok ng pangalawang paikot-ikot ay idinisenyo upang mabayaran ang ipinamamahaging kapasidad na ito.

Inaasahan namin na ang aming artikulo ay kapaki-pakinabang sa iyo at ngayon alam mo kung ano ang isang solenoid at kung gaano karaming mga lugar ng aplikasyon nito ang nasa modernong mundo, dahil hindi namin inilista ang lahat.