Соленоид что это такое: Соленоид | это… Что такое Соленоид?

Соленоид | это… Что такое Соленоид?

Образование магнитного потока в соленоиде

Схема полей в соленоиде при протекании по обмотке переменного тока

Солено́ид — разновидность электромагнитов. Соленоид — это односложная катушка цилиндрической формы, витки которой намотаны вплотную, а длина значительно больше диаметра. Характеризуется значительным соотношением длины намотки к диаметру оправки, что позволяет создать внутри катушки относительно равномерное магнитное поле.

Соленоид почти всегда снабжается внешним магнитопроводом. Внутренний магнитопровод может быть подвижным или отсутствовать вовсе.

Соленоид на постоянном токе

Если длина соленоида намного больше его диаметра и не используется магнитный материал, то при протекании тока по обмотке внутри катушки создаётся магнитное поле, направленное вдоль оси, которое однородно и для постоянного тока по величине равно

(СИ),

(СГС),

где — магнитная проницаемость вакуума, — число витков N на единицу длины l (линейная плотность витков), — ток в обмотке.

При протекании тока соленоид запасает энергию, равную работе, которую необходимо совершить для установления текущего тока . Величина этой энергии равна

При изменении тока в соленоиде возникает ЭДС самоиндукции, значение которой

Индуктивность соленоида

Индуктивность соленоида выражается следующим образом:

(СИ),

(СГС),

где  — объём соленоида,  — длина проводника, намотаннного на соленоид,  — длина соленоида,  — диаметр витка.

Без использования магнитного материала плотность магнитного потока в пределах катушки является фактически постоянной и равна

где − магнитная проницаемость вакуума, − число витков, — сила тока и — длина катушки. Пренебрегая краевыми эффектами на концах соленоида, получим, что потокосцепление через катушку равно плотности потока , умноженному на площадь поперечного сечения и число витков :

Отсюда следует формула для индуктивности соленоида

эквивалентная предыдущим двум формулам.

Соленоид на переменном токе

При переменном токе соленоид создаёт переменное магнитное поле. Если соленоид используется как электромагнит, то на переменном токе величина силы притяжения изменяется. В случае якоря из магнитомягкого материала направление силы притяжения не изменяется. В случае магнитного якоря направление силы меняется. На переменном токе соленоид имеет комплексное сопротивление, активная составляющая которого определяется активным сопротивлением обмотки, а реактивная составляющая определяется индуктивностью обмотки.

Применение

Соленоиды постоянного тока чаще всего применяются как поступательный силовой электропривод. В отличие от обычных электромагнитов обеспечивает большой ход. Силовая характеристика зависит от строения магнитной системы (сердечника и корпуса) и может быть близка к линейной.

Соленоиды приводят в движение ножницы для отрезания билетов и чеков в кассовых аппаратах, язычки замков, клапаны в двигателях, гидравлических системах и проч. Один из самых известных примеров — «тяговое реле» автомобильного стартёра.

Соленоиды на переменном токе применяются в качестве индуктора для индукционного нагрева в индукционных тигельных печах.

См. также

• Магнит
• Электромагнит
• Индуктивность
• Катушка индуктивности
• Катушка Румкорфа

Соленоид | это… Что такое Соленоид?

Образование магнитного потока в соленоиде

Схема полей в соленоиде при протекании по обмотке переменного тока

Солено́ид — разновидность электромагнитов. Соленоид — это односложная катушка цилиндрической формы, витки которой намотаны вплотную, а длина значительно больше диаметра. Характеризуется значительным соотношением длины намотки к диаметру оправки, что позволяет создать внутри катушки относительно равномерное магнитное поле.

Соленоид почти всегда снабжается внешним магнитопроводом. Внутренний магнитопровод может быть подвижным или отсутствовать вовсе.

Соленоид на постоянном токе

Если длина соленоида намного больше его диаметра и не используется магнитный материал, то при протекании тока по обмотке внутри катушки создаётся магнитное поле, направленное вдоль оси, которое однородно и для постоянного тока по величине равно

(СИ),

(СГС),

где — магнитная проницаемость вакуума, — число витков N на единицу длины l (линейная плотность витков), — ток в обмотке.

При протекании тока соленоид запасает энергию, равную работе, которую необходимо совершить для установления текущего тока . Величина этой энергии равна

При изменении тока в соленоиде возникает ЭДС самоиндукции, значение которой

Индуктивность соленоида

Индуктивность соленоида выражается следующим образом:

(СИ),

(СГС),

где  — объём соленоида,  — длина проводника, намотаннного на соленоид,  — длина соленоида,  — диаметр витка.

Без использования магнитного материала плотность магнитного потока в пределах катушки является фактически постоянной и равна

где − магнитная проницаемость вакуума, − число витков, — сила тока и — длина катушки. Пренебрегая краевыми эффектами на концах соленоида, получим, что потокосцепление через катушку равно плотности потока , умноженному на площадь поперечного сечения и число витков :

Отсюда следует формула для индуктивности соленоида

эквивалентная предыдущим двум формулам.

Соленоид на переменном токе

При переменном токе соленоид создаёт переменное магнитное поле. Если соленоид используется как электромагнит, то на переменном токе величина силы притяжения изменяется. В случае якоря из магнитомягкого материала направление силы притяжения не изменяется. В случае магнитного якоря направление силы меняется. На переменном токе соленоид имеет комплексное сопротивление, активная составляющая которого определяется активным сопротивлением обмотки, а реактивная составляющая определяется индуктивностью обмотки.

Применение

Соленоиды постоянного тока чаще всего применяются как поступательный силовой электропривод. В отличие от обычных электромагнитов обеспечивает большой ход. Силовая характеристика зависит от строения магнитной системы (сердечника и корпуса) и может быть близка к линейной.

Соленоиды приводят в движение ножницы для отрезания билетов и чеков в кассовых аппаратах, язычки замков, клапаны в двигателях, гидравлических системах и проч. Один из самых известных примеров — «тяговое реле» автомобильного стартёра.

Соленоиды на переменном токе применяются в качестве индуктора для индукционного нагрева в индукционных тигельных печах.

См. также

• Магнит
• Электромагнит
• Индуктивность
• Катушка индуктивности
• Катушка Румкорфа

Что такое соленоид и как он работает?

— Реклама —

Прежде чем мы углубимся в принципы работы соленоида, давайте разберемся, что такое электромагнит.

Электрический ток, протекающий по спиральному проводу, создает магнитное поле. Когда этот провод наматывается на ферромагнитный или ферримагнитный материал, создается магнит, известный как электромагнит. Поскольку магнитное поле создается до тех пор, пока в проводе течет ток, последующий электромагнит имеет временный магнитный эффект. Когда ток уменьшится до нуля, магнитного эффекта не будет.

Введение

Произведено из двух греческих слов: Solen (труба) и Eidos (катушка) . Соленоид представляет собой тип электромагнитного устройства, преобразующего электрическую энергию в механическую. Обычно это делается путем тугой намотки проволоки в форме спирали вокруг куска металла. Всякий раз, когда через него проходит электрический ток, создается магнитное поле.

— Реклама —

Как было сказано ранее, мощность магнитного поля зависит от электрического тока. Поэтому, изменяя ток в соответствии с нашими потребностями, мы можем легко намагничивать и размагничивать электромагнит, что позволяет нам управлять магнитными полями для различных требований.

Предоставлено: Википедия

Принцип работы

Соленоид работает на электромагнетизме и электромагнитной силе. Он состоит из круглой цилиндрической катушки с несколькими витками проволоки и металлического стержня внутри катушки, который может свободно перемещаться. Когда на катушку подается электрический ток, создается магнитное поле, из-за которого металлический сердечник или стержень внутри катушки притягивается в направлении, где магнитный поток высок. Этот электромагнитный эффект в соленоиде позволяет любому подключенному плунжеру или якорю двигаться в соответствии с нашими потребностями.

Таким образом, мы можем управлять магнитным полем катушки, контролируя и, в свою очередь, используя его для управления механическим движением металлического сердечника.

Формула для магнитного поля в соленоиде:

, где b = магнитное поле

µ = проницаемость

n = количество ходов

I = ток COIL 9003

9

I = COULE 9003

I = COUL

I = ток COIL 9003

I = COUL 9003

I = COUL

I = COUL

I = ток. L= длина катушки

Плотность витков, n= N/L (Количество витков на единицу длины)

Таким образом, из этой формулы мы можем видеть, что для увеличения магнитной силы, создаваемой в катушке соленоида, мы должны увеличить количество витков

Типы соленоидов

Многослойный соленоид переменного тока

Обладает очень высокой начальной силой притяжения и очень коротким временем закрытия. Он изготавливается из ламинированного металла или изолированных тонких листов, которые бывают отдельными и сборными.

Рамный соленоид DC-C

Как следует из названия, этот соленоид сконструирован таким образом, что вокруг катушки имеется крышка в виде буквы «С». Этот тип широко используется в игровых автоматах.

Соленоид рамы DC-C

Соленоид рамы DC-D

Как следует из названия, катушка этого соленоида закрыта двумя D-образными рамами с двух сторон. Этот тип обычно используется в приложениях переменного тока.

Рамочный соленоид DC-D

Линейный соленоид

Этот тип соленоида имеет свободно перемещаемый стальной или железный стержень, называемый плунжером, внутри круглой катушки цилиндрической формы. Железный стержень может свободно входить или выходить из цилиндрической катушки в зависимости от приложенного тока.

Линейный соленоид

Вращательный соленоид

Это особый тип соленоида, в котором магнитная сила преобразуется во вращательную силу или вращательное движение. Он состоит из сердечника якоря, закрепленного на плоском диске.

При подаче тока якорь притягивается к статору, и плоский диск вращается.

Области применения

Электромагнитный клапан

Электромагнитный клапан представляет собой простое устройство, в котором электромагнит используется для контроля и регулирования потока жидкости. Он имеет катушку со свободно подвижным плунжером или железный стержень с пружиной внутри. Когда мы подаем питание на катушку, плунжер перемещается из своего положения благодаря магнитному притяжению, а когда мы отключаем питание катушки, плунжер возвращается в исходное положение с помощью пружины. Как только плунжер оказывается на пути протекающей жидкости, ее течение прекращается.

Электромагнитный клапан

Электромагнитный замок

Здесь мы используем движение электромагнитного плунжера для механизма блокировки и разблокировки. Эти соленоидные замки широко используются в электронных и биометрических замках с паролем. Он состоит из прочного металлического поршня, который может двигаться. Когда катушка намагничивается из-за электрического поля, поршень перемещается, чтобы выполнить механизм блокировки и разблокировки.

Соленоидный замок

Чтобы прочитать другие интересные статьи

Основы

Что такое электромагнитный клапан и как он работает?

Электромагнитные клапаны используются везде, где требуется автоматическое управление потоком жидкости. Они находят все более широкое применение в самых различных типах установок и оборудования. Разнообразие различных доступных конструкций позволяет выбрать клапан в соответствии с конкретной областью применения.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Электромагнитные клапаны используются везде, где требуется автоматическое управление потоком жидкости. Они находят все более широкое применение в самых различных типах установок и оборудования. Разнообразие различных доступных конструкций позволяет выбрать клапан в соответствии с конкретной областью применения.

КОНСТРУКЦИЯ

Электромагнитные клапаны представляют собой блоки управления, которые при подаче или отключении питания либо перекрывают, либо пропускают поток жидкости. Привод выполнен в виде электромагнита. При подаче питания создается магнитное поле, которое тянет плунжер или поворотный якорь против действия пружины. В обесточенном состоянии плунжер или поворотный якорь под действием пружины возвращаются в исходное положение.

РАБОТА КЛАПАНА

По способу срабатывания различают клапаны прямого действия, клапаны с внутренним управлением и клапаны с внешним управлением. Еще одним отличительным признаком является количество соединений портов или количество путей потока («путей»).

КЛАПАНЫ ПРЯМОГО ДЕЙСТВИЯ

В электромагнитном клапане прямого действия уплотнение седла прикреплено к сердечнику электромагнита. В обесточенном состоянии отверстие седла закрыто, которое открывается, когда клапан находится под напряжением.

ДВУХХОДОВЫЕ КЛАПАНЫ ПРЯМОГО ДЕЙСТВИЯ

Двухходовые клапаны представляют собой запорные клапаны с одним входным и одним выходным портами (рис. 1). В обесточенном состоянии пружина сердечника с помощью давления жидкости удерживает уплотнение клапана на седле клапана, перекрывая поток. При подаче питания сердечник и уплотнение втягиваются в катушку соленоида, и клапан открывается. Электромагнитная сила больше, чем объединенная сила пружины и силы статического и динамического давления среды.

фигура 1

3-ХОДОВЫЕ КЛАПАНЫ ПРЯМОГО ДЕЙСТВИЯ

Трехходовые клапаны имеют три портовых соединения и два седла клапана. Одно уплотнение клапана всегда остается открытым, а другое закрытым в обесточенном режиме. Когда катушка находится под напряжением, режим меняется на противоположный. Трехходовой клапан, показанный на рис. 2, выполнен с сердечником плунжерного типа. Различные операции клапана могут быть получены в зависимости от того, как текучая среда подключена к рабочим отверстиям на рис. 2. Давление жидкости увеличивается под седлом клапана. Когда катушка обесточена, коническая пружина плотно прижимает нижнее уплотнение сердечника к седлу клапана и перекрывает поток жидкости. Порт A выпускается через R. Когда на катушку подается питание, сердечник втягивается внутрь, седло клапана в порту R закрывается подпружиненным верхним уплотнением сердечника. Текучая среда теперь течет от Р к А.

фигура 2

В отличие от версий с сердечниками плунжерного типа, задвижки с поворотным якорем имеют все присоединительные отверстия в корпусе задвижки. Изолирующая диафрагма предотвращает контакт жидкой среды с камерой катушки. Клапаны с поворотным якорем могут использоваться для обеспечения работы любого трехходового клапана. Основной принцип конструкции показан на рис. 3. Клапаны с поворотным якорем в стандартной комплектации снабжены ручным управлением.

цифра 3

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ КЛАПАНЫ С ВНУТРЕННИМ УПРАВЛЕНИЕМ

В клапанах прямого действия силы статического давления увеличиваются с увеличением диаметра отверстия, что означает, что магнитные силы, необходимые для преодоления сил давления, соответственно становятся больше. Поэтому электромагнитные клапаны с внутренним управлением используются для переключения более высоких давлений в сочетании с отверстиями большего размера; в этом случае перепад давления жидкости выполняет основную работу по открытию и закрытию клапана.

ДВУХХОДОВЫЕ КЛАПАНЫ С ВНУТРЕННИМ УПРАВЛЕНИЕМ

Электромагнитные клапаны с внутренним управлением оснащаются 2- или 3-ходовым пилотным электромагнитным клапаном. Мембрана или поршень обеспечивают уплотнение седла главного клапана. Работа такого клапана показана на рис. 4. Когда пилотный клапан закрыт, давление жидкости увеличивается с обеих сторон диафрагмы через выпускное отверстие. Пока существует перепад давления между впускным и выпускным отверстиями, запирающее усилие доступно благодаря большей эффективной площади в верхней части диафрагмы. Когда пилотный клапан открывается, давление с верхней стороны диафрагмы сбрасывается. Большая эффективная сила чистого давления снизу теперь поднимает диафрагму и открывает клапан. Как правило, клапаны с внутренним управлением требуют минимального перепада давления для обеспечения удовлетворительного открытия и закрытия. Компания Omega также предлагает клапаны с внутренним пилотированием, в конструкции которых используется соединенный сердечник и диафрагма, которые работают при нулевом перепаде давления (рис. 5).

цифра 4

МНОГОХОДОВЫЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ КЛАПАНЫ С ВНУТРЕННИМ УПРАВЛЕНИЕМ

4-ходовые электромагнитные клапаны с внутренним управлением используются в основном в гидравлических и пневматических устройствах для приведения в действие цилиндров двойного действия. Эти клапаны имеют четыре патрубка: нагнетательный патрубок P, два патрубка цилиндра A и B и один патрубок выпускного патрубка R. На рис. 6 показан 4/2-ходовой тарельчатый клапан с внутренним управлением. Пилотный клапан открывается при соединении напорного патрубка с пилотным каналом. Обе тарелки главного клапана теперь находятся под давлением и переключаются. Теперь соединение порта P подключено к A, а B может выпустить воздух через второй ограничитель через R.

цифра 5

КЛАПАНЫ С ВНЕШНИМ УПРАВЛЕНИЕМ

В этих типах для приведения в действие клапана используется независимая пилотная среда. На рис. 7 показан поршневой клапан с угловым седлом и запорной пружиной. В безнапорном состоянии седло клапана закрыто. 3-ходовой соленоидный клапан, который может быть установлен на приводе, управляет независимой управляющей средой. Когда на электромагнитный клапан подается питание, поршень поднимается против действия пружины, и клапан открывается. Нормально открытый вариант клапана может быть получен, если пружина размещена на противоположной стороне поршня привода. В этих случаях независимая управляющая среда подключается к верхней части привода. Версии двойного действия, управляемые 4/2-ходовыми клапанами, не содержат пружины.

цифра 6

МАТЕРИАЛЫ

Все материалы, используемые в конструкции клапанов, тщательно отбираются в соответствии с различными видами применения. Материал корпуса, материал уплотнения и материал соленоида выбраны для оптимизации функциональной надежности, совместимости с жидкостями, срока службы и стоимости.

МАТЕРИАЛЫ КОРПУСОВ

Корпуса клапанов нейтральной жидкости изготавливаются из латуни и бронзы. Для жидкостей с высокими температурами, например пара, доступна коррозионностойкая сталь. Кроме того, полиамидный материал используется в различных пластиковых клапанах по экономическим причинам.

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Все детали соленоидного привода, контактирующие с жидкостью, изготовлены из аустенитной коррозионностойкой стали. Таким образом гарантируется устойчивость к коррозионному воздействию нейтральных или слабоагрессивных сред.

УПЛОТНИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Конкретные механические, термические и химические условия применения влияют на выбор материала уплотнения. стандартный материал для нейтральных жидкостей при температуре до 194°F обычно соответствует FKM. Для более высоких температур используются EPDM и PTFE. Материал ПТФЭ универсально устойчив практически ко всем жидкостям, представляющим интерес с технической точки зрения.

НОМИНАЛЬНЫЕ ДАВЛЕНИЯ — ДИАПАЗОН ДАВЛЕНИЙ

Все значения давления, приведенные в этом разделе, относятся к манометрическому давлению. Номинальные значения давления указаны в фунтах на квадратный дюйм. Клапаны надежно работают в заданных диапазонах давления. Наши цифры относятся к диапазону от 15 % пониженного напряжения до 10 % повышенного напряжения. Если 3/2-ходовые клапаны используются в другом режиме, допустимый диапазон давления изменяется. Более подробная информация содержится в наших технических паспортах.

В случае работы с вакуумом необходимо позаботиться о том, чтобы вакуум находился на стороне выхода (A или B), а более высокое давление, т. е. атмосферное давление, подключено к входному отверстию P.

ЗНАЧЕНИЯ РАСХОДА

Скорость потока через клапан определяется характером конструкции и типом потока. Размер клапана, необходимый для конкретного применения, обычно определяется номинальным значением Cv. Эта цифра рассчитана для стандартных единиц измерения и условий, т. е. расхода в галлонах в минуту и ​​использования воды при температуре от 40°F до 86°F при перепаде давления 1 фунт/кв. дюйм. Приведены значения Cv для каждого клапана. Стандартизированная система значений расхода также используется для пневматики. В этом случае поток воздуха в SCFM выше по потоку и перепад давления 15 PSI при температуре 68°F.

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ПРИВОД

Общей чертой всех соленоидных клапанов Omega является соленоидная система, залитая эпоксидной смолой. В этой системе вся магнитопроводная катушка, соединения, ярмо и направляющая трубка сердечника объединены в одном компактном блоке. Это приводит к тому, что высокая магнитная сила удерживается в минимальном пространстве, обеспечивая первоклассную электрическую изоляцию и защиту от вибрации, а также от внешних коррозионных воздействий.

КАТУШКИ

Катушки Omega доступны для всех широко используемых напряжений переменного и постоянного тока. Низкое энергопотребление, особенно при использовании небольших соленоидных систем, означает, что возможно управление с помощью полупроводниковой схемы.

цифра 7

Доступная магнитная сила увеличивается по мере уменьшения воздушного зазора между сердечником и гайкой заглушки, независимо от того, задействован ли переменный или постоянный ток. Система соленоидов переменного тока имеет большую магнитную силу, доступную при большем ходе, чем сопоставимая система соленоидов постоянного тока. Характерные графики зависимости хода от силы, показанные на рис. 8, иллюстрируют эту взаимосвязь.

Потребляемый ток соленоида переменного тока определяется индуктивностью. С увеличением хода индуктивное сопротивление уменьшается и вызывает увеличение потребляемого тока. Это означает, что в момент обесточивания ток достигает своего максимального значения. Противоположная ситуация применима к соленоиду постоянного тока, где потребление тока зависит только от сопротивления обмоток. Сравнение характеристик возбуждения соленоидов переменного и постоянного тока во времени показано на рис. 9.. В момент подачи питания, т. е. когда воздушный зазор максимален, электромагнитные клапаны потребляют гораздо более высокие токи, чем когда сердечник полностью втянут, т. е. воздушный зазор закрыт. Это приводит к высокой производительности и расширенному диапазону давления. В системах постоянного тока после включения тока поток увеличивается относительно медленно, пока не будет достигнут постоянный ток удержания. Таким образом, эти клапаны способны регулировать только более низкие давления, чем клапаны переменного тока при тех же размерах отверстия. Более высокое давление может быть получено только за счет уменьшения размера отверстия и, следовательно, пропускной способности.

ТЕПЛОВЫЕ ЭФФЕКТЫ

Когда катушка соленоида находится под напряжением, всегда выделяется определенное количество тепла. Стандартная версия соленоидных клапанов характеризуется относительно низким превышением температуры. Они рассчитаны на достижение максимального повышения температуры 144°F в условиях непрерывной работы (100%) и при 10% перенапряжении. Кроме того, обычно допустима максимальная температура окружающей среды 130°F. Максимально допустимая температура жидкости зависит от конкретных указанных материалов уплотнения и корпуса. Эти цифры можно получить из технических данных.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВРЕМЕНИ (VDE0580) ВРЕМЯ РЕАКЦИИ

Небольшие объемы и относительно высокие магнитные силы, связанные с электромагнитными клапанами, позволяют получить быстрое время отклика. Для специальных применений доступны клапаны с различным временем срабатывания. Время отклика определяется как время между подачей сигнала переключения и завершением механического открытия или закрытия.

НА ПЕРИОД

Период включения определяется как время между включением и выключением тока соленоида.

ПЕРИОД ЦИКЛА

Суммарное время включенного и обесточенного периодов является периодом цикла. Предпочтительный период цикла: 2, 5, 10 или 30 минут.

ОТНОСИТЕЛЬНЫЙ РАБОЧИЙ ЦИКЛ

Относительный рабочий цикл (%) представляет собой процентное отношение периода включения к общему периоду цикла. Непрерывная работа (100% рабочий цикл) определяется как непрерывная работа до тех пор, пока не будет достигнута установившаяся температура.

РАБОТА КЛАПАНА

Код работы клапана всегда состоит из заглавной буквы. В сводке слева подробно описаны коды различных операций клапана и указаны соответствующие стандартные символы контура.

ВЯЗКОСТЬ

Технические данные действительны для вязкостей до указанной цифры. Допустимы более высокие значения вязкости, но в этих случаях диапазон допустимых значений напряжения уменьшается, а время отклика увеличивается.

ДИАПАЗОН ТЕМПЕРАТУР

Температурные ограничения для текучей среды всегда детализированы. Различные факторы, напр. Тем не менее, условия окружающей среды, езда на велосипеде, скорость, допуск по напряжению, особенности установки и т.