Соленоиди — уређај, рад, примена

Овај чланак ће се фокусирати на соленоиде. Прво ћемо размотрити теоријску страну ове теме, затим практичну, где ћемо приметити области примене соленоида у различитим начинима њиховог рада.

Соленоид је цилиндрични калем чија је дужина много већа од његовог пречника. Сама реч соленоид формирана је од комбинације две речи — солен и еидос, од којих се прва преводи као цев, друга — слично. То јест, соленоид је калем у облику цеви.

Соленоиди у ширем смислу су индуктори намотани жицом на цилиндрични оквир, који може бити једнослојни или вишеслојни... Пошто дужина намотаја соленоида у великој мери премашује његов пречник, онда када се примени једносмерна струја кроз такав калем, унутар њега, у унутрашњој шупљини, формира се готово једнолично магнетно поље.

Соленоиди се често називају неким актуаторима на електромеханичком принципу рада, као што је електромагнетни вентил аутоматског мењача у аутомобилу или релеј за повлачење стартера.По правилу, феромагнетно језгро делује као увучени део и сам соленоид споља опремљен магнетним језгром, такозвани феромагнетни јарам.

Ако у дизајну соленоида нема магнетног материјала, онда када једносмерна струја тече кроз жицу, формира се магнетно поље дуж осе завојнице, чија је индукција нумерички једнака:

Где је Н број завоја у соленоиду, л је дужина соленоида, И је струја у соленоиду, μ0 је магнетна пермеабилност вакуума.

На крајевима соленоида, магнетна индукција је упола мања унутар њега, јер обе половине соленоида на свом споју дају једнак допринос магнетном пољу које ствара струја соленоида. Ово се може рећи за полу-бесконачан соленоид или за калем који је довољно дугачак за пречник оквира. Магнетна индукција на ивицама ће бити једнака:

Пошто је соленоид првенствено индуктивни калем, као и сваки калем са индуктивношћу, соленоид је у стању да складишти енергију у магнетном пољу нумерички једнако раду извора да створи струју у завојници која генерише магнетно поље соленоида:

Промена струје у завојници ће довести до појаве ЕМФ-а самоиндукције, а напон на крајевима жице соленоида ће бити једнак:

Индуктивност соленоида ће бити једнака:

Где је В запремина соленоида, з је дужина жице у калему соленоида, н је број завоја по јединици дужине соленоида, л је дужина соленоида, μ0 је вакуум магнетна пермеабилност.

Када наизменична струја тече кроз соленоидну жицу, магнетно поље соленоида ће такође бити наизменично. Отпор наизменичне струје соленоида је сложен по природи и укључује активне и реактивне компоненте одређене индуктивношћу и активним отпором завојнице.

Практична употреба соленоида

Соленоиди се користе у многим индустријским и цивилним апликацијама. Често су линеарни погони само пример рада ДЦ соленоида. Проверите маказе у касама, вентиле мотора, релеј за повлачење стартера, хидрауличне вентиле итд. У наизменичном струјом, соленоиди делују као индуктори крушне пећи.

Соленоидни намотаји су, по правилу, направљени од бакра, ређе од алуминијумске жице.У високотехнолошким индустријама користе се суперпроводне завојнице. Језгра могу бити гвожђе, ливено гвожђе, ферит или друге легуре, често у облику снопа листова, или их уопште нема.

У зависности од намене електричне машине, језгро је направљено од једног или другог материјала. Уређаји као што су електромагнети за подизање, сортирање семена, чишћење угља итд. Затим ћемо погледати неке примере коришћења соленоида.

Линијски соленоидни вентил

Примјеном напона на соленоидни калем, диск вентила је чврсто притиснут опругом на пилот прикључак и вод се затвара. Када се струја примени на завојницу вентила, арматура и припадајући диск вентила се подижу, повучени завојницом, супротстављајући се опруги и отварајући пилот рупу.

Разлика у притиску на различитим странама вентила узрокује кретање течности у цевоводу, и све док се напон примењује на завојницу вентила, цевовод није блокиран.

Када је соленоид искључен, опруга више ништа не задржава и вентил јури надоле, блокирајући пилот рупу. Гасовод је поново затворен.

Релеј електромагнетног стартера аутомобила

Стартер мотор је у суштини снажан ДЦ мотор који се напаја из акумулатора аутомобила. У тренутку покретања мотора, зупчаник стартера (бендикс) мора се брзо укључити на неко време са замајцем радилице, а истовремено се укључи мотор стартера. Соленоид овде је соленоидни калем стартера.

Релеј за увлачење је монтиран на кућиште стартера и када се напајање примени на калем релеја, извлачи се гвоздено језгро повезано са механизмом који помера зупчаник напред. Након покретања мотора, напајање се прекида помоћу намотаја релеја и брзина се враћа назад захваљујући опруги.

Соленоидна брава

У електромагнетним бравама, вијак се покреће силом електромагнета. Такве браве се користе у системима за контролу приступа и системима отвора. Врата опремљена таквом бравом могу се отворити само током периода важења контролног сигнала. Након уклањања овог сигнала, затворена врата ће остати закључана, без обзира да ли су била отворена.

Предности електромагнетних брава укључују њихов дизајн — много је једноставнији од брава мотора, отпорнији на хабање. Као што видите, овде је соленоид поново упарен са повратном опругом.

Индуктор са соленоидом загревањем

За грејање се обично користе соленоидни индуктори са више обртаја. Завојница индуктора је направљена од бакарне цеви хлађене водом или бакарне сабирнице.

У инсталацијама средње фреквенције користе се једнослојни намотаји, а код индустријских фреквенцијских намотаја намотај може бити једнослојни или вишеслојни. Ово је због могућег смањења електричних губитака у индуктору и са условима усклађености параметара оптерећења и са параметрима напона и фактором снаге напајања. Да би се осигурала крутост индуктивног намотаја, његов кит се најчешће користи између завршних азбестно-цементних плоча.

У савременим инсталацијама индукционо каљење и загревање Соленоиди раде у високофреквентном режиму наизменичне струје, тако да им обично није потребно феромагнетно језгро.

Електромагнетни мотор

Код електромагнетних мотора са једним намотајем, укључивање и искључивање радне завојнице доводи до механичког померања коленастог механизма, а повратак се врши помоћу опруге, слично ономе што се дешава у електромагнетном вентилу и електромагнетној брави.

Код електромагнетних мотора са више намотаја наизменична активација калемова се врши помоћу вентила.Сваком калему се струја из извора напајања доводи у једном од полуциклуса синусоидног напона. Језгро се сукцесивно привлачи једним или другим калемом, чинећи повратно кретање, покрећући радилицу или точак да се окрећу.

Соленоиди у експерименталним објектима

Експерименталне инсталације као што је АТЛАС детектор који ради на Великом хадронском сударачу у ЦЕРН-у користе моћне електромагнете који такође укључују соленоиде. Експерименти физике честица се спроводе да би се открили градивни блокови материје и да би се истражиле фундаменталне силе природе које одржавају наш универзум.

Тесла калемови

Коначно, познаваоци заоставштине Николе Тесле увек користе соленоиде за прављење калемова. Секундарни намотај Теслиног трансформатора није ништа друго до соленоид. И испоставља се да је дужина жице у завојници веома важна, јер градитељи калемова овде користе соленоиде не као електромагнете, већ као таласоводе, као резонаторе, у којима, као у сваком осцилационом колу, не постоји само индуктивност жице, али и капацитивност формирана у овом случају од блиско распоређених до пријатеља на завојима. Иначе, тороид на врху секундарног намотаја је дизајниран да компензује ову распоређену капацитивност.

Надамо се да вам је наш чланак био користан и сада знате шта је соленоид и колико области његове примене постоји у савременом свету, јер их нисмо све навели.