Что такое соленоид и для чего он используется: что это такое, разновидности и устройство. Принцип работы

что это такое, разновидности и устройство. Принцип работы

Соленоид – это обмотка, имеющая цилиндрический вид. Длина этой обмотки в десятки раз превышает ее диаметр. Само слово соленоид происходит из слияния двух терминов «solen», «eidos». Первое из них обозначает «труба», а второе слово переводится как «подобный». На практике, это объясняет форму этой радиодетали, которая имеет вид трубы, но с обмоткой.

Другими словами, соленоид можно назвать отдельным видом катушки индуктивности. При подаче на нее электричества, внутри этой «трубы» образуется электромагнитное поле. Поле, своей силой, втягивает внутрь сердечник, который тем самым совершает механическое действие. Используется это например в изменении положения клапана или открывания замка двери.

В статье будет описано устройство соленоидов, сфера применения и другие вопросы, касающиеся этой радиодетали. Также в статье добавлен интересный файл и видеоролик по данной теме.

Соленоид с подключением

Соленоид с подключением

Содержание

Описание и принцип работы соленоида

Линейный соленоид работает на том же основном принципе, что и электромеханическое реле, описанное в предыдущем уроке, и точно так же, как и реле, они также могут переключаться и управляться с помощью транзисторов или полевых МОП-транзисторов. Линейный соленоид — это электромагнитное устройство, которое преобразует электрическую энергию в механическое толкающее или тянущее усилие или движение. Линейный соленоид в основном состоит из электрической катушки, намотанной вокруг цилиндрической трубки с ферромагнитным приводом или «плунжером», который может свободно перемещать или скользить «ВХОД» и «ВЫХОД» в корпусе катушек. Виды соленоидов представлены на рисунке ниже.

Какие бывают соленоиды

Соленоиды могут использоваться для электрического открывания дверей и защелок, открытия или закрытия клапанов, перемещения и управления роботизированными конечностями и механизмами и даже для включения электрических выключателей только путем подачи питания на его катушку. Соленоиды доступны в различных форматах, причем наиболее распространенными типами являются линейный соленоид, также известный как линейный электромеханический привод (LEMA) и вращающийся соленоид.

Соленоид и сфера применения.

Соленоид и сфера применения

Оба типа соленоидов, линейный и вращательный доступны в виде удержания (с постоянным напряжением) или в виде защелки (импульс ВКЛ-ВЫКЛ), при этом типы защелки используются в устройствах под напряжением или при отключении питания. Линейные соленоиды также могут быть разработаны для пропорционального управления движением, где положение плунжера пропорционально потребляемой мощности. Когда электрический ток протекает через проводник, он генерирует магнитное поле, и направление этого магнитного поля относительно его северного и южного полюсов определяется направлением потока тока внутри провода.

Описание и принцип работы соленоидов

Эта катушка проволоки становится « электромагнитом » со своими собственными северным и южным полюсами, точно такими же, как у постоянного магнита. Сила этого магнитного поля может быть увеличена или уменьшена либо путем управления количеством тока, протекающего через катушку, либо путем изменения количества витков или петель, которые имеет катушка. Пример «электромагнита» приведен ниже.

Магнитное поле, создаваемое катушкой

Когда электрический ток проходит через обмотки катушек, он ведет себя как электромагнит, и плунжер, который находится внутри катушки, притягивается к центру катушки с помощью магнитного потока внутри корпуса катушек, который, в свою очередь, сжимает небольшая пружина прикреплена к одному концу плунжера. Сила и скорость движения плунжеров определяются силой магнитного потока, генерируемого внутри катушки.

Когда ток питания выключен (обесточен), электромагнитное поле, созданное ранее катушкой, разрушается, и энергия, накопленная в сжатой пружине, заставляет поршень вернуться в исходное положение покоя. Это движение плунжера вперед и назад известно как «ход» соленоидов, другими словами, максимальное расстояние, на которое плунжер может проходить в направлении «вход» или «выход», например, 0–30 мм.

Такой тип соленоида обычно называется линейным соленоидом из-за линейного направленного движения и действия плунжера. Линейные соленоиды доступны в двух основных конфигурациях, которые называются «тягового типа», так как он тянет подключенную нагрузку к себе, когда они находятся под напряжением, и «толкающего типа», которые действуют в противоположном направлении, отталкивая его от себя при подаче питания. Как притягивающие, так и толкающие типы обычно имеют одинаковую конструкцию, с разницей в расположении возвратной пружины и конструкции плунжера.

Магнитное поле, создаваемое внутри.

Магнитное поле, создаваемое внутри.

Конструкция линейного соленоида вытяжного типа

Линейные соленоиды полезны во многих устройствах, которые требуют движения открытого или закрытого типа (например, внутри или снаружи), таких как дверные замки с электронным управлением, пневматические или гидравлические регулирующие клапаны, робототехника, управление автомобильным двигателем, ирригационные клапаны для полива сада и даже для дверного звонка. Они доступны как открытая рама, закрытая рама или герметичные трубчатые типы.

Материал в тему: Что такое кондесатор

Вращательный соленоид

Большинство электромагнитных соленоидов являются линейными устройствами, создающими линейную силу движения или движения вперед и назад. Однако имеются также вращательные соленоиды, которые производят угловое или вращательное движение из нейтрального положения либо по часовой стрелке, против часовой стрелки, либо в обоих направлениях (в двух направлениях). Вращающиеся соленоиды можно использовать для замены небольших двигателей постоянного тока или шаговых двигателей, если угловое движение очень мало, а угол поворота — это угол, смещенный от начального к конечному положению.

Обычно доступные ротационные соленоиды имеют перемещения 25, 35, 45, 60 и 90 o, а также многократные перемещения к определенному углу и от него, такие как самовосстановление в двух положениях или возврат в нулевое вращение, например, от 0 до 90- до -0 ° , самовосстановление в 3 положениях, например от 0 ° до +45 ° или от 0 ° до -45 °, а также фиксация в 2 положениях.

Соленоид в металлическом корпусе

Соленоид в металлическом корпусе.

Вращающиеся соленоиды производят вращательное движение, когда под напряжением, обесточено, или изменение полярности электромагнитного поля изменяет положение ротора с постоянными магнитами. Их конструкция состоит из электрической катушки, намотанной вокруг стальной рамы с магнитным диском, соединенным с выходным валом, расположенным над катушкой.

Описание и принцип работы соленоидов

Когда катушка находится под напряжением, электромагнитное поле генерирует множество северных и южных полюсов, которые отталкивают соседние постоянные магнитные полюса диска, заставляя его вращаться на угол, определяемый механической конструкцией вращающегося соленоида.

Вращающиеся соленоиды используются в торговых автоматах или игровых автоматах, для управления клапанами, затворами камер со специальными высокоскоростными, низкоэнергетическими или регулируемыми позиционирующими соленоидами с высоким усилием или крутящим моментом, такими как те, которые используются в точечно-матричных принтерах, пишущих машинках, автоматах или в автомобилях.

Схема устройства соленоида.

Схема устройства соленоида.

Электромагнитное переключение

Обычно соленоиды, линейные или вращающиеся, работают с приложением постоянного напряжения, но их также можно использовать с синусоидальными напряжениями переменного тока, используя двухполупериодные мостовые выпрямители для выпрямления питания, которые затем можно использовать для переключения соленоида постоянного тока. Малые соленоиды типа DC могут легко управляться с помощью транзисторных или полевых МОП-транзисторов и идеально подходят для использования в роботизированных устройствах.

Однако, как мы видели ранее с электромеханическими реле, линейные соленоиды являются «индуктивными» устройствами, поэтому требуется некоторая электрическая защита через катушку соленоида для предотвращения повреждения полупроводникового переключающего устройства высокими обратными ЭДС. В этом случае используется стандартный «Диод маховика», но вы также можете использовать стабилитрон или варистор малого значения.

Устройство электромагнитного клапана.

Устройство электромагнитного клапана.

Снижение энергопотребления соленоида

Одним из основных недостатков соленоидов, особенно линейного соленоида, является то, что они являются «индуктивными устройствами», изготовленными из катушек с проволокой. Это означает, что соленоидная катушка преобразует часть электрической энергии, используемой для их работы, в «нагрев» из-за сопротивления провода. Другими словами, при длительном подключении к источнику электропитания они нагреваются, и чем дольше время, в течение которого питание подается на соленоидную катушку, тем горячее становится. Также, когда катушка нагревается, ее электрическое сопротивление также изменяется, позволяя течь большему току, повышая ее температуру.

При постоянном входном напряжении, подаваемом на катушку, катушка соленоидов не имеет возможности остыть, потому что входная мощность всегда включена. Чтобы уменьшить этот самогенерируемый эффект нагрева, необходимо уменьшить либо количество времени, в течение которого катушка находится под напряжением, либо уменьшить количество тока, протекающего через нее. Один из способов потребления меньшего тока заключается в подаче подходящего достаточно высокого напряжения на электромагнитную катушку, чтобы обеспечить необходимое электромагнитное поле для работы и посадки плунжера, но затем один раз активировать для снижения напряжения питания катушек до уровня, достаточного для поддержания плунжера, в «сидячем» или закрытом положении.

Описание и принцип работы соленоидов

Используя этот метод, соленоид может быть подключен к его источнику напряжения на неопределенный срок (непрерывный рабочий цикл), так как мощность, потребляемая катушкой, и выделяемое тепло значительно уменьшаются, что может быть до 85-90% при использовании подходящего силового резистора. Однако мощность, потребляемая резистором, также будет генерировать определенное количество тепла, I 2 R (закон Ома), и это также необходимо учитывать.

Рабочий цикл соленоида

Другим более практичным способом уменьшения тепла, выделяемого катушкой соленоидов, является использование «прерывистого рабочего цикла». Прерывистый рабочий цикл означает, что катушка многократно переключается «ВКЛ» и «ВЫКЛ» на подходящей частоте, чтобы активировать механизм плунжера, но не дать ему обесточиться во время периода ВЫКЛ. Прерывистое переключение рабочего цикла является очень эффективным способом уменьшения общей мощности, потребляемой катушкой.

Рабочий цикл (% ED) соленоида — это часть времени «ВКЛ», когда на электромагнит подается напряжение, и это отношение времени «ВКЛ» к общему времени «ВКЛ» и «ВЫКЛ» для одного полного цикла операций. Другими словами, время цикла равно времени включения плюс время выключения. Рабочий цикл выражается в процентах, например:

Затем, если соленоид включен или включен на 30 секунд, а затем выключен на 90 секунд перед повторным включением, один полный цикл, общее время цикла включения / выключения составит 120 секунд, (30 + 90) поэтому рабочий цикл соленоидов будет рассчитываться как 30/120 сек или 25%. Это означает, что вы можете определить максимальное время включения соленоидов, если вам известны значения рабочего цикла и времени выключения.

Например, время выключения равно 15 секундам, рабочий цикл равен 40%, поэтому время включения равно 10 секундам. Соленоид с номинальным рабочим циклом 100% означает, что он имеет постоянное номинальное напряжение и поэтому может быть оставлен включенным или постоянно включен без перегрева или повреждения. В этом уроке о соленоидах мы рассматривали как линейный соленоид, так и вращающийся соленоид как электромеханический привод, который можно использовать в качестве выходного устройства для управления физическим процессом. В следующем уроке мы продолжим рассмотрение устройств вывода, называемых исполнительными механизмами, и устройства, которое снова преобразует электрический сигнал в соответствующее вращательное движение, используя электромагнетизм. Тип устройства вывода, которое мы рассмотрим в следующем уроке — это двигатель постоянного тока.

Материал по теме: Что такое реле времени.

Соленоид в упаковке

Соленоид в упаковке

Соленоиды косвенного действия

Данный вид соленоида является более сложным, и понадобится больше времени для объяснения механизма его работы. Проще говоря, соленоид косвенного действия состоит из двух клапанов, соединённых в один механизм. Основной клапан (main valve) – это золотник, который работает по описанному выше принципу, второй используемый механизм – это управляющий клапан (pilot valve), который находится между золотником и электромагнитом. Управляющий клапан представляет собой маленький соленоид прямого действия, который активирует нажатие большого золотника. Обратите внимание, что соленоид, показанный на данном изображении, является соленоидом прямого действия, так как он напрямую воздействует на управляющий клапан, но вся конструкция в сборе является соленоидом косвенного действия.

Основное различие между соленоидами прямого действия и косвенного действия в том, как они взаимодействуют с механическими частями маркера. Соленоиды прямого действия работают напрямую с элементами механизма маркера. Соленоиды косвенного действия используют воздушный поток для управления золотником. Основная причина существования соленоидов косвенного действия – это их невероятно низкое потребление энергии по сравнению с соленоидами прямого действия. Например, если соленоиду прямого действия необходимо 4 ватта для воздействия на механизм, то соленоиду косвенного действия для того же воздействия нужно всего 0,5 ватта.

Схема работы соленоида.

Схема работы соленоида.

Далее соленоиды делятся по количеству потоков. Для функционирования у соленоида должно быть хотя бы одно отверстие, через которое воздух поступает в соленоид, одно отверстие, из которого воздух поступает в механизм, и одно отверстие для сброса воздуха. Но в большинстве случаев используется конструкция с двумя отверстиями для подачи воздуха в механизм маркера и двумя отверстиями сброса воздуха. В настоящее время, в основном, используются три основных типа соленоидов:

  1. Четырёхпоточный золотниковый клапан (four way spool valve). Этот тип используется в большинстве полностью электропневматических маркеров, где для движения поршня назад и вперёд используется воздух. Например Ego, Angel, Shocker, Dye Matrix и т.п. Неправильно названный тривей (three way valve) на кокерах, тоже является примером четырёхпоточного поршня.
  2. Трехпоточный золотник, закрытый в состоянии покоя (3-way spool normally closed). Это трехпоточный клапан, который подаёт воздух при подаче на него напряжения. Когда этот соленоид в состоянии покоя, он не подаёт никакого давления, например pVI Shocker, Invert Mini.
  3. Трёхпоточный золотник, открытый в состоянии покоя (3-way spool normally open). Это трёхпоточный клапан, который подаёт давление в состоянии покоя, и перекрывает поток воздуха, когда на него подаётся напряжение, например Ion.

Управляющий клапан в соленоиде всегда является трёхпоточным, закрытым в состоянии покоя. Когда на соленоид подаётся напряжение, управляющий клапан открывается и подаёт воздух для того, чтобы сдвинуть золотник, который, в свою очередь, может быть и трехпоточным и четырёхпоточным.

Каждый соленоид косвенного действия делится на три сегмента: катушка (coil), управляющий клапан (pilot) и золотник (spool). Катушка – это единственная электромагнитная часть всего механизма. Состоит она из медной проволоки, обмотанной вокруг металлического кожуха, внутри которого находится металлический стержень, являющийся противоположным магнитным компонентом клапана. Стержень изготавливается из стали и имеет пружину с одного конца. На противоположном конце соленоида находится золотник, который является клапаном и основной движущейся частью соленоида. Золотники обычно изготавливаются из латуни или алюминия в зависимости от производителя.

Также на золотнике имеются разнообразные прокладки для того, чтобы перенаправлять воздушные потоки. И, наконец, последняя часть соленоида – управляющий клапан, который является “посредником” между движением стержня катушки и золотника. Основной компонент для управляющего клапана – круглый поршень, который передвигает золотник в открытое положение. Поршень представляет собой маленький пластиковый диск с прокладкой вокруг него. За поршнем находится маленький привод, деталь для удержания привода на месте и маленькая заглушка, находящаяся внутри привода. Большинство этих компонентов, как и корпус управляющего клапана, изготавливается из полимеров для того, чтобы улучшить скольжение и уплотнение.

Интересный материал для ознакомления: что такое вариасторы.

В заключение статьи, что же такое двелл? Это время, в течение которого на соленоид подаётся напряжение (соответственно, путь болта маркера в переднее положение + время, которое болт находится в переднем положении, выпуская воздух). При сильном понижении параметра двелл вам придётся компенсировать более короткое время пребывания болта в переднем положении путём повышения рабочего давления маркера, что не будет полезным для вашего маркера. Слишком завышенное значение параметра двелл приведёт к перерасходу воздуха, заряда батареи и большему износу самого соленоида.

два одинаковых соленоида.

Два одинаковых соленоида.

Как проверить работоспособность

Проводник, имеющий форму спирали, в котором возникает магнитное поле, называется соленоидом. Применяется в автомобилях и предназначен для переключения датчиков и клапанов на расстоянии. Таким образом, если клапан или какой-либо датчик перестал функционировать, то, прежде всего, проверке подвергают соленоид.

Для проверки потребуется следующее:

  • компрессор;
  • оборудование для диагностики;
  • различные инструменты – отвертки, ключи и другие.

Для проверки соленоида его необходимо переключить в режим “омметра”. Отыскать соленоид в автомобиле можно посредством технической документации, которая идет с каждым транспортным средством. Соленоид должен быть подключен к бортовому компьютеру. Обратить внимание и на то, в каком состоянии находится клапан. Он может быть закрытым или открытым.

  1. Следующим этапом следует проверка электрического сопротивления соленоида. В работе потребуется применить омметр, который следует подключить к клеммам компонента. О том, каким сопротивлением должен обладать соленоид в горячем и холодном состоянии, указано в технической документации. Проверить контур компонента на замыкание. Необходимо каждый контакт через корпус автомобиля замкнуть. В течение долгого периода эксплуатации в соленоиде скапливается большое количество загрязняющих компонентов. По возможности следует промыть соленоид в бензине. Возможно, что приходится иметь дело с неразборным компонентом. Тогда придется заменить старый соленоид на новый, и можно быть уверенным в том, что проблема устранена.
  2. Соленоид является источником мощного магнитного поля. В результате этого внутри скапливается большое количество металлических микрочастиц. Они оседают на стенках каналов и вскоре начинают препятствовать нормальной работе клапана. Подвижные части работают с перебоями. Удалять металлические микрочастицы можно посредством компрессора. Высокое давление воздуха удалит весь мусор, скопившийся за несколько лет или месяцев эксплуатации. Не забыть обратить внимание на то, в каком состоянии должен находиться клапан в обычном состоянии.
  3. Если соленоид закрыт в нормальном положении, то выполнить простой тест. Отключить устройство от источника питания. После этого направить струю воздуха, которая должна задерживаться внутри, а не выходить через выходной канал. Подать напряжение на соленоид. В данной ситуации воздушная струя должна начать выходить через выходной канал. Если условия выполняются, то можно сказать, что компонент находится в пригодном состоянии.
  4. С иной ситуацией придется столкнуться в случае с нормально открытым соленоидом. Как только компонент был обесточен, воздух должен начать выходить через выходной клапан. При подаче тока канал запирается, и воздух остается внутри.

Электромагнитный клапан.

Электромагнитный клапан.

Наличие короткого замыкания становится причиной низкого сопротивления. Его можно измерить и для этого необходимо отыскать электродвижущую силу, а также ее внутреннее сопротивление. На основании полученных сведений выполнить требуемые расчеты. Для расчета короткого замыкания потребуется лишь тестер.

Заключение

В данной статье представлены основные вопросы работы соленоида или электромагнитного клапана. Более подробно об этом устройстве можно узнать, прочитав статью Электромагнитное поле соленоида. В нашей группе ВК можно задавать вопросы и получать на них подробные ответы от профессиональных электронщиков. Чтобы подписаться на группу, вам необходимо будет перейти по следующей ссылке: https://vk.com/electroinfonet. В завершение статьи выражаем благодарность источникам, откуда была почерпнута информация:

www.wiki.amperka.ru

www.pb-all.ru

www.meanders.ru

www.kinergo.ru

Предыдущая

РадиодеталиЧто такое тепловое реле

Следующая

РадиодеталиЧто такое геркон и как применяется в быту?

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

Линейный электромагнитный соленоид: принцип работы и типы

В данной статье мы подробно поговорим про линейный соленоид, опишем принцип его работы, разберем конструкции линейного и вращательного соленоида, а так же вы узнаете как снизить энергопотребление соленоида.

Описание и принцип работы соленоида

Линейный соленоид работает на том же основном принципе, что и электромеханическое реле, описанное в предыдущем уроке, и точно так же, как и реле, они также могут переключаться и управляться с помощью транзисторов или полевых МОП-транзисторов. Линейный соленоид — это электромагнитное устройство, которое преобразует электрическую энергию в механическое толкающее или тянущее усилие или движение.

линейный соленоидлинейный соленоид

Линейный соленоид в основном состоит из электрической катушки, намотанной вокруг цилиндрической трубки с ферромагнитным приводом или «плунжером», который может свободно перемещать или скользить «ВХОД» и «ВЫХОД» в корпусе катушек. Соленоиды могут использоваться для электрического открывания дверей и защелок, открытия или закрытия клапанов, перемещения и управления роботизированными конечностями и механизмами и даже для включения электрических выключателей только путем подачи питания на его катушку.

Соленоиды доступны в различных форматах, причем наиболее распространенными типами являются линейный соленоид, также известный как линейный электромеханический привод (LEMA) и вращающийся соленоид. Эти виды и не только вы можете найти и приобрести на Алиэкспресс.

линейный соленоидлинейный соленоид

Оба типа соленоидов, линейный и вращательный доступны в виде удержания (с постоянным напряжением) или в виде защелки (импульс ВКЛ-ВЫКЛ), при этом типы защелки используются в устройствах под напряжением или при отключении питания. Линейные соленоиды также могут быть разработаны для пропорционального управления движением, где положение плунжера пропорционально потребляемой мощности.

Когда электрический ток протекает через проводник, он генерирует магнитное поле, и направление этого магнитного поля относительно его северного и южного полюсов определяется направлением потока тока внутри провода. Эта катушка проволоки становится « электромагнитом » со своими собственными северным и южным полюсами, точно такими же, как у постоянного магнита.

Сила этого магнитного поля может быть увеличена или уменьшена либо путем управления количеством тока, протекающего через катушку, либо путем изменения количества витков или петель, которые имеет катушка. Пример «электромагнита» приведен ниже.

Магнитное поле, создаваемое катушкой

магнитное поле вокруг соленоидамагнитное поле вокруг соленоида

Когда электрический ток проходит через обмотки катушек, он ведет себя как электромагнит, и плунжер, который находится внутри катушки, притягивается к центру катушки с помощью магнитного потока внутри корпуса катушек, который, в свою очередь, сжимает небольшая пружина прикреплена к одному концу плунжера. Сила и скорость движения плунжеров определяются силой магнитного потока, генерируемого внутри катушки.

Когда ток питания выключен (обесточен), электромагнитное поле, созданное ранее катушкой, разрушается, и энергия, накопленная в сжатой пружине, заставляет поршень вернуться в исходное положение покоя. Это движение плунжера вперед и назад известно как «ход» соленоидов, другими словами, максимальное расстояние, на которое плунжер может проходить в направлении «вход» или «выход», например, 0–30 мм.

Такой тип соленоида обычно называется линейным соленоидом из-за линейного направленного движения и действия плунжера. Линейные соленоиды доступны в двух основных конфигурациях, которые называются «тягового типа», так как он тянет подключенную нагрузку к себе, когда они находятся под напряжением, и «толкающего типа», которые действуют в противоположном направлении, отталкивая его от себя при подаче питания. Как притягивающие, так и толкающие типы обычно имеют одинаковую конструкцию, с разницей в расположении возвратной пружины и конструкции плунжера.

Конструкция линейного соленоида вытяжного типа

Конструкция линейного соленоида вытяжного типаКонструкция линейного соленоида вытяжного типа

Линейные соленоиды полезны во многих устройствах, которые требуют движения открытого или закрытого типа (например, внутри или снаружи), таких как дверные замки с электронным управлением, пневматические или гидравлические регулирующие клапаны, робототехника, управление автомобильным двигателем, ирригационные клапаны для полива сада и даже для дверного звонка. Они доступны как открытая рама, закрытая рама или герметичные трубчатые типы.

Вращательный соленоид

Большинство электромагнитных соленоидов являются линейными устройствами, создающими линейную силу движения или движения вперед и назад. Однако имеются также вращательные соленоиды, которые производят угловое или вращательное движение из нейтрального положения либо по часовой стрелке, против часовой стрелки, либо в обоих направлениях (в двух направлениях).

вращающийся соленоидвращающийся соленоид

Вращающиеся соленоиды можно использовать для замены небольших двигателей постоянного тока или шаговых двигателей, если угловое движение очень мало, а угол поворота — это угол, смещенный от начального к конечному положению.

Обычно доступные ротационные соленоиды имеют перемещения 25, 35, 45, 60 и 90 o, а также многократные перемещения к определенному углу и от него, такие как самовосстановление в двух положениях или возврат в нулевое вращение, например, от 0 до 90- до -0 ° , самовосстановление в 3 положениях, например от 0 ° до +45 ° или от 0 ° до -45 °, а также фиксация в 2 положениях.

Вращающиеся соленоиды производят вращательное движение, когда под напряжением, обесточено, или изменение полярности электромагнитного поля изменяет положение ротора с постоянными магнитами. Их конструкция состоит из электрической катушки, намотанной вокруг стальной рамы с магнитным диском, соединенным с выходным валом, расположенным над катушкой.

Когда катушка находится под напряжением, электромагнитное поле генерирует множество северных и южных полюсов, которые отталкивают соседние постоянные магнитные полюса диска, заставляя его вращаться на угол, определяемый механической конструкцией вращающегося соленоида.

Вращающиеся соленоиды используются в торговых автоматах или игровых автоматах, для управления клапанами, затворами камер со специальными высокоскоростными, низкоэнергетическими или регулируемыми позиционирующими соленоидами с высоким усилием или крутящим моментом, такими как те, которые используются в точечно-матричных принтерах, пишущих машинках, автоматах или в автомобилях.

Электромагнитное переключение

Обычно соленоиды, линейные или вращающиеся, работают с приложением постоянного напряжения, но их также можно использовать с синусоидальными напряжениями переменного тока, используя двухполупериодные мостовые выпрямители для выпрямления питания, которые затем можно использовать для переключения соленоида постоянного тока. Малые соленоиды типа DC могут легко управляться с помощью транзисторных или полевых МОП-транзисторов и идеально подходят для использования в роботизированных устройствах.

Однако, как мы видели ранее с электромеханическими реле, линейные соленоиды являются «индуктивными» устройствами, поэтому требуется некоторая электрическая защита через катушку соленоида для предотвращения повреждения полупроводникового переключающего устройства высокими обратными ЭДС. В этом случае используется стандартный «Диод маховика», но вы также можете использовать стабилитрон или варистор малого значения.

Снижение энергопотребления соленоида

Одним из основных недостатков соленоидов, особенно линейного соленоида, является то, что они являются «индуктивными устройствами», изготовленными из катушек с проволокой. Это означает, что соленоидная катушка преобразует часть электрической энергии, используемой для их работы, в «нагрев» из-за сопротивления провода.

Другими словами, при длительном подключении к источнику электропитания они нагреваются, и чем дольше время, в течение которого питание подается на соленоидную катушку, тем горячее становится. Также, когда катушка нагревается, ее электрическое сопротивление также изменяется, позволяя течь большему току, повышая ее температуру.

При постоянном входном напряжении, подаваемом на катушку, катушка соленоидов не имеет возможности остыть, потому что входная мощность всегда включена. Чтобы уменьшить этот самогенерируемый эффект нагрева, необходимо уменьшить либо количество времени, в течение которого катушка находится под напряжением, либо уменьшить количество тока, протекающего через нее.

Один из способов потребления меньшего тока заключается в подаче подходящего достаточно высокого напряжения на электромагнитную катушку, чтобы обеспечить необходимое электромагнитное поле для работы и посадки плунжера, но затем один раз активировать для снижения напряжения питания катушек до уровня, достаточного для поддержания плунжера, в «сидячем» или закрытом положении. Одним из способов достижения этого является последовательное подключение подходящего «удерживающего» резистора с катушкой соленоида, например:

Снижение потребления энергии соленоидаСнижение потребления энергии соленоида

Здесь контакты переключателя замыкаются, замыкая сопротивление и передавая полный ток питания непосредственно на обмотки электромагнитных катушек. После подачи питания контакты, которые могут быть механически связаны с плунжером электромагнитного действия, размыкаются, соединяя удерживающий резистор R H последовательно с катушкой соленоида. Это эффективно соединяет резистор последовательно с катушкой.

Используя этот метод, соленоид может быть подключен к его источнику напряжения на неопределенный срок (непрерывный рабочий цикл), так как мощность, потребляемая катушкой, и выделяемое тепло значительно уменьшаются, что может быть до 85-90% при использовании подходящего силового резистора. Однако мощность, потребляемая резистором, также будет генерировать определенное количество тепла, I 2 R (закон Ома), и это также необходимо учитывать.

Рабочий цикл соленоида

Другим более практичным способом уменьшения тепла, выделяемого катушкой соленоидов, является использование «прерывистого рабочего цикла». Прерывистый рабочий цикл означает, что катушка многократно переключается «ВКЛ» и «ВЫКЛ» на подходящей частоте, чтобы активировать механизм плунжера, но не дать ему обесточиться во время периода ВЫКЛ. Прерывистое переключение рабочего цикла является очень эффективным способом уменьшения общей мощности, потребляемой катушкой.

Рабочий цикл (% ED) соленоида — это часть времени «ВКЛ», когда на электромагнит подается напряжение, и это отношение времени «ВКЛ» к общему времени «ВКЛ» и «ВЫКЛ» для одного полного цикла операций. Другими словами, время цикла равно времени включения плюс время выключения. Рабочий цикл выражается в процентах, например:

рабочий цикл соленоидарабочий цикл соленоида

Затем, если соленоид включен или включен на 30 секунд, а затем выключен на 90 секунд перед повторным включением, один полный цикл, общее время цикла включения / выключения составит 120 секунд, (30 + 90) поэтому рабочий цикл соленоидов будет рассчитываться как 30/120 сек или 25%. Это означает, что вы можете определить максимальное время включения соленоидов, если вам известны значения рабочего цикла и времени выключения.

Например, время выключения равно 15 секундам, рабочий цикл равен 40%, поэтому время включения равно 10 секундам. Соленоид с номинальным рабочим циклом 100% означает, что он имеет постоянное номинальное напряжение и поэтому может быть оставлен включенным или постоянно включен без перегрева или повреждения.

В этом уроке о соленоидах мы рассматривали как линейный соленоид, так и вращающийся соленоид как электромеханический привод, который можно использовать в качестве выходного устройства для управления физическим процессом. В следующем уроке мы продолжим рассмотрение устройств вывода, называемых исполнительными механизмами, и устройства, которое снова преобразует электрический сигнал в соответствующее вращательное движение, используя электромагнетизм. Тип устройства вывода, которое мы рассмотрим в следующем уроке — это двигатель постоянного тока.

Соленоид — Википедия. Что такое Соленоид

Соленоид с однослойной намоткой.
Образование магнитного потока в соленоиде. В центре по длине на оси соленоида магнитное поле практически однородно.

Солено́ид (от греч. solen — канал, труба и eidos — подобный) — разновидность катушки индуктивности. Обычно под термином «соленоид» подразумевается цилиндрическая обмотка из провода, причём длина такой обмотки многократно превышает её диаметр.

Конструктивно длинные соленоиды выполняются как в виде однослойной намотки (см. рис.), так и многослойной.

Если длина намотки значительно превышает диаметр намотки, то в полости соленоида при подаче в него электрического тока порождается магнитное поле, близкое к однородному.

Также часто соленоидами называют электромеханические исполнительные механизмы, обычно со втягиваемым ферромагнитным сердечником. В таком применении соленоид почти всегда снабжается внешним ферромагнитным магнитопроводом, обычно называемым ярмом.

Бесконечно длинный соленоид — это соленоид, длина которого стремится к бесконечности (то есть его длина много больше его поперечных размеров).

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[1]:

B
=

μ

0

n
I

{\displaystyle B=\mu _{0}nI}

(СИ)

(
1
)
,

{\displaystyle \qquad (1),}

B
=

4
π

c

n
I

{\displaystyle B={\frac {4\pi }{c}}nI}

(СГС)

(
2
)
,

{\displaystyle \qquad (2),}

где

μ

0

{\displaystyle \mu _{0}}

 — магнитная проницаемость вакуума,

n
=
N

/

l

{\displaystyle n=N/l}

 — число витков на единицу длины соленоида,

N

{\displaystyle N}

 — число витков,

l

{\displaystyle l}

 — длина соленоида,

I

{\displaystyle I}

 — ток в обмотке.

Вследствие того, что две половины бесконечного соленоида в точке их соединения вносят одинаковый вклад в магнитное поле, магнитная индукция полубесконечного соленоида у его края вдвое меньше, чем в объёме. То же самое можно сказать о поле на краях конечного, но достаточно длинного соленоида[1]:

B

K
P

=

1
2

μ

0

n
I

{\displaystyle B_{\mathrm {KP} }={\frac {1}{2}}\mu _{0}nI}

(СИ)

(
3
)
.

{\displaystyle \qquad (3).}

При протекании тока соленоид запасает энергию, равную работе, которую необходимо совершить для установления текущего тока

I

{\displaystyle I}

. Величина этой энергии равна

E

c
o
x
p

=

Ψ
I

2

=

L

I

2

2

(
4
)
,

{\displaystyle E_{\mathrm {coxp} }={{\Psi I} \over 2}={{LI^{2}} \over 2}\qquad (4),}

где

Ψ
=
N
Φ

{\displaystyle \Psi =N\Phi }

 — потокосцепление,

Φ

{\displaystyle \Phi }

 — магнитный поток в соленоиде,

L

{\displaystyle L}

 — индуктивность соленоида.

При изменении тока в соленоиде возникает ЭДС самоиндукции, значение которой

ε
=

L

d
I

d
t

(
5
)

{\displaystyle \varepsilon =-L{dI \over dt}\qquad (5)}

.

Индуктивность соленоида

Индуктивность соленоида выражается следующим образом:

L
=

μ

0

n

2

V

=

μ

0

4
π

z

2

l

{\displaystyle L=\mu _{0}n^{2}V\!={\frac {\mu _{0}}{4\pi }}{\frac {z^{2}}{l}}}

(СИ)

(
6
)
,

{\displaystyle \qquad (6),}

L
=
4
π

n

2

V

=

z

2

l

{\displaystyle L=4\pi n^{2}V\!={\frac {z^{2}}{l}}}

(СГС)

(
7
)
,

{\displaystyle \qquad (7),}

где

μ

0

{\displaystyle \mu _{0}}

 — магнитная проницаемость вакуума,

n
=
N

/

l

{\displaystyle n=N/l}

 — число витков на единицу длины соленоида,

N

{\displaystyle N}

 — число витков,

V
=
S
l

{\displaystyle V=Sl}

 — объём соленоида,

z
=
π
d
N

{\displaystyle z=\pi dN}

 — длина проводника, намотанного на соленоид,

S
=
π

d

2

/

4

{\displaystyle S=\pi d^{2}/4}

 — площадь поперечного сечения соленоида,

l

{\displaystyle l}

 — длина соленоида,

d

{\displaystyle d}

 — диаметр витка.

Без использования магнитного материала магнитная индукция

B

{\displaystyle B}

в пределах соленоида является фактически постоянной и равна

B
=

μ

0

N
l

I
=

μ

0

n
I

(
8
)
,

{\displaystyle B=\mu _{0}{\frac {N}{l}}I=\mu _{0}nI\qquad (8),}

где

I

{\displaystyle I}

 — сила тока. Пренебрегая краевыми эффектами на концах соленоида, получим, что потокосцепление

Ψ

{\displaystyle \Psi }

через катушку равно магнитной индукции

B

{\displaystyle B}

, умноженной на площадь поперечного сечения

S

{\displaystyle S}

и число витков

N

{\displaystyle N}

:

Ψ
=
B
S
N
=

μ

0

N

2

I
S

/

l
=

μ

0

n

2

V
I
=
L
I

(
9
)
.

{\displaystyle \displaystyle \Psi =BSN=\mu _{0}N^{2}IS/l=\mu _{0}n^{2}VI=LI\qquad (9).}

Отсюда следует формула для индуктивности соленоида

L
=

μ

0

N

2

S

/

l
=

μ

0

n

2

V

(
10
)
,

{\displaystyle \displaystyle L=\mu _{0}N^{2}S/l=\mu _{0}n^{2}V\qquad (10),}

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 пр. Один из самых известных примеров — «тяговое реле» автомобильного стартёра. Большое распространение соленоиды получили в энергетике, найдя широкое применение в приводах высоковольтных выключателей.

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

Примечание

  1. 1 2
    Савельев И. В. (1982), с. 148–152.

Источники

  • Савельев И. В. Курс общей физики. — Т. 2. Электричество и магнетизм. Волны. Оптика.

См. также

Соленоид — Википедия

Соленоид с однослойной намоткой.
Образование магнитного потока в соленоиде. В центре по длине на оси соленоида магнитное поле практически однородно.

Солено́ид (от греч. solen — канал, труба и eidos — подобный) — разновидность катушки индуктивности. Обычно под термином «соленоид» подразумевается цилиндрическая обмотка из провода, причём длина такой обмотки многократно превышает её диаметр.

Конструктивно длинные соленоиды выполняются как в виде однослойной намотки (см. рис.), так и многослойной.

Если длина намотки значительно превышает диаметр намотки, то в полости соленоида при подаче в него электрического тока порождается магнитное поле, близкое к однородному.

Также часто соленоидами называют электромеханические исполнительные механизмы, обычно со втягиваемым ферромагнитным сердечником. В таком применении соленоид почти всегда снабжается внешним ферромагнитным магнитопроводом, обычно называемым ярмом.

Бесконечно длинный соленоид — это соленоид, длина которого стремится к бесконечности (то есть его длина много больше его поперечных размеров).

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[1]:

B
=

μ

0

n
I

{\displaystyle B=\mu _{0}nI}

(СИ)

(
1
)
,

{\displaystyle \qquad (1),}

B
=

4
π

c

n
I

{\displaystyle B={\frac {4\pi }{c}}nI}

(СГС)

(
2
)
,

{\displaystyle \qquad (2),}

где

μ

0

{\displaystyle \mu _{0}}

 — магнитная проницаемость вакуума,

n
=
N

/

l

{\displaystyle n=N/l}

 — число витков на единицу длины соленоида,

N

{\displaystyle N}

 — число витков,

l

{\displaystyle l}

 — длина соленоида,

I

{\displaystyle I}

 — ток в обмотке.

Вследствие того, что две половины бесконечного соленоида в точке их соединения вносят одинаковый вклад в магнитное поле, магнитная индукция полубесконечного соленоида у его края вдвое меньше, чем в объёме. То же самое можно сказать о поле на краях конечного, но достаточно длинного соленоида[1]:

B

K
P

=

1
2

μ

0

n
I

{\displaystyle B_{\mathrm {KP} }={\frac {1}{2}}\mu _{0}nI}

(СИ)

(
3
)
.

{\displaystyle \qquad (3).}

При протекании тока соленоид запасает энергию, равную работе, которую необходимо совершить для установления текущего тока

I

{\displaystyle I}

. Величина этой энергии равна

E

c
o
x
p

=

Ψ
I

2

=

L

I

2

2

(
4
)
,

{\displaystyle E_{\mathrm {coxp} }={{\Psi I} \over 2}={{LI^{2}} \over 2}\qquad (4),}

где

Ψ
=
N
Φ

{\displaystyle \Psi =N\Phi }

 — потокосцепление,

Φ

{\displaystyle \Phi }

 — магнитный поток в соленоиде,

L

{\displaystyle L}

 — индуктивность соленоида.

При изменении тока в соленоиде возникает ЭДС самоиндукции, значение которой

ε
=

L

d
I

d
t

(
5
)

{\displaystyle \varepsilon =-L{dI \over dt}\qquad (5)}

.

Индуктивность соленоида

Индуктивность соленоида выражается следующим образом:

L
=

μ

0

n

2

V

=

μ

0

4
π

z

2

l

{\displaystyle L=\mu _{0}n^{2}V\!={\frac {\mu _{0}}{4\pi }}{\frac {z^{2}}{l}}}

(СИ)

(
6
)
,

{\displaystyle \qquad (6),}

L
=
4
π

n

2

V

=

z

2

l

{\displaystyle L=4\pi n^{2}V\!={\frac {z^{2}}{l}}}

(СГС)

(
7
)
,

{\displaystyle \qquad (7),}

где

μ

0

{\displaystyle \mu _{0}}

 — магнитная проницаемость вакуума,

n
=
N

/

l

{\displaystyle n=N/l}

 — число витков на единицу длины соленоида,

N

{\displaystyle N}

 — число витков,

V
=
S
l

{\displaystyle V=Sl}

 — объём соленоида,

z
=
π
d
N

{\displaystyle z=\pi dN}

 — длина проводника, намотанного на соленоид,

S
=
π

d

2

/

4

{\displaystyle S=\pi d^{2}/4}

 — площадь поперечного сечения соленоида,

l

{\displaystyle l}

 — длина соленоида,

d

{\displaystyle d}

 — диаметр витка.

Без использования магнитного материала магнитная индукция

B

{\displaystyle B}

в пределах соленоида является фактически постоянной и равна

B
=

μ

0

N
l

I
=

μ

0

n
I

(
8
)
,

{\displaystyle B=\mu _{0}{\frac {N}{l}}I=\mu _{0}nI\qquad (8),}

где

I

{\displaystyle I}

 — сила тока. Пренебрегая краевыми эффектами на концах соленоида, получим, что потокосцепление

Ψ

{\displaystyle \Psi }

через катушку равно магнитной индукции

B

{\displaystyle B}

, умноженной на площадь поперечного сечения

S

{\displaystyle S}

и число витков

N

{\displaystyle N}

:

Ψ
=
B
S
N
=

μ

0

N

2

I
S

/

l
=

μ

0

n

2

V
I
=
L
I

(
9
)
.

{\displaystyle \displaystyle \Psi =BSN=\mu _{0}N^{2}IS/l=\mu _{0}n^{2}VI=LI\qquad (9).}

Отсюда следует формула для индуктивности соленоида

L
=

μ

0

N

2

S

/

l
=

μ

0

n

2

V

(
10
)
,

{\displaystyle \displaystyle L=\mu _{0}N^{2}S/l=\mu _{0}n^{2}V\qquad (10),}

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 пр. Один из самых известных примеров — «тяговое реле» автомобильного стартёра. Большое распространение соленоиды получили в энергетике, найдя широкое применение в приводах высоковольтных выключателей.

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

Примечание

  1. 1 2
    Савельев И. В. (1982), с. 148–152.

Источники

  • Савельев И. В. Курс общей физики. — Т. 2. Электричество и магнетизм. Волны. Оптика.

См. также

Соленоид — Википедия

Соленоид с однослойной намоткой.
Образование магнитного потока в соленоиде. В центре по длине на оси соленоида магнитное поле практически однородно.

Солено́ид (от греч. solen — канал, труба и eidos — подобный) — разновидность катушки индуктивности. Обычно под термином «соленоид» подразумевается цилиндрическая обмотка из провода, причём длина такой обмотки многократно превышает её диаметр.

Конструктивно длинные соленоиды выполняются как в виде однослойной намотки (см. рис.), так и многослойной.

Если длина намотки значительно превышает диаметр намотки, то в полости соленоида при подаче в него электрического тока порождается магнитное поле, близкое к однородному.

Также часто соленоидами называют электромеханические исполнительные механизмы, обычно со втягиваемым ферромагнитным сердечником. В таком применении соленоид почти всегда снабжается внешним ферромагнитным магнитопроводом, обычно называемым ярмом.

Бесконечно длинный соленоид — это соленоид, длина которого стремится к бесконечности (то есть его длина много больше его поперечных размеров).

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[1]:

B
=

μ

0

n
I

{\displaystyle B=\mu _{0}nI}

(СИ)

(
1
)
,

{\displaystyle \qquad (1),}

B
=

4
π

c

n
I

{\displaystyle B={\frac {4\pi }{c}}nI}

(СГС)

(
2
)
,

{\displaystyle \qquad (2),}

где

μ

0

{\displaystyle \mu _{0}}

 — магнитная проницаемость вакуума,

n
=
N

/

l

{\displaystyle n=N/l}

 — число витков на единицу длины соленоида,

N

{\displaystyle N}

 — число витков,

l

{\displaystyle l}

 — длина соленоида,

I

{\displaystyle I}

 — ток в обмотке.

Вследствие того, что две половины бесконечного соленоида в точке их соединения вносят одинаковый вклад в магнитное поле, магнитная индукция полубесконечного соленоида у его края вдвое меньше, чем в объёме. То же самое можно сказать о поле на краях конечного, но достаточно длинного соленоида[1]:

B

K
P

=

1
2

μ

0

n
I

{\displaystyle B_{\mathrm {KP} }={\frac {1}{2}}\mu _{0}nI}

(СИ)

(
3
)
.

{\displaystyle \qquad (3).}

При протекании тока соленоид запасает энергию, равную работе, которую необходимо совершить для установления текущего тока

I

{\displaystyle I}

. Величина этой энергии равна

E

c
o
x
p

=

Ψ
I

2

=

L

I

2

2

(
4
)
,

{\displaystyle E_{\mathrm {coxp} }={{\Psi I} \over 2}={{LI^{2}} \over 2}\qquad (4),}

где

Ψ
=
N
Φ

{\displaystyle \Psi =N\Phi }

 — потокосцепление,

Φ

{\displaystyle \Phi }

 — магнитный поток в соленоиде,

L

{\displaystyle L}

 — индуктивность соленоида.

При изменении тока в соленоиде возникает ЭДС самоиндукции, значение которой

ε
=

L

d
I

d
t

(
5
)

{\displaystyle \varepsilon =-L{dI \over dt}\qquad (5)}

.

Индуктивность соленоида

Индуктивность соленоида выражается следующим образом:

L
=

μ

0

n

2

V

=

μ

0

4
π

z

2

l

{\displaystyle L=\mu _{0}n^{2}V\!={\frac {\mu _{0}}{4\pi }}{\frac {z^{2}}{l}}}

(СИ)

(
6
)
,

{\displaystyle \qquad (6),}

L
=
4
π

n

2

V

=

z

2

l

{\displaystyle L=4\pi n^{2}V\!={\frac {z^{2}}{l}}}

(СГС)

(
7
)
,

{\displaystyle \qquad (7),}

где

μ

0

{\displaystyle \mu _{0}}

 — магнитная проницаемость вакуума,

n
=
N

/

l

{\displaystyle n=N/l}

 — число витков на единицу длины соленоида,

N

{\displaystyle N}

 — число витков,

V
=
S
l

{\displaystyle V=Sl}

 — объём соленоида,

z
=
π
d
N

{\displaystyle z=\pi dN}

 — длина проводника, намотанного на соленоид,

S
=
π

d

2

/

4

{\displaystyle S=\pi d^{2}/4}

 — площадь поперечного сечения соленоида,

l

{\displaystyle l}

 — длина соленоида,

d

{\displaystyle d}

 — диаметр витка.

Без использования магнитного материала магнитная индукция

B

{\displaystyle B}

в пределах соленоида является фактически постоянной и равна

B
=

μ

0

N
l

I
=

μ

0

n
I

(
8
)
,

{\displaystyle B=\mu _{0}{\frac {N}{l}}I=\mu _{0}nI\qquad (8),}

где

I

{\displaystyle I}

 — сила тока. Пренебрегая краевыми эффектами на концах соленоида, получим, что потокосцепление

Ψ

{\displaystyle \Psi }

через катушку равно магнитной индукции

B

{\displaystyle B}

, умноженной на площадь поперечного сечения

S

{\displaystyle S}

и число витков

N

{\displaystyle N}

:

Ψ
=
B
S
N
=

μ

0

N

2

I
S

/

l
=

μ

0

n

2

V
I
=
L
I

(
9
)
.

{\displaystyle \displaystyle \Psi =BSN=\mu _{0}N^{2}IS/l=\mu _{0}n^{2}VI=LI\qquad (9).}

Отсюда следует формула для индуктивности соленоида

L
=

μ

0

N

2

S

/

l
=

μ

0

n

2

V

(
10
)
,

{\displaystyle \displaystyle L=\mu _{0}N^{2}S/l=\mu _{0}n^{2}V\qquad (10),}

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 пр. Один из самых известных примеров — «тяговое реле» автомобильного стартёра. Большое распространение соленоиды получили в энергетике, найдя широкое применение в приводах высоковольтных выключателей.

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

Примечание

  1. 1 2
    Савельев И. В. (1982), с. 148–152.

Источники

  • Савельев И. В. Курс общей физики. — Т. 2. Электричество и магнетизм. Волны. Оптика.

См. также

Соленоиды. Виды и устройство. Работа и особенности

Цилиндрическая обмотка, которая имеет длину, значительно больше ее диаметра, называется соленоидом. В переводе с английского, это слово обозначает – подобный трубе, то есть, это катушка, похожая на трубу.

Виды соленоидов

По назначению соленоиды разделяют на два класса:

  1. Стационарные. То есть, для магнитных полей стационарного вида, которые долго держатся при некоторых значениях.
  2. Импульсные. Для создания импульсных магнитных полей. Они могут существовать только в краткий период времени, не больше 1 с.

Стационарные способны создать поля не более 2,5х105 Э. Соленоиды импульсного типа могут создать поля 5х106 Э. Если при создании поля соленоиды не подвергаются деформации и не слишком греются, то магнитное поле прямо зависит от проходящего тока: Н = k*I, где k – постоянная величина соленоида, поддающаяся расчету.

Стационарные делятся:
  • Резистивные.
  • Сверхпроводящие.

Резистивные соленоиды производят из материалов, обладающих электрическим сопротивлением. В связи с этим вся подходящая к ним энергия переходит в теплоту. Чтобы избежать теплового разрушения устройства, необходимо отвести лишнее тепло. Для этих целей применяют криогенное или водяное охлаждение. Для этого требуется вспомогательная энергия, сравнимая с требуемой энергией для питания соленоида.

Сверхпроводящие соленоиды производят из сплавов, обладающих свойствами сверхпроводимости. Их электрическое сопротивление равно нулю при различных температурах во время эксперимента. При функционировании сверхпроводящего соленоида теплота выделяется только в подходящих проводниках и источнике напряжения. Источник питания в этом случае можно исключить, так как соленоид функционирует в короткозамкнутом режиме. При этом поле может существовать без расхода энергии бесконечно долго при условии сохранения сверхпроводимости.

Устройства для создания мощных магнитных полей включают в себя три главные части:
  1. Соленоид.
  2. Источник тока.
  3. Система охлаждения.

При проектировании соленоида берут во внимание величины внутреннего канала и мощности источника питания.

Создание устройства с резистивным соленоидом для образования стационарных полей является глобальной научно-технической задачей. В мире, в том числе и в нашей стране, существует всего несколько лабораторий с подобными устройствами. Применяются соленоиды различных конструкций, эксплуатация которых осуществляется около тепловой границы.

Для обслуживания таких устройств необходим персонал, состоящий из работников высокой квалификации, работа которых дорого ценится. Большая часть финансов расходуется на оплату электрической энергии. Эксплуатация и обслуживание таких мощных соленоидов со временем окупается, так как ученые и исследователи различных областей науки, из разных стран могут получать важнейшие результаты для развития науки.

Наиболее сложные и важные задачи можно решить путем применения сверхпроводящих соленоидов. Этот способ более эффективный, экономичный и простой. Для примера можно назвать создание мощных стационарных полей сверхпроводящими соленоидами. Наиболее оригинальное свойство сверхпроводимости – это отсутствие электрического сопротивления у некоторых сплавов и металлов при температуре ниже критического значения.

Явление сверхпроводимости позволяет производить соленоид, не имеющий диссипации энергии при прохождении электрического тока. Однако, образованное поле имеет ограничение в том, что при достижении некоторого значения критического поля свойство сверхпроводимости разрушается, и электрическое сопротивление возобновляется.

Критическое поле повышается при снижении температуры от 0 до наибольшего значения. Еще в 50-х годах прошлого века открыты сплавы, у которых критическая температура находится в интервале от 10 до 20 К. При этом они имеют свойства очень мощных критических полей.

Технология создания таких сплавов и производство из них материалов для катушек соленоидов очень трудоемка и сложна. Поэтому такие устройства имеют высокую стоимость. Однако их эксплуатация недорогая и простая в обслуживании. Для этого необходим только источник питания низкого напряжения небольшой мощности и жидкий гелий. Мощность источника понадобится не выше 1 киловатта. Устройство таких соленоидов состоит из катушки, выполненной из меди и сверхпроводника многожильным проводом, лентой или шиной.

Существует возможность снижения энергетических затрат на создание еще более мощных полей. Эта возможность реализуется в нескольких ведущих странах, в том числе и в России. Такой способ основан на применении комбинации из водоохлаждаемого и сверхпроводящего соленоидов. Его еще называют гибридным соленоидом. В этом устройстве интегрируются наибольшие достижимые поля обоих типов соленоидов.

Водоохлаждаемый соленоид должен находиться внутри сверхпроводящего. Создание гибридного соленоида является объемной и сложной научно-технической проблемой. Для ее решения требуется работа нескольких коллективов научных учреждений. Подобное гибридное устройство эксплуатируется в нашей стране в Академии наук. Там соленоид со сверхпроводящими свойствами имеет массу 1,5 тонны. Обмотка выполнена из специальных сплавов ниобия с цинком и титаном. Обмотка водоохлаждаемого соленоида выполнена медной шиной.

Устройство и принцип действия

Соленоидом также можно назвать катушку индуктивности, которая намотана проводом на каркас в виде цилиндра. Такие катушки могут быть намотаны как одним, так и несколькими слоями. Так как длина обмотки намного больше диаметра, то при подключении постоянного напряжения на эту обмотку, внутри катушки образуется магнитное поле.

Часто соленоидами называют электромеханические устройства, содержащие катушку, внутри которой имеется ферромагнитный сердечник. Такие устройства выполнены в виде втягивающих реле автомобильного стартера, различных электроклапанов. Втягивающим элементом такого своеобразного электромагнита является сердечник из ферромагнитного материала.

Если в устройстве соленоида нет сердечника, то при подключении постоянного тока вдоль обмотки образуется магнитное поле. Индукция этого поля равна:

Где, N – количество витков в обмотке, l – длина катушки, I – ток, протекающий по соленоиду, μ0 — вакуумная магнитная проницаемость.

На концах соленоида величина магнитной индукции в два раза ниже, по сравнению с внутренней частью, так как две части соленоида совместно образуют двойное магнитное поле. Это применимо к длинному или бесконечному соленоиду, в сравнении с диаметром каркаса обмотки.

По краям соленоида магнитная индукция равна:

Так как соленоиды являются катушками индуктивности, следовательно, соленоид может запасать энергию в магнитном поле. Эта энергия равна работе, совершаемой источником, для образования тока в обмотке.

Этот ток образует в соленоиде магнитное поле:

Если ток в катушке изменяется, то возникает ЭДС самоиндукции. В этом случае напряжение на соленоиде определяется:

Индуктивность соленоида определяется:

Где, V – объем катушки соленоида, z – длина проводника катушки, n – количество витков, l – длина катушки, μ0 — вакуумная магнитная проницаемость.

При подключении к проводникам соленоида переменного напряжения, магнитное поле будет создаваться тоже переменным. Соленоид имеет сопротивление переменному току в виде комплекса двух составляющих: активной и реактивной. Они зависят от индуктивности и электрического сопротивления проводника катушки.

Похожие темы:

90000 What is a Solenoid? (With pictures) 90001
90002 A
solenoid is a device that converts energy into linear motion. This
energy may come from an electromagnetic field, a pneumatic (air-powered)
chamber, or a hydraulic (fluid-filled) cylinder. These devices are
commonly found in electric bell assemblies, automotive starter systems,
industrial air hammers, and many other machines that rely on a sudden
burst of power to move a specific part.90003

90004

Solenoid.

90002 In
order to understand the underlying principle, a person can examine a
typical pinball machine.At the beginning of play, a steel ball rests
on a rubber-tipped plunger that is held in place by a compression
spring, which means it has no energy to move the ball when at rest. The
player’s hand provides additional energy as the plunger assembly is
pulled back. Upon release, the spring forces almost all of the plunger
pin’s kinetic energy on a small area of ​​the steel ball. The ball is
flung into the playing field and the pinball game begins. This manual
plunger is a rudimentary example of a solenoid.90003

90007

Seven solenoids.

90002 The
difficulty with using manual pinball plungers on other machines is that
someone must constantly pull the spring back and release the energy by
hand.An improved solenoid would provide its own means of pulling back
on the pin and releasing it under control. This is the principle behind
a simple electric one, in which a metallic cylinder acts as the
«Plunger.» 90003

90002
Want to automatically save time and money month? Take a 2-minute quiz to find out how you can start saving up to $ 257 / month.
90003
90002 A
compression spring holds this metal pin partially out of an
electromagnetic housing.When power from a battery or electric
generator flows around the electromagnet, the metal pin or cylinder is
magnetically drawn inside the housing, much like the player’s hand pulls
the plunger back in the pinball example. When the electric current
stops, the pin is released and the compression spring sends it forward
with significant force. The pin may strike the inside of a bell or
forcefully eject a part from a molding machine. Many electronic
machines contain numerous solenoids.90003

90002 Other
types depend on compressed air for their power. A single piston may be
placed in an airtight cylinder connected to a source of
highly-compressed air. A strong internal spring may hold the piston in
place until the air pressure has reached a predetermined level and then
the piston is released. The compressed air is allowed to escape as the
piston drives forward.90003

90002 Because
the energy released by a solenoid can be concentrated, pneumatic ones
are popular for heavy tools and machining applications which require
substantial power. A jackhammer is a good example of this type in
action. The central piston is driven by air into the concrete, then the
recoil of the hammer returns the piston to its original
position.90003

90002 An
even more powerful solenoid uses hydraulics as its source of power.
The piston or pin is seated in a cylinder filled with a hydraulic
fluid. As this hydraulic fluid fills the cylinder, everything is pushed
forward, including the piston or pin. As the piston travels towards a
piece of metal or other target, the fluid buildup becomes very resistant
to compression, and the piston will concentrate all of the cylinder’s
energy on whatever it encounters, even the heaviest titanium.90003

90002 When
the solenoid has released all of its energy, the hydraulic fluid drains
out of the chamber and the piston is drawn back to its original
position. This action can take place in a matter of seconds. This type
is so powerful that it is generally used only for the heaviest
projects. Wave pools use them to release the giant stoppers at the
bottom of their holding tanks.Aircraft manufacturers use this type to
bend titanium and other heavy metals. 90003

90022

A solenoid is an electromagnetic device used to remotely or automatically supply switching, actuation, or adjustment movement to a secondary device.

.90000 What is a Solenoid — Types, Working Principle and Its Applications 90001 90002 The solenoids are simple electrical components and it has many uses in daily life. The term itself is derived from the Greek name «solen», which illustrates a channel or a pipe. The second part of the name is taken from the Greek name «eidos», which refers to an outline. Basically, it is a component in the form of a pipe. The solenoid is used in a variety of applications, and there are numerous types of solenoid designs available.Each of them has their own properties that make it useful in many precise applications. The various designs of these components do not change their necessary operating feature and the designing of the solenoids can be done in different ways. Generally, solenoid works on general electrical principle, but the mechanical energy of this device is distributed in a different way in different designs. 90003 90004 What is a Solenoid and Its Working Principle 90005 90002 A solenoid is a very simple component, that includes a coil of wire that is covered around a core made out of a metal.When a current is applied to the solenoid, it has the effect of assembling a consistent magnetic field. Electricity changes to magnetism then it changes to electricity and, therefore, these two forces are united into one. 90003 90002 An attractive thing about the uniform field in a solenoid is that, if the solenoid has an immeasurable length, the magnetic field would be the similar everywhere along the element. In a solenoid, sometimes this translates to very small electrical components being able to do a marvelous amount of work.For instance, a powerful solenoid can simply slam shut a valve that would be demanding for even the burliest plumber to close by hand. 90003 90004 Different Types of Solenoids 90005 90002 There are various Types of Solenoids are available in the market. They differ in terms of their material, design and function. But all kinds of solenoids depend on the same electrical principles. 90003 90014 90015 AC Laminated Solenoid 90016 90015 DC C-Frame Solenoid 90016 90015 DC D-Frame Solenoid 90016 90015 Linear Solenoid 90016 90015 Rotary Solenoid 90016 90025 90026 AC Laminated Solenoid 90027 90002 An AC laminated solenoid is famous for the amount of force that can be performed in their first stroke.They can also use a longer stroke than a DC solenoid. They are obtainable in several different configurations and ranges. These types of solenoids will produce a clean buzz when they are being used. 90003 90030 90030 AC Laminated Solenoid 90026 DC C-Frame Solenoid 90027 90002 A DC C-Frame solenoid uses only a frame, formed like the letter C, which is covered around the coil. This kind of solenoid has an extensive range of different applications. Even though they are famous in a DC configuration, they can also be designed to be used with AC power.90003 90036 90036 90038 90039 90039 DC C-Frame Solenoid 90026 DC D-Frame Solenoid 90027 90002 A DC D-Frame solenoid gears have a two-piece frame that is covered around the coils. These are used in several different applications like industrial applications. Like the C-Frame, these solenoids can also be designed in AC alternatives, for applications when the properties of an AC solenoid are more attractive than a DC solenoid. 90003 90045 90045 DC D-Frame Solenoid 90026 Linear Solenoid 90027 90002 This kind of solenoids is more familiar with the most people.These are capable of using a pulling or pushing force on a mechanical device and can be utilized for a variety of metering tasks. These solenoids are used in a different applications. For instance, a solenoid on the starter device of a vehicle which includes a motor. Whenever electrical current flows through the solenoid, then it will move in a linear fashion to get two contacts together. 90003 90051 90051 Linear Solenoid 90002 When the two contacts are getting together, they let power to flow from the battery supply to the different components of the automobile and the automobile to start.The best application of the solenoid is electric lock. When the lock is attached to the bolt on a door, it can immediately protect a door sufficient to hold up to a great deal of violence. 90003 90026 Rotary Solenoid 90027 90002 Rotatory solenoid is a good example of mechanical force which can be used in different methods to make easy of an automatic control process and quite easy to make life easier. In this solenoid, there is the similar coil and core design, though it is somewhat changed. In a rotary solenoid, a disc is used instead of the solenoid being a simple device with a core and coil.The body of the solenoid is lined up with the grooves and ball bearings are used to make easier motion. 90003 90059 90059 Rotary Solenoid 90002 Triggering the solenoid makes the core to be drawn back into the coil. This force is converted into a rotation force in the disc. Most of the devices are also inbuilt with a spring. When the power supply is detached from the solenoid, the spring makes the core to be drawn out of the coil, releasing the disc and transferring it back to its unique position.90003 90002 Similar to many electrical devices, this tool happens to have been developed as a security device. This product was first used during World War-II as a way to enhance the durability of the devices used in bombs. Nowadays, these kind of solenoids is general electrical components, which are very appropriate to utilize in trying industrial environments. 90003 90026 Applications of Solenoid 90027 90014 90015 A solenoid is an essential coil of wire that is used in electromagnets, inductors, antennas, valves, etc.The application of a solenoid differs in numerous types like medical, locking systems, industrial use, the bottom line and Automotive Solenoid Applications. 90016 90015 A solenoid is used to control a valve electrically, for example, the solenoid core is used to apply mechanical force to the valve. 90016 90015 These can also used in particular types of door locking systems, which use an electromagnet and offer a very secure closure. 90016 90015 The solenoid is used in many different appliances and products like computer printers, fuel injection gear used on cars and in various industrial settings.90016 90015 The main advantage of the solenoid is, whenever an electricity is applied, the reaction of the solenoid is immediate. 90016 90015 That quick response is one of the most significant factors in resolving the applications of solenoids. 90016 90025 90002 Thus, this is all about different types of solenoids which includes AC Laminated Solenoid, DC C-Frame Solenoid, DC D-Frame Solenoid, Linear Solenoid, Rotary Solenoid and Tubular Solenoid. Furthermore, any queries to implement electrical projects, please give your feedback or suggestions in the comment section below.Here is a question for you, 90082 What is the function of a solenoid? 90083 90003 90002 90082 Photo Credits: 90083 90003.90000 What is a Solenoid- Its Working Principle and Types 90001 90002 90003 Solenoids 90004 are simple components that can be used for various applications. The name solenoid is derived from the Greek word «Solen» which means a channel or a pipe. Solenoids are used in both domestic and industrial equipments, they are available in various designs, each of them has their own specific applications. Although the application changes, their working principle always remains the same. Here we will discuss about 90003 Solenoid working and different types of Solenoid.90004 90007

90002 90007
90010 90003 What is a Solenoid? 90004 90013
90002 A solenoid is a long piece of wire which is wound in the shape of a coil. When the electric current passes through the coil it creates a relatively uniform magnetic field inside the coil. 90007
90002 90017 90007
90002 90007
90002 The solenoid can create a magnetic field from electric current and this magnetic field can be used to generate a linear motion with the help of a metal core. This simple device can be used as an electromagnet, as an inductor or as a miniature wireless receiving antenna in a circuit.90007
90002 90007
90010 90003 Solenoid Working Principle 90004 90013
90002 The solenoid simply works on the principle of «electromagnetism». When the current flow through the coil magnetic field is generated in it, if you place a 90003 metal core 90004 inside the coil the magnetic lines of flux is concentrated on the core which increases the induction of the coil as compared to the air core. This concept of 90003 electomagnatic induction 90004 has been more elaborated in our previous Tesla coil project.90007

90002 90036 90007
90002 90007
90002 Most of the flux is concentrated only on the core, while some of the flux appears at the ends of the coil and a small amount of flux appears outside the coil. 90007
90002 The 90003 magnetic strength of the solenoid 90004 can be increased by increasing the density of the turns or by increasing the current flow in the coil. 90007
90002 Like all other magnets the activated solenoid has both Positive and Negative poles, through which an object can be attracted or repelled.90007
90002 90007
90010 90003 Types of Solenoids 90004 90013
90002 There are different types of solenoids available in the market, the classification is made based on material, Design and function. 90007
90056 90057 AC- Laminated Solenoid 90058
90057 DC- C Frame Solenoid 90058
90057 DC- D Frame Solenoid 90058
90057 Linear Solenoid 90058
90057 Rotary Solenoid 90058
90067 90002 90007

90002 90003 AC Laminated Solenoid 90004 90007
90002 The AC laminated Solenoid consist of a metal core and a coil of wire.The core is constructed with a laminated metal in order to reduce the stray current, this helps in improving the performance of the solenoid. 90007
90002 90077 90007
90002 90007
90002 An AC solenoid has a special advantage because it can deliver a large amount of force in the first stroke. This is because they have an inrush current (An instantaneous high input current drawn by a power supply or electrical equipment when turn-on). They are capable of using more strokes than a DC laminated solenoid.90007
90002 They are available in different configurations and ranges and they produce a clean buzzing sound when they are in operation. 90007
90002 An 90003 AC Laminated solenoid can be used 90004 in a variety of equipments that require immediate action, such as medical equipments, locks, vehicles, industrial equipments, printers, and in some of the household Appliances. 90007
90002 90007
90002 90003 DC C-Frame Solenoid 90004 90007
90002 The C frame refers to the design of the solenoid.The DC C-Frame solenoid has only a frame in the shape of the letter C which is covered around the coil. 90007
90002 The DC C-Frame solenoid is used in multiple day to day applications because of it more controlled stroke operation. Although it is said to be DC configuration but they can also be used in equipments designed for AC power. 90007
90002 90100 90007
90002 Image source: https://uk.rs-online.com 90007
90002 90003 This type of solenoid is mainly used 90004 in gaming machines, Photographic shutters, Scanners, Circuit breakers, Coin counters and Bill changers.90007
90002 90007
90002 90003 DC D-Frame Solenoid 90004 90007
90002 This type of solenoid has a two piece frame covering the coils. They have similar function like a C-frame solenoid hence the D-frame can also be used with AC power and has a controlled stroke operation. 90007
90002 90117 90007
90002 90007
90002 The 90003 DC D-frame solenoid is used 90004 for both conventional and medical applications such as gaming machines, ATM machines and Blood and gas Analyzer. 90007
90002 90007
90002 90003 Linear Solenoid 90004 90007
90002 The linear solenoids are more familiar among the people.It consist of a coil of wire which is wrapped around a movable metal core which helps us to apply pulling or pushing force to a mechanical device. 90007
90002 This type of solenoids is mostly used on starting devices. This switching mechanism helps in completing a circuit and allows the current to flow thorough a mechanism. 90007
90002 90136 90007
90002 90007
90002 The 90003 linear solenoids are especially used 90004 in the automation and Highly secured door mechanisms and starter motors of cars & bikes.90007
90002 90007
90002 90003 Rotary Solenoid 90004 90007
90002 A rotary solenoid is a unique type of solenoid which is used for various applications where there is a need for easy automatic control process. It works on the same principle as the other solenoids and has the same elements, a coil and a core, but they have a different operation. 90007
90002 90153 90007
90002 90007
90002 The metal core is mounted to a disk and has small grooves under it, The size of the grooves exactly matches with the slots in the body of the solenoid.It also has ball bearings to make easy motion. 90007
90002 When the solenoid gets triggered the core is drawn into the body of the solenoid and the disc core start rotating. This setup will have a spring place in between the core and the body of the solenoid. Once the power supply is detached the spring pushes the disk core to its original position. 90007
90002 90007
90002 The 90003 rotary solenoid is more robust 90004 when compared to all other types of solenoids. They were originally designed only for the defence mechanisms, but nowadays you will be able to find them in many automated industrial mechanisms such as laser and shutter.90007
90002 90007
90010 90003 Conclusion 90004 90013
90002 Now you know about the 90003 solenoids, working principle and the different type solenoids 90004 available in the market. The solenoids are the simple and effective solution for controlling the valves and electromagnetic switches or mechanical interlocks. 90007
90002 Their operation principle and instantaneous response made them a better solution for applications that needs a large amount of power into a small space and where there is a need of quick, consistent and robust operation.90007
90002 Here are 90003 few applications which uses solenoid 90004 along with its driver circuit: 90007
90002 90007
90002 Now you know everything about the solenoid, so, you can start implementing the knowledge with your creativity to take advantage of the properties of solenoid to create your next invention. 90007
.90000 What is a Solenoid and Solenoid Magnetic Field 90001 90002 90003 What is a Solenoid and Solenoid Magnetic Field 90004 90005 90006 90003 What is a Solenoid? 90004 90009 Solenoid is an enamel wire (coil wire) wound on a round shaped, made of solid materials like Steel to generate a uniform magnetic field. It acts as an electromagnet, when electric current passes through it. It is also used to control the motion of objects such as control the switching of relay. 90010 It ranges in size from less than one quarter of an inch to more than 15 inches in diameter.90006 90003 Solenoid Magnetic Field: 90004 90009 90015 There are two basic laws governed by the solenoids, which are as follows: 90016 90017 90018 Faraday’s law 90019 90018 Ampere’s law 90019 90022 90006 90003 Faraday’s law 90004 90009 Faraday’s law tells that when a conductor moves in a magnetic field, it produces EMF, and the induced EMF or Voltage is proportional to the rate of change of flux and number of coil turns. 90010 Generated Voltage = E = -N dɵ / dt 90010 Where 90010 E = Induced Voltage 90010 N = Number of Turns 90010 ɵ = BA = where B = Magnetic flux, A = Area of ​​Coil.90006 90003 Ampere’s law 90004 90009 90015 The MMF (magnetic motive force) around a closed loop is equal to the electric current enclosed by the loop. 90010 BL = μNI 90010 As it concentrates magnetic lines of flux, therefore, its core is made of ferromagnetic materials. When electric current passes through the coil, a magnetic flux induces within the core material. Some magnetic flux appears outside the coil (near ends of the core) and a small amount of flux flows off across the coil. 90016 90040 Core form of solenoid: 90041 90015 A solenoid is a basic device, which is used to provide an electromagnetic path in order to transmit maximum magnetic flux density with minimum input of energy.In other words, it is a device, which convert electrical signal into mechanical motion. A useful objective of the solenoid is to get the relationship between variable ampere-turns and flux density working in air gap, i.e. to transfer the maximum energy (NI) from the solenoid coil to the working area. It is important to consider the effect of heat in because increase in coil temperature reduces the work output of the solenoid. 90016 90006 90003 Basic Terms Related to Solenoids and Actuators. 90004 90009 90040 Saturation: 90041 90015 Iron path saturation in a solenoid is considered in two ways: 90016 90017 90018 Iron ceases to carry any increase in flux.90019 90018 The point where iron begins to saturate. 90019 90022 90015 When input power is increased, the flux density of magnetic flux increases until iron saturates. Any further increase in power will increase the heat without an increase in force and torque. Output force can be increased by changing the area of ​​iron path. 90016 90040 Ampere Turns: 90041 90015 The current depends upon the number of copper wire turns. Magnetic circuit determines the value of magnetic flux within the solenoid by using constant voltage to reduce ampere-turns.ie, 90010 BL = μNI or 90010 B = μ (N / L) I 90010 B = μnL 90016 90040 Nominal Coil Resistance and Current 90041 Nominal Coil resistance and Current can be found by using simple Ohm’s Law 90010 Resistance = V2 / P 90010 Current = P / V 90040 Heat: 90041 90015 Heat is a function of power in a solenoid and it is dissipated by airflow. 90016 90040 Duty cycle: 90041 90015 Duty cycle is determined by ON / OFF time. If a solenoid is energized ¼, then duty cycle is 25%. It determines the amount of input and heat.The Solenoid is designed for continuous duty and can dissipate ten times the input power at 10% duty. The ON time of solenoid is one second, which will not cause any damage, but if the solenoid is being energized for 10 minutes at 25% duty and its ON time is 600 seconds then, a single pulse may burn out the whole solenoid. 90016 90040 Operating speed: 90041 90015 Energizing time for solenoid to complete a stroke is measured from the beginning of the initial pulse to the energized position of the solenoid.This Time is dependent on duty cycle, ambient temperature, Input Power and load for a given solenoid. 90016 90006 90003 Types of solenoids: 90004 90009 90015 Solenoids have been divided into two main categories: 90016 90089 90018 Linear Solenoid 90019 90018 Rotary Solenoid 90019 90094 90006 90003 1. Linear solenoids: 90004 90009 90099 90099 Linear solenoid is an electromagnetic or electromechanical device, which convert electrical power into a magnetic signal or mechanical motion. It works on the same principle as the electromechanical relays and can be controlled by using MOSFET, Transistors, etc.It can be designed for proportional motion relative to power input, includes push and pulls application. They are used to provide high force, because they are developed by the combination of high magnetic flux and ferromagnetic material to provide more power. 90101 90101 All linear solenoids are pull type which makes sense that plunger (as armature) assembly is pulled in and it moves towards the stop when solenoid is energized. 90103 90103 90040 Application and Uses of linear solenoids: 90041 90015 Linear solenoids are used in door locks, hydraulic control valves, robots, circuit breakers, medical apparatus, automotive transmission, coin changer, irrigation valves, and postal machine.90016 90006 90003 2.Rotary solenoids: 90004 90009 Rotary solenoid is also an electromechanical device, which is used for rotary motion or angular motion, which produces rotation in both sides viz clockwise or anticlockwise. 90010 It is also used where the required angular motion is very small and DC stepper motor can not do the job. 90010 Available rotary solenoids provide moments of two positions self-restoring (0 ° to 90 ° and 90 ° to 0 °) Three Position self restoring (0 ° to + 45 ° or 0 ° to -45 °) and two position self latching.90010 It is similar to the linear solenoid but the difference is that the core is mounted in the center of the large flat disk. 90116 90116 90040 Application of rotary solenoids: 90041 90015 Rotary solenoids are used in lasers, vending machine, machine tools, photo processing, medical apparatus, sorters and postal machine. 90016 90006 90003 Application of solenoids in Industry: 90004 90009 90015 Solenoids are used almost everywhere in the industry. Some of their major applications are as below: 90016 90017 90018 Locking mechanism 90019 90018 Automotive application 90019 90018 Medical application 90019 90018 Industrial use 90019 90018 Relay switching Control 90019 90018 Air condition system 90019 90018 Agricultural system 90019 90022 90015 90003 A few words: 90004 90010 While involving in the process of solenoid design and manufacturing, it is among the best actuation device in terms of size, cost and simple installation as well as it provides a possible solution for customer in a short time.From the point of uses and applications, it is quite clear that it has an important role in the field of medical technology, Security and other common industries in the modern world. 90016 90015 You Might Also Read 90016.