Elektromagneten — apparaat, werking, toepassing

Dit artikel zal zich richten op solenoïdes. Eerst zullen we de theoretische kant van dit onderwerp bekijken, daarna de praktische, waar we de toepassingsgebieden van solenoïdes in verschillende werkmodi zullen opmerken.

Een solenoïde is een cilindrische spoel waarvan de lengte veel groter is dan de diameter. Het woord solenoïde zelf is gevormd uit een combinatie van twee woorden - solen en eidos, waarvan de eerste zich vertaalt als buis, de tweede - vergelijkbaar. Dat wil zeggen, een solenoïde is een spoel in de vorm van een buis.

Solenoïdes in brede zin zijn inductoren die zijn gewikkeld door een draad op een cilindrisch frame, dat enkellaags of meerlagig kan zijn... Aangezien de lengte van de spoel van een solenoïde de diameter aanzienlijk overschrijdt, wanneer er een gelijkstroom wordt toegepast door zo'n spoel, erin, in de interne holte, wordt een bijna uniform magnetisch veld gevormd.

Solenoïdes worden vaak verwezen naar sommige actuatoren op basis van een elektromechanisch werkingsprincipe, zoals een automatische transmissiemagneetklep in een auto of een startrelais.In de regel fungeert de ferromagnetische kern als een teruggetrokken onderdeel en de solenoïde zelf voorzien van een magnetische kern aan de buitenzijde, het zogenaamde ferromagnetische juk.

Als er geen magnetisch materiaal in het ontwerp van de solenoïde zit, wordt er, wanneer er een gelijkstroom door de draad stroomt, een magnetisch veld gevormd langs de as van de spoel, waarvan de inductie numeriek gelijk is aan:

Waar, N is het aantal windingen in de solenoïde, l is de lengte van de solenoïdespoel, ik is de stroom in de solenoïde, μ0 is de magnetische permeabiliteit van het vacuüm.

Aan de uiteinden van de solenoïde is de magnetische inductie de helft van die erin, omdat beide helften van de solenoïde bij hun verbinding een gelijke bijdrage leveren aan het magnetische veld dat wordt gecreëerd door de solenoïdestroom. Dit kan gezegd worden voor een semi-oneindige solenoïde of voor een spoel die lang genoeg is voor de diameter van het frame. De magnetische inductie aan de randen is gelijk aan:

Aangezien de solenoïde in de eerste plaats een inductieve spoel is, zoals elke spoel met een inductantie, kan de solenoïde energie opslaan in een magnetisch veld dat numeriek gelijk is aan het werk dat de bron doet om een ​​stroom in de spoel te creëren die het magnetische veld van de solenoïde genereert:

Een verandering in de stroom in de spoel zal leiden tot het verschijnen van een EMF van zelfinductie en de spanning aan de uiteinden van de draad van de solenoïdespoel zal gelijk zijn aan:

De inductantie van de solenoïde is gelijk aan:

Waar V het volume van de solenoïde is, z is de lengte van de draad in de solenoïdespoel, n is het aantal windingen per lengte-eenheid van de solenoïde, l is de lengte van de solenoïde, μ0 is de vacuüm magnetische permeabiliteit.

Wanneer er een wisselstroom door de draad van de solenoïde vloeit, zal het magnetische veld van de solenoïde ook wisselend zijn. De AC-weerstand van een solenoïde is complex van aard en omvat zowel actieve als reactieve componenten die worden bepaald door de inductantie en actieve weerstand van de spoel.

Praktisch gebruik van solenoïdes

Solenoïdes worden gebruikt in veel industriële en civiele toepassingen. Vaak zijn lineaire aandrijvingen slechts een voorbeeld van DC-solenoïdewerking. Controleer de schaar in de kassa's, motorkleppen, starttrekrelais, hydraulische kleppen, etc. Bij wisselstroom werken solenoïdes als inductoren smeltkroes ovens.

Magneetspoelen zijn in de regel gemaakt van koper, minder vaak van aluminiumdraad.In hightech industrieën worden supergeleidende spoelen gebruikt. De kernen kunnen van ijzer, gietijzer, ferriet of andere legeringen zijn, vaak in de vorm van een bundel platen, of ze kunnen helemaal niet aanwezig zijn.

Afhankelijk van het doel van de elektrische machine, is de kern gemaakt van een of ander materiaal. Apparaten zoals het optillen van elektromagneten, het sorteren van zaden, het schoonmaken van kolen, enz. Vervolgens zullen we enkele voorbeelden bekijken van het gebruik van solenoïdes.

Lijn magneetventiel

Door spanning op de magneetspoel te zetten, wordt de klepschijf door een veer stevig tegen de stuurpoort gedrukt en wordt de leiding gesloten. Wanneer stroom wordt toegepast op de klepspoel, stijgen het anker en de bijbehorende klepschijf, getrokken door de spoel, tegen de veer in en openend het geleidegat.

Het drukverschil aan verschillende zijden van de klep zorgt ervoor dat de vloeistof in de pijpleiding beweegt en zolang er spanning op de klepspoel staat, wordt de pijpleiding niet geblokkeerd.

Wanneer de solenoïde wordt uitgeschakeld, houdt de veer niets meer tegen en snelt de klep naar beneden, waardoor het geleidegat wordt geblokkeerd. De leiding is weer dicht.

Auto elektromagnetisch startrelais

Een startmotor is in wezen een krachtige gelijkstroommotor die wordt aangedreven door de accu van de auto. Op het moment dat de motor wordt gestart, moet het starttandwiel (bendix) een tijdje snel worden ingeschakeld met het krukasvliegwiel en tegelijkertijd wordt de startmotor ingeschakeld. De solenoïde hier is de spoel van de startsolenoïde.

Het oprolrelais is op de starterbehuizing gemonteerd en wanneer er stroom op de relaisspoel wordt gezet, wordt een ijzeren kern getrokken die is verbonden met een mechanisme dat het tandwiel naar voren beweegt. Nadat de motor is gestart, wordt de stroomtoevoer onderbroken door de relaisspoel en keert de versnelling terug dankzij de veer.

Solenoïde slot

Bij elektromagnetische sloten wordt de grendel aangedreven door de kracht van een elektromagneet. Dergelijke sloten worden gebruikt in toegangscontrolesystemen en sluisdeursystemen. Een deur die is voorzien van een dergelijk slot kan alleen worden geopend tijdens de geldigheidsduur van het stuursignaal. Na het verwijderen van dit signaal blijft de gesloten deur vergrendeld, ongeacht of deze geopend is.

De voordelen van solenoïde sloten zijn hun ontwerp - het is veel eenvoudiger dan dat van motorsloten, slijtvaster. Zoals u kunt zien, is hier de solenoïde weer gekoppeld aan een terugstelveer.

Inductor met solenoïde door verwarming

Solenoïde multiturn-inductoren worden meestal gebruikt voor verwarming. De inductorspoel is gemaakt van watergekoelde koperen buis of koperen rail.

In middenfrequente installaties worden enkellaagse wikkelingen gebruikt en in industriële frequentiewikkelingen kan de wikkeling enkellaags of meerlaags zijn. Dit komt door een mogelijke vermindering van elektrische verliezen in de inductor en met de nalevingsvoorwaarden van de belastingsparameters en met de spanningsparameters en de arbeidsfactor van de voeding. Om de stijfheid van de inductieve spoel te garanderen, wordt de stopverf meestal gebruikt tussen de uiteindelijke platen van asbestcement.

In moderne installaties inductieharden en verhitten Solenoïdes werken in hoogfrequente AC-modus, dus ze hebben meestal geen ferromagnetische kern nodig.

Solenoïde motor

Bij solenoïdemotoren met één spoel resulteert het in- en uitschakelen van de bedieningsspoel in een mechanische beweging van het krukmechanisme en de terugkeer gebeurt door een veer, vergelijkbaar met wat er gebeurt in een magneetventiel en een magneetslot.

In solenoïdemotoren met meerdere wikkelingen wordt de afwisselende activering van de spoelen uitgevoerd met behulp van kleppen.Aan elke spoel wordt de stroom van de stroombron geleverd in een van de halve cycli van de sinusvormige spanning. De kern wordt achtereenvolgens aangetrokken door de ene of de andere spoel, waardoor een heen en weer gaande beweging wordt gemaakt, waardoor de krukas of het wiel gaat draaien.

Solenoïdes in experimentele faciliteiten

Experimentele installaties zoals de ATLAS-detector in de Large Hadron Collider op CERN gebruiken krachtige elektromagneten die ook solenoïdes bevatten. Er worden deeltjesfysica-experimenten uitgevoerd om de bouwstenen van de materie te ontdekken en om de fundamentele krachten van de natuur te onderzoeken die ons universum in stand houden.

Tesla spoelen

Ten slotte gebruiken kenners van de erfenis van Nikola Tesla altijd solenoïdes om spoelen te bouwen. De secundaire wikkeling van een Tesla-transformator is niets meer dan een solenoïde. En de lengte van de draad in de spoel blijkt erg belangrijk, omdat de spoelbouwers hier solenoïdes niet als elektromagneten gebruiken, maar als golfgeleiders, als resonatoren, waarin, zoals in elk oscillerend circuit, niet alleen de inductiviteit van de draad, maar ook de capaciteit die in dit geval wordt gevormd van dicht bij elkaar geplaatst naar vriend op beurten. Trouwens, de ringkern aan de bovenkant van de secundaire wikkeling is ontworpen om deze verdeelde capaciteit te compenseren.

We hopen dat ons artikel nuttig voor u was en dat u nu weet wat een solenoïde is en hoeveel toepassingsgebieden er in de moderne wereld zijn, omdat we ze niet allemaal hebben opgesomd.