Главная » Разное » Соленоид что это такое

Соленоид что это такое


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. σολήνα (солина) — канал, труба и ειδός (эйдос) — подобный, похожий) — разновидность катушки индуктивности.

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).

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=μ0nI{\displaystyle B=\mu _{0}nI} (СИ) (1),{\displaystyle \qquad (1),}

B=4πcnI{\displaystyle B={\frac {4\pi }{c}}nI} (СГС) (2),{\displaystyle \qquad (2),}

где μ0{\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]:

BKP=12μ0nI{\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

Ecoxp=ΨI2=LI22(4),{\displaystyle E_{\mathrm {coxp} }={{\Psi I} \over 2}={{LI^{2}} \over 2}\qquad (4),}

где Ψ=NΦ{\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=−LdIdt(5){\displaystyle \varepsilon =-L{dI \over dt}\qquad (5)}.

Индуктивность соленоида выражается следующим образом:

L=μ0n2V=μ04πz2l{\displaystyle L=\mu _{0}n^{2}V\!={\frac {\mu _{0}}{4\pi }}{\frac {z^{2}}{l}}} (СИ) (6),{\displaystyle \qquad (6),}
L=4πn2V=z2l{\displaystyle L=4\pi n^{2}V\!={\frac {z^{2}}{l}}} (СГС) (7),{\displaystyle \qquad (7),}

где μ0{\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=Sl{\displaystyle V=Sl} — объём соленоида, z=πdN{\displaystyle z=\pi dN} — длина проводника, намотанного на соленоид, S=πd2/4{\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=μ0NlI=μ0nI(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=BSN=μ0N2IS/l=μ0n2VI=LI(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=μ0N2S/l=μ0n2V(10),{\displaystyle \displaystyle L=\mu _{0}N^{2}S/l=\mu _{0}n^{2}V\qquad (10),} эквивалентная предыдущим двум формулам.

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.

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.

  1. ↑ 1 2 Савельев И. В. (1982), с. 148–152.
  • Савельев И. В. Курс общей физики. — Т. 2. Электричество и магнетизм. Волны. Оптика.

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 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.

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

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

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).

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:

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:

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 - 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

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:

СОЛЕНОИД - это... Что такое СОЛЕНОИД?

(от греч. solen - трубка и eidos - вид) - проволочнаяспираль с током, характеризуемая числом витков на единицу длины п, длиной l, диаметром d; толщина провода и шаг спирали (винтовой линии)малы по сравнению с d и l. Термин «С.» применяют и в болеешироком значении - так называют катушки с произвольным сечением (квадратныйС., прямоуг. С.), и не обязательно цилиндрические (тороидальный С.). Различаютдлинный С. (ld )и короткий (ld). В тех случаях, когда соотношение между d и l специальноне оговаривается, подразумевается длинный С. В теоретич. физике модельюС. служит система поверхностных токов j П, текущих поцилиндрич. поверхности перпендикулярно к образующей (j П= nI, где I -ток моделируемого С.).

С. изобретён в 1820 А. Ампером (A. Ampere) для усиления открытого X.Эрстедом (Н. Oersted) магн. действия тока и был применён Д. Араго (D. Arago)в опытах по намагничиванию стальных стержней. Магн. свойства С. были экспериментальноизучены Ампером в 1822 (тогда же им был введён и термин «С.»), была установленаэквивалентность С. постоянным природным магнитам той же конфигурации, чтоявилось подтверждением электродинамич. теории Ампера, объяснявшей магнетизмвзаимодействием скрытых в телах кольцевых молекулярных токов.

Энергия магн. поля С. с точностью до величины порядка d/l сосредоточенавнутри С. Вдали от концов С. внутр. поле близко к однородному с напряжённостью Н= пI в СИ (в гауссовой системе единиц H = 4pnI/с).Внеш. поле С. близко к полю двух магн. зарядов ±qm, помещённыхна его концах [( - магн. постоянная)в СИ, вгауссовой системе единиц]. Силовые линии магн. поля С. приведены на рис.

С. используются в физике и технике для создания квазподнородных магн. Лит.: Калантаров П. Л., Цейтлин Л. А., Расчет индуктивностей,3 изд., Л., 1986; Фейнман Р., Лейтон Р., С э н д с М., Фейнмановские лекциипо физике, пер. с англ., [в.] 5, 2 изд., М., 1977. Г. В. Пермитин.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1988.

СОЛЕНОИД — Физический энциклопедический словарь

(от греч. solen — трубка и eidos — вид), свёрнутый в спираль изолированный проводник, по к-рому течёт электрич. ток. Обладает значит. индуктивностью и малым активным сопротивлением и ёмкостью. В ср. части внутр. полости С., длина к-рого значительно больше диаметра, магн. поле С. направлено параллельно его оси и однородно (рис.), причём его напряжённость пропорц. силе тока и (приближённо) числу витков.

Внеш. магн. поле С. подобно полю стержневого магнита. С. с железным сердечником во внутр. полости представляет собой электромагнит.

Источник: Физический энциклопедический словарь на Gufo.me

Значения в других словарях

  1. соленоид — СОЛЕН’ОИД, соленоида, ·муж. (от ·греч. solen — трубка и eidos — вид) (тех., физ.). Проволочная спираль, вокруг которой, при пропускании электрического тока, создается магнитное поле. Толковый словарь Ушакова
  2. соленоид — -а, м. физ., тех. Намотанный на цилиндрическую поверхность проводник, по которому течет электрический ток. [От греч. σωλήν — трубка и ε’ι̃δου — вид] Малый академический словарь
  3. соленоид — орф. соленоид, -а Орфографический словарь Лопатина
  4. соленоид — соленоид м. Проволочная спираль, намотанная на сердечник, вокруг которой при пропускании электрического тока создается магнитное поле. Толковый словарь Ефремовой
  5. соленоид — Соленоид, соленоиды, соленоида, соленоидов, соленоиду, соленоидам, соленоид, соленоиды, соленоидом, соленоидами, соленоиде, соленоидах Грамматический словарь Зализняка
  6. Соленоид — См. Гальванизм и Электродинамика. Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона
  7. соленоид — Солен/о́ид/. Морфемно-орфографический словарь
  8. соленоид — Соленоида, м. [от греч. solen – трубка и eidos – вид] (тех., физ.). Проволочная спираль, вокруг к-рой, при пропускании электрического тока, создается магнитное поле. Большой словарь иностранных слов
  9. соленоид — сущ., кол-во синонимов: 1 катушка 19 Словарь синонимов русского языка
  10. Соленоид — (от греч. solen — трубка и eidos — вид) катушка индуктивности обычно в виде намотанного на цилиндрическую поверхность изолированного проводника, по которому течёт электрический ток. В средней части внутренней полости... Большая советская энциклопедия
  11. СОЛЕНОИД — СОЛЕНОИД, ЭЛЕКТРОМАГНИТ, в котором мягкий железный сердечник двигается, открывая или закрывая электрическую цепь, таким образом работая как переключатель, или РЕЛЕ. Научно-технический словарь
  12. соленоид — СОЛЕНОИД -а; м. [от греч. sōlēn — трубка и eidos — вид] Физ., техн. Проволочная спираль, намотанная на сердечник, вокруг которой при пропускании электрического тока создаётся магнитное поле. ◁ Соленоидный, -ая, -ое. С. клапан. С-ые двигатели. Толковый словарь Кузнецова
  13. СОЛЕНОИД — СОЛЕНОИД (от греч. solen — трубка и eidos — вид) — цилиндрическая катушка, состоящая из большого числа намотанных вплотную друг к другу витков проводника. Большой энциклопедический словарь
  14. соленоид — СОЛЕНОИД а, ж. solénoide m., нем. Solenoid <�гр. solen трубка + eidos вид. электр. Проволочная спираль, по которой пропускают электрический ток для создания магнитного поля. Соленоидный ая, ое. Крысин 1998. — Лекс. Толль 1864: соленоид; СИС 1937: соленоид; БАС-1: соленоидный. Словарь галлицизмов русского языка

Toyota Land Cruiser "ТАНК" › Бортжурнал › Электропрактология. Изучаем устройство 2-х контактного соленоида лебёдки "Бочёнок"

В продолжении темы про соленоиды

2-х позиционный соленоид. В простонародье — "Бочёнок".
Нового под рукой не оказалось, пришлось раскурочить старый.

Лицевая сторона

В его коммутации сложностей нет вообще никаких. В контактной группе соленоида всего два положения:
— сомкнуты два верхних контакта / разомкнуты два боковых контакта
— сомкнуты два боковых контакта / разомкнуты два верхних контакта

Маленькие контакты на лицевой стороне — управляющие. Полярность — без разницы.

Итак, начнём препарирование!
Можно конечно было и повыпендриваться с развальцовкой соленоида, но имея хороший полуавтомат под рукой и болгарку — развальцовывать не солидно ;)

Делаем болгаркой с тонким кругом аккуратненький надрез вдоль развальцовки.

Трепанация соленоида :)

После чего он спокойно раскрывается.

Внутри:

— стальной сердечник на пружине с контактной площадкой

— в нижней части электромагнит, контакты управления и боковая контактная группа

— в верхней части, верхняя контактная группа

Принцип работы

В состоянии покоя, сердечник, под воздействием пружины прижат к верхним контактам. Боковые соответственно раскомутированы. При подаче сигнала 12V на управляющие маленькие клеммы, электромагнит втягивает сердечник в себя. Тем самым размыкая верхние контакты и замыкая боковую контактную группу. Она скомутирована до тех пор, пока на управляющих клеммах есть сигнал 12V. Как только сигнал пропадает, электромагнит перестаёт генерировать магнитное поле и сердечник под действием пружины возвращается в свой первоначальное положение.

Причины выхода из строя

Их три:
— повреждение управляющего проводка внутри соленоида
— окисление/выгорание медных силовых контакторов
— выход из строя катушки электромагнита

Ремонт соленоида

Если оторвался управляющий проводок или сильно окислился — перепаять.

Если сгорела катушка, то элементарно перематывается медным проводом нужного сечения в домашних условиях. Медный провод можно купить в любом магазине радиотоваров.

Если подгорели/окислились контакторы — почистить сначала крупной шкуркой без нажима, затем мелкой дошлифовать.

Доработка соленоида
Обработать внутренности спреем "WD".

Облудить припоем с высокой температурой плавления поверхности медных контакторов. Тем самым значительно защищаем от коррозии и выгорания контактируемые поверхности. В итоге, соленоид если даже разгерметизировался и во внутрь попала вода — после просушки будет работать стабильно!

Корпус с наружной стороны, обработать защитным ЛКП. Естественно предварительно заизолировав контакты ;) Если не обработать, то соленоид со временем ржавеет как у меня на фото. Помимо всего прочего, ЛКП создаёт дополнительную преграду для попадания влаги во внутрь соленоида.

Если вы маньяк оффроуда и машина оборудована пневмосистемой, то можно вварить в корпус соленоидов два сапуна и подключить на вентилирование. Таким хитрым способом, соленоиды гарантированно защищены от проникновения влаги во внутрь и от образования конденсата из-за "точки росы".

Так же, можно сделать "бочёнок" разборным и ремонтопригодным. Достаточно выточить на токарном станке два кольца с резьбами и вварить их на нижнюю и верхнюю часть соленоида. Таким образом, для его разбора будет достаточно просто открутить верхнюю часть как обычную крышку. Естественно, для герметизации резьбы использовать герметики ;)

Сборка соленоида
В моём случае, с помощью сварочного полуавтомата, по канавке разреза. всё спокойненько заваривается.

Итог
Как видите, никаких загадок и супер секретов в потрохах этого соленоида нет!
Из побочных применений, его можно очень удачно использовать как дистанционный размыкатель "плюса" на лебёдке. Крайне нужная вещь ;)

СОЛЕНОИД - это... Что такое СОЛЕНОИД?

  • СОЛЕНОИД — (от греч. solen трубка и eidos вид) цилиндрическая катушка, состоящая из большого числа намотанных вплотную друг к другу витков проводника. При пропускании через соленоид электрического тока внутри и вне соленоида возникает магнитное поле,… …   Большой Энциклопедический словарь

  • СОЛЕНОИД — (от греч. solen трубка и eidos вид), свёрнутый в спираль изолированный проводник, по к рому течёт электрич. ток. Обладает значит. индуктивностью и малым активным сопротивлением и ёмкостью. В ср. части внутр. полости С., длина к рого значительно… …   Физическая энциклопедия

  • соленоид — а, ж. solénoide m., нем. Solenoid &LT;гр. solen трубка + eidos вид. электр. Проволочная спираль, по которой пропускают электрический ток для создания магнитного поля. Соленоидный ая, ое. Крысин 1998. Лекс. Толль 1864: соленоид; СИС 1937:… …   Исторический словарь галлицизмов русского языка

  • СОЛЕНОИД — СОЛЕНОИД, ЭЛЕКТРОМАГНИТ, в котором мягкий железный сердечник двигается, открывая или закрывая электрическую цепь, таким образом работая как переключатель, или РЕЛЕ …   Научно-технический энциклопедический словарь

  • СОЛЕНОИД — СОЛЕНОИД, соленоида, муж. (от греч. solen трубка и eidos вид) (тех., физ.). Проволочная спираль, вокруг которой, при пропускании электрического тока, создается магнитное поле. Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков. 1935 1940 …   Толковый словарь Ушакова

  • СОЛЕНОИД — согнутая спиралью проволока (катушка), по которой пропущен ток и вокруг которой создается магнитное поле. Последнее будет тем сильнее, чем больше ток в соленоиде и чем больше число витков в нем. С. ведет себя аналогично магниту. Самойлов К. И.… …   Морской словарь

  • СОЛЕНОИД — спираль из проволоки, по к рой пропускают электр. ток и к рая может заменить собой электромагнит. Вокруг витков С. образуется магнитное поле, магнитные силовые линии к рого выходят из одного конца С. и входят в другой. С. обладает свойством… …   Технический железнодорожный словарь

  • соленоид — сущ., кол во синонимов: 1 • катушка (19) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 …   Словарь синонимов

  • Соленоид — Образование магнитного потока в соленоиде …   Википедия

  • соленоид — а; м. [от греч. sōlēn трубка и eidos вид] Физ., техн. Проволочная спираль, намотанная на сердечник, вокруг которой при пропускании электрического тока создаётся магнитное поле. ◁ Соленоидный, ая, ое. С. клапан. С ые двигатели. * * * соленоид (от… …   Энциклопедический словарь

    • соленоид - Solenoid - qwe.wiki

    Иллюстрация соленоида

    Соленоида ( oʊ л ə п ɔɪ д / , от французского solénoïde , современной чеканки на основе грека σωληνοειδής sōlēnoeidḗs , «трубчатый») представляет собой тип электромагнита , целью которого является создание контролируемой магнитной поле через катушки , намотанной в плотно упакованном спирали . Катушка может быть выполнена с возможностью получения однородного магнитного поля в объеме пространства , когда электрический ток проходит через него. Термин электромагнитный был придуман в 1823 годуАндре-Мари Ампер назначить спиральную катушку.

    При изучении электромагнетизма , соленоид представляет собой катушку, длина которого значительно больше , чем его диаметр. Спиральная катушка соленоида не обязательно должна вращаться вокруг оси прямой линии; например, Стёрджен электромагнит «s 1824 состоял из соленоида согнутой в форме подковы.

    В технике , термин может также относиться к различным преобразовательных устройств , которые преобразуют энергию в линейное движение. Термин также часто используется для обозначения электромагнитного клапана , интегрированного устройства , содержащего электромеханический соленоид , который приводит в действие либо с пневматическим или гидравлическим клапаном, или электромагнитный переключатель, который является типом специфика реле , что внутренне использует электромеханический соленоид для управления электрический выключатель; например, автомобильный стартер соленоид или линейный соленоид. Электромагнитные болты также существует, тип электромеханического блокирующего механизма,. В электромагнитной технологии, соленоид представляет собой исполнительный механизм в сборе с выдвижным ферромагнитным плунжером внутри катушки. Без силы, поршень проходит по части ее длины наружной катушки; подачи питания тянет поршень в катушку. Электромагниты с фиксированными ядрами не считаются соленоидов.

    Бесконечные непрерывный электромагнитный

    Бесконечная соленоидный имеет бесконечную длину, но конечный диаметр. «Непрерывный» означает, что соленоид не образуется дискретной конечная шириной катушка, но бесконечное число бесконечно тонкими катушками с без зазора между ними; в этой абстракции, соленоид часто рассматриваются в виде цилиндрического листа проводящего материала.

    внутри

    Рисунок 1: бесконечный соленоид с тремя произвольными Ampèrian петель , меченных а , б , и гр . Интегрирование по пути с показывает , что магнитное поле внутри соленоида должно быть радиально однородным.

    Магнитное поле внутри бесконечно длинного соленоида однородно и его сила ни зависит от расстояния от оси , ни на площадь поперечного сечения соленоида.

    Это вывод плотности магнитного потока вокруг соленоида , который достаточно долго , так что эффекты бахромы можно пренебречь. На рисунке 1, мы сразу знаем , что поток вектора плотности точек в положительном г направлении внутри соленоида, так и в отрицательном г направлении вне соленоида. Мы подтверждаем это, применяя правую руку правила захвата для поля вокруг провода. Если мы обернуть правую руку вокруг проволоки с большим пальцем , указывающим в направлении тока, ротор показывают пальцы, что поле ведет себя. Поскольку мы имеем дело с длинным соленоидом, все компоненты магнитного поля не направлен вверх компенсируют симметрией. Снаружи, подобная отмена происходит, а поле только вниз.

    Рассмотрим теперь воображаемую петлю С , которая находится внутри соленоида. По закону Ампера , мы знаем , что линейный интеграл от B (магнитный вектор плотности потока) вокруг этого цикла равно нуль, так как он не охватывает никаких электрических токов (можно также предположить , что циркуляционное электрическое поле , проходя через петлю постоянно при таком условия: постоянная или постоянно меняется ток через соленоид). Выше было показано , что поле указывает вверх внутри соленоида, так что горизонтальные части петли Ĉ сделать что - нибудь в интеграл не способствуют. Таким образом, интеграл от стороны до 1 равен интегралу стороной вниз 2. Так как мы можем произвольно изменять размеры петли и получить тот же результат, единственное физическое объяснение состоит в том, что подынтегральное фактически равны, то есть, магнитное поле внутри соленоида радиально однородное. Заметим, однако, что ничто не мешает его с той или иной продольно, что на самом деле это делает.

    за пределами

    Аналогичный аргумент может быть применен к петле а сделать вывод , что поле вне соленоида радиально однородное или постоянный. Этот последний результат, который держит строго справедливо только вблизи центра соленоида , где силовые линии параллельны ее длине, очень важно , поскольку оно показывает , что внешний плотность потока практически равна нулю , так как радиусы поля вне соленоида будет стремиться бесконечность.

    Интуитивный аргумент также может быть использован , чтобы показать , что плотность потока вне соленоида фактически нуля. Магнитные силовые линии существуют только в виде петель, они не могут отклоняться от или сходятся к точке , как линии электрического поля может (см закона Гаусса для магнетизма ). Силовые линии магнитного поля следуют продольный путь соленоида внутри, так что они должны идти в направлении , противоположном снаружи соленоида , так что линии могут образовывать петлю. Тем не менее, объем вне соленоида намного больше , чем объем внутри, так что плотность силовых линий магнитного поля снаружи значительно снижается. Теперь вспомним , что поле вне постоянен. Для того , чтобы общее число силовых линий , которые будут сохранены, поле вне должна стремиться к нулю , как соленоид становится больше.

    Конечно, если соленоид выполнен в виде проволочной спирали (как это часто делается на практике), то она исходит внешнее поле так же, как один провод, из-за тока, протекающей в целом вниз по длине соленоида.

    Количественное описание

    На рисунке показано , как закон Ампера может быть применен к соленоиду

    Применение циркуляционного закона Ампера к соленоиду (смотри рисунок справа) дает нам

    ВLзнак равноμ0Nя,{\ Displaystyle Бл = \ му _ {0} Н.И.,}

    где это плотность магнитного потока , длина соленоида, является магнитным постоянным , числом витков и ток. Отсюда получаем В{\ Displaystyle B}L{\ Displaystyle л}μ0{\ Displaystyle \ мю _ {0}}N{\ Displaystyle N}я{\ Displaystyle I}

    Взнак равноμ0NяL,{\ displaystyle B = \ му _ {0} {\ гидроразрыва {Н.И.} {л}}.}

    Это уравнение справедливо для соленоида в свободном пространстве, что означает , что проницаемость магнитного пути является таким же , как проницаемость свободного пространства, μ 0 .

    Если электромагнит погружают в материал с относительной проницаемостью ц г , то поле увеличивается на эту величину:

    Взнак равноμ0μрNяL,{\ displaystyle B = \ мю _ {0} \ му _ {\ mathrm {г}} {\ гидроразрыва {Н.И.} {л}}.}

    В большинстве соленоиды, соленоид не погружен в более высокой проницаемости материала, а некоторая часть пространства вокруг соленоида имеет более высокую проницаемость материала , а некоторые просто воздух (который ведет себя так же, как свободное пространство). При таком сценарии, полный эффект высокой проницаемости материала не виден, но будет эффективным (или очевидной) проницаемость ц эфф таким образом, что 1 & le  ; ц эфф &  le  ; ц г .

    Включение ферромагнитного сердечника, такие как железо , увеличивает величину плотности магнитного потока в соленоиде и повышает эффективную проницаемость магнитного пути. Это выражается формулой

    Взнак равноμ0μеееNяLзнак равноμNяL,{\ displaystyle B = \ мю _ {0} \ му _ {\ mathrm {эфф}} {\ гидроразрыва {Н.И.} {л}} = \ му {\ гидроразрыва {Н.И.} {л}}}

    где μ эфф является эффективной или очевидной проницаемостью сердечника. Эффективная проницаемость является функцией геометрических свойств сердечника и его относительной проницаемости. Относительная проницаемость терминов (свойство всего материала) и эффективная проницаемость (свойство всей структуры) часто путают; они могут отличаться на много порядков.

    Для открытой магнитной структуры, соотношение между эффективной проницаемостью и относительной проницаемостью задаются следующим образом:

    μееезнак равноμр1+К(μр-1),{\ Displaystyle \ му _ {\ mathrm {эфф}} = {\ гидроразрыва {\ мю _ {г}} {1 + K (\ му _ {г} -1)}}}

    где K является фактором размагничивания сердечника.

    Конечные непрерывный электромагнитный

    Конечное соленоид соленоид с конечной длиной. Непрерывные означает , что соленоид не сформированные дискретными катушки , но лист проводящего материала. Мы предполагаем , что ток равномерно распределен на поверхности соленоида, с поверхностной плотностью тока K ; в цилиндрических координатах :

    К→знак равнояLφ^,{\ Displaystyle {\ VEC {К}} = {\ гидроразрыва {Я} {л}} {\ {шлем \ Phi}}.}

    Магнитное поле может быть найдено с использованием векторного потенциала , который для конечного соленоида с радиусом R и длиной L в цилиндрических координатах является(ρ,φ,Z){\ Displaystyle (\ Rho, \ фи, г)}

    Aφзнак равноμ0я4π1Lрρ[ζК(К2+час2-час2К2час2К2К(К2)-1К2Е(К2)+час2-1час2Π(час2,К2))]ζ-ζ+,{\ Displaystyle A _ {\ Phi} = {\ гидроразрыва {\ му _ {0} I} {4 \ пи}} {\ гидроразрыва {1} {л}} {\ SQRT {\ гидроразрыва {R}, {\ Rho} }} \ влево [\ дзета к \ влево ({\ гидроразрыва {к ^ {2} + H ^ {2} -h ^ {2} к ^ {2}} {ч ^ {2} к ^ {2}} } К (к ^ {2}) - {\ гидроразрыва {1} {к ^ {2}}} Е (к ^ {2}) + {\ гидроразрыва {ч ^ {2} -1} {ч ^ {2 }}} \ Pi (ч ^ {2}, к ^ {2}) \ справа) \ справа] _ {\ дзета _ {-}} ^ {\ дзета _ {+}}}

    где

    ζ±знак равноZ±L2,{\ Displaystyle \ дзета _ {\ рт} = г \ ч {\ гидроразрыва {л} {2}}}
    час2знак равно4рρ(р+ρ)2,{\ Displaystyle ч ^ {2} = {\ гидроразрыва {4R \ Rho} {(R + \ Rho) ^ {2}}}}
    К2знак равно4рρ(р+ρ)2+ζ2,{\ Displaystyle к ^ {2} = {\ гидроразрыва {4R \ Rho} {(R + \ Rho) ^ {2} + \ дзета ^ {2}}}}
    К(м)знак равно∫0π/211-мгрех2⁡θdθ,{\ Displaystyle К (т) = \ Int _ {0} ^ {\ пи / 2} {\ гидроразрыва {1} {\ SQRT {1-т \ грех ^ {2} \ тета}}} d \ тета,}
    Е(м)знак равно∫0π/21-мгрех2⁡θdθ,{\ Displaystyle Е (т) = \ Int _ {0} ^ {\ пи / 2} {\ SQRT {1-т \ грех ^ {2} \ тета}} d \ тета,}
    Π(N,м)знак равно∫0π/21(1-Nгрех2⁡θ)1-мгрех2⁡θdθ,{\ Displaystyle \ Pi (п, т) = \ Int _ {0} ^ {\ пи / 2} {\ гидроразрыва {1} {(1-п \ грех ^ {2} \ тета) {\ SQRT {1- т \ грех ^ {2} \ тета}}}} d \ тета.}

    Здесь , и полные эллиптические интегралы первого, второго и третьего рода. К(м){\ Displaystyle К (т)}Е(м){\ Displaystyle Е (м)}Π(N,м){\ Displaystyle \ Pi (п, т)}

    С помощью

    В→знак равно∇×A→,{\ Displaystyle {\ VEC {B}} = \ \ Nabla раз {\ VEC {А}}}

    плотность магнитного потока получается

    Вρзнак равноμ0я4π2Lрρ[К2-2КК(К2)+2КЕ(К2)]ζ-ζ+,{\ Displaystyle B _ {\ Rho} = {\ гидроразрыва {\ му _ {0} I} {4 \ пи}} {\ гидроразрыва {2} {л}} {\ SQRT {\ гидроразрыва {R}, {\ Rho} }} \ влево [{\ гидроразрыва {к ^ {2} -2} {к}} К (к ^ {2}) + {\ гидроразрыва {2} {к}} Е (к ^ {2}) \ вправо ] _ {\ дзета _ {-}} ^ {\ дзета _ {+}}}
    ВZзнак равноμ0я4π1L1рρ[ζК(К(К2)+р-ρр+ρΠ(час2,К2))]ζ-ζ+,{\ Displaystyle B_ {г} = {\ гидроразрыва {\ му _ {0} I} {4 \ пи}} {\ гидроразрыва {1} {л}} {\ гидроразрыва {1} {\ SQRT {Р \ Rho} }} \ влево [\ дзета к \ влево (К (к ^ {2}) + {\ гидроразрыва {R- \ Rho} {R + \ Rho}} \ Pi (ч ^ {2}, к ^ {2}) \ справа) \ справа] _ {\ дзета _ {-}}. ^ {\ дзета _ {+}}}

    На оси симметрии, радиальная составляющая исчезает и компонент осевого поля

    ВZзнак равноμ0Nя2(L/2-ZLр2+(L/2-Z)2+L/2+ZLр2+(L/2+Z)2){\ Displaystyle B_ {г} = {\ гидроразрыва {\ му _ {0} Н.И.} {2}} {\ Biggl (} {\ гидроразрыва {л / 2-г} {л {\ SQRT {R ^ {2} + (л / 2-г) ^ {2}}}}} + {\ гидроразрыва {л / 2 + Z} {л {\ SQRT {R ^ {2} + (л / 2 + Z) ^ {2} }}}} {\ Biggr)}},

    Внутри соленоида, далеко от концов ( ), это приводит к значению константы . |Z|«L/2-р{\ Displaystyle | г | \ LL л / 2-R}Взнак равноμ0Nя/L{\ Displaystyle B = \ му _ {0} Н.И. / л}

    Конечная не непрерывная электромагнитная оценка

    Для случая , в котором радиус много больше длины соленоида, плотность магнитного потока через центр соленоида (в г направлении, параллельном длине соленоида, где катушка с центром в точке г = 0) может можно оценить как плотности потока одного кругового контура проводника:

    ВZзнак равноμ0яNр22(р2+Z2)32{\ Displaystyle B_ {г} = {\ гидроразрыва {\ му _ {0} ИЯИ ^ {2}} {2 (R ^ {2} + Z ^ {2}) ^ {\ гидроразрыва {3} {2}} }}}

    Для случаев , в которых радиус не велик по сравнению с длиной, эта оценка может быть дополнительно усовершенствована Суммирование его над N число проволочных стружек / катушек в разных положениях вдоль г .

    самоиндукция

    Как было показано выше, плотность магнитного потока внутри катушки практически постоянна и задается В{\ Displaystyle B}

    Взнак равноμ0NяL,{\ displaystyle B = \ му _ {0} {\ гидроразрыва {Н.И.} {л}}}

    где μ 0 является магнитными постоянным , числом витков, ток и длиной катушки. Игнорирование концевых эффектов, суммарный магнитный поток через катушку получается умножением плотности потока на площадь поперечного сечения : N{\ Displaystyle N}я{\ Displaystyle I}L{\ Displaystyle л}В{\ Displaystyle B}A{\ Displaystyle A}

    Φзнак равноμ0NяAL,{\ displaystyle \ Phi = \ му _ {0} {\ гидроразрыва {НРУ} {л}}.}

    В сочетании с определением индуктивности

    Lзнак равноNΦя,{\ Displaystyle L = {\ гидроразрыва {N \ Phi} {Я}}}

    индуктивность соленоида, как следует

    Lзнак равноμ0N2AL,{\ displaystyle L = \ му _ {0} {\ гидроразрыва {N ^ {2} {А} л}}.}

    Таблица индуктивности для коротких соленоидов различного диаметра к длине коэффициентов была рассчитана путем Dellinger, Whittmore и ульд.

    Это и индуктивность более сложных форм, может быть получена из уравнений Максвелла . Для жестких катушек с воздушным сердечником, индуктивностью является функцией геометрии катушки и числа витков, и не зависит от тока.

    Аналогичный анализ применит к соленоиду с магнитным сердечником, но только в случае , если длина катушки намного больше , чем произведение относительной проницаемости магнитного сердечника и диаметра. Это ограничивает простой анализ с низкой проницаемостью ядер, или очень длинные тонкие соленоидов. Наличие ядра может быть принято во внимание в приведенных выше уравнениях путем замены магнитной проницаемости μ 0 с ц или μ 0 мкм г , где μ представляет проницаемость и μ г относительной проницаемости . Следует отметить , что , так как проницаемость ферромагнитных материалов изменяется с приложенным магнитным потоком, индуктивность катушки с ферромагнитным сердечником, как правило , меняется в зависимости от тока.

    Приложения

    Электромеханический электромагнитный

    1920 Объяснение коммерческого соленоид используется в качестве электромеханического привода

    Электромеханические соленоиды состоят из электромагнитно индуктивной катушки, намотанной вокруг подвижной стальной или железной пробки (называется арматура ). Катушки имеют такую форму, что якорь может быть перемещены в и из пространства в центре катушки, изменяя индуктивность катушки и , таким образом , становится электромагнитом . Движение якоря используется для обеспечения механической силы в какой - то механизм, например, управления пневматическим клапаном . Несмотря на то, как правило , слабом над чем , но очень короткими расстояниями, соленоиды могут управляться непосредственно с помощью схемы контроллера, и , таким образом , имеет очень быстрое время реакции.

    Сила , приложенная к якорю пропорционален изменению индуктивности катушки по отношению к изменению положения якоря и тока , протекающего через катушку (см закон Фарадея индукции ). Сила , приложенная к якорю всегда будет двигать арматуру в направлении , которое увеличивает индуктивность катушки.

    Электромеханические соленоиды обычно видели в электронных пейнтбольные маркеры , игровые автоматы , матричных принтеров и топливных форсунок . Некоторые жилые дверные звонки использовать электромеханические соленоиды, в результате чего электрификация катушки вызывает арматуру для удара металлического колокольчика бруски.

    Пропорциональный электромагнит

    В этой категории соленоидов являются уникальным дизайном магнитных цепей, что эффект аналогового позиционирования электромагнитного плунжера или арматур в зависимости от катушки тока. Эти соленоиды, будь то осевой или роторный, используют поток несущей геометрии, что и обеспечивает высокую начальную силу (крутящий момент), и имеет секцию, которая быстро начинает насыщают с помощью магнита. Результирующая сила (крутящий момент), как профиль соленоида проходит через его оперативный ход почти плоский или спускается с высоким до более низкого значения. Соленоида может быть полезным для позиционирования, остановки в середине хода, или для приведения в действие низкой скорости; особенно в замкнутой системе управления с обратной связью. Однонаправленный соленоид будет приводить в действие против противостоящей силы или двойной соленоид система будет самостоятельно езда на велосипеде. Пропорциональная концепция более подробно описана в публикации SAE 860759 (1986).

    Фокусировка магнитного поля и его сопутствующего измерения потока, как показано в документе SAE, требуется для получения высокой начиная силу в начале соленоида хода и поддерживать уровень или снижение силы в качестве соленоида перемещается через свой диапазон перемещения. Это совершенно противоположно тому, что опыт работы с обычными типами уменьшения воздушного зазора соленоидов. Фокусировки магнитного поля в зазоре рабочего воздуха, первоначально производит высокий MMF (ампер-витков) и относительно низкий уровень потока через воздушный зазор. Это высокое произведение MMF х потока (чтение энергии) производит начальное усилие высокой. Когда плунжер увеличивается (DS) энергию движения, F ∙ DS, извлекается из энергии воздушного зазора. Неотъемлемой с плунжерным приращения движения, воздушный зазор проницаемость несколько увеличивается, увеличивается магнитный поток, ММФ через воздушный зазор немного уменьшается; все из которых приводит к поддержанию высокого продукта ММФ х потока. Из-за повышенного уровня потока рост в ампер-витков падает в другом месте в черной цепи (преимущественно в полюсном геометрии) приводит к уменьшению воздушного зазора ампер-витков, и, следовательно, уменьшенную потенциальную энергию поля в воздушном зазоре. Далее инкрементацию плунжера вызывает продолжающееся уменьшение силы соленоида таким образом, создавая идеальные условия для управления движением, как контролируется ток в катушке соленоида. Выше полюс геометрия, имеющая линейно изменяющаяся область пути, производит почти линейное изменение силы. Против силы пружины или двойной состав соленоид (две катушки) позволяет снова и снова управления движением. Управление в замкнутом контуре улучшает линейность и жесткость системы.

    Роторный соленоид

    Роторный соленоид электромеханическое устройство , которое используется для вращения храпового механизма при подаче питания. Они были использованы в 1950 - е годы для роторного автоматизации оснастки переключателей в электромеханических элементов управления. Повторное нажатие поворотного соленоида продвигает оснастку переключатель на одну позицию вперед. Два поворотные приводы на противоположных концах поворотного переключателя оснастки вала, может вперед или назад положение переключателя.

    Роторный соленоид имеет подобный внешний вид линейного соленоида, за исключением того, что сердечник якоря установлен в центре большого плоского диска, с тремя наклоненными дорожками качения чеканки в нижней части диска. Эти канавки совмещены с дорожкой качения на корпус соленоида, разделенных шарикоподшипников в гонках.

    Когда соленоид активирован, сердечник якоря с магнитным притягиваться к полюсу статора, а диск вращается на шарикоподшипниках в гонках, как она двигается по направлению к телу катушки. При отключении питания, пружину на диск вращается его обратно в его исходное положение и вращательно, и в осевом направлении.

    Роторный соленоид был изобретен в 1944 годом Джорджа Х. Леланд, Дейтон, Огайо, чтобы обеспечить более надежный и удар / вибрацией толерантного механизма высвобождения для авиационных бомб. Ранее используемые линейные (осевые) электромагниты были склонны к непреднамеренным выпускам. В патенте США номер 2496880 описывает электромагнит и наклонные дорожки качения , которые служат основой настоящего изобретения. Инженер Лиланд, граф В. Керман, сыграл важную роль в разработке совместимого выпуска бомбы дужки , которая включала поворотный соленоид. Bomb оковы этого типа находятся в B-29 фюзеляж самолета на выставке в Национальном музее ВВС США в Дейтоне, штат Огайо. Соленоиды этого сорта продолжают использоваться в многочисленных современных приложениях, и до сих пор выпускаются под оригинальной маркой Лиланд «Ledex», в настоящее время принадлежит Johnson Electric .

    Появление на рынке в 1980-х годах, исключительно роторный соленоид с сбалансированным 3-лопастной железой лопастью ротором предложил улучшенную изоляцию вибрации, устраняя осевое перемещение ротора. Это устройство разрешено пропорциональное, спокойное позиционирование, а также быстрое вращение для применений, таких как сортировщики почты и конвейер стробирование. Затем последовал постоянный магнит ротор версии (патент США 5337030; 1994), что при условии, быстрое, электрическое, двунаправленное вращения.

    Роторная звуковая катушка

    Роторная звуковая катушка представляет собой вращательный вариант соленоида. Как правило, фиксированный магнит на внешней стороне, и катушка части двигается по дуге под контролем тока через катушку. Вращающиеся звуковые катушки широко используются в таких устройствах, как дисковые накопители . Рабочая часть из движущейся катушки метр также тип роторного звуковой катушки , которая поворачивается вокруг оси указателя, волоска, как правило , используется для обеспечения слабой почти линейной восстанавливающей силы.

    Пневматический электромагнитный клапан

    Электромагнитный пневматического клапана

    Пневматический электромагнитный клапан представляет собой переключатель для маршрутизации воздуха для любого пневматического устройства, обычно привода , что позволяет относительно небольшого сигнала для управления большого устройства. Кроме того , интерфейс между электронными контроллерами и пневматическими системами.

    Гидравлический электромагнитный клапан

    Гидравлические электромагнитные клапаны в общем похожи на пневматических электромагнитных клапанов , за исключением , что они контролируют поток гидравлической жидкости (масла), часто на уровне около 3000 фунтов на квадратный дюйм (210 бар, 21 МПа, 21 МН / м). Гидравлическое оборудование использует соленоиды , чтобы контролировать поток масла к баранам или исполнительным механизмам. Электромагнитные клапаны контролируемой часто используются в ирригационных системах, где относительно слабый электромагнитный открывает и закрывает небольшой пилотный клапан, который в свою очередь активирует главный клапан, применяя давление жидкости на поршень или диафрагму , который механически соединен с главным клапаном. Соленоиды также в повседневных предметах домашнего обихода , такие как стиральные машины , чтобы контролировать поток и количество воды в барабан.

    Соленоиды передачи управление потоком текучей среды через автоматическую коробку передач и , как правило , установлены в корпусе клапана трансмиссии.

    Автомобильный стартер соленоид

    В автомобиле или грузовике, стартер соленоид является частью автомобильной системы зажигания двигателя. Электромагнитный стартер получает большой электрический ток от батареи автомобиля и небольшого электрического тока от замка зажигания . Когда выключатель зажигания включен (то есть , когда ключ повернут завести машину), малая электрический ток силы стартера соленоида закрыть пару тяжелых контактов, таким образом передавая большой электрический ток к стартеру . Это тип реле .

    Стартовые соленоидов также могут быть встроены в сам стартер, часто видимый на внешней стороне стартера. Если стартер соленоид получает недостаточное питание от батареи, он не сможет запустить двигатель и может производить быстрый, характерный «щелчок» или «стук» звук. Это может быть вызвано низким или севший аккумулятор, с помощью ржавых или ослабленных соединений с батареей, или разбитое или поврежденное плюсовой (красный) провод от аккумуляторной батареи. Любой из них может привести к некоторой степени на соленоид, но не достаточно , чтобы держать закрытыми тяжелые контакты, так что сам стартер никогда не вращается, а двигатель не запускается.

    Смотрите также

    Ссылки

    Внешние ссылки

    Соленоид - это... Что такое Соленоид?

  • СОЛЕНОИД — Прибор, состоящий из тонкой спирали, опущенной в чашечку со ртутью при развитии магнетизма. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. СОЛЕНОИД завитая спиралью проволока, которая обладает свойствами магнита,… …   Словарь иностранных слов русского языка

  • СОЛЕНОИД — (от греч. solen трубка и eidos вид) цилиндрическая катушка, состоящая из большого числа намотанных вплотную друг к другу витков проводника. При пропускании через соленоид электрического тока внутри и вне соленоида возникает магнитное поле,… …   Большой Энциклопедический словарь

  • СОЛЕНОИД — (от греч. solen трубка и eidos вид), свёрнутый в спираль изолированный проводник, по к рому течёт электрич. ток. Обладает значит. индуктивностью и малым активным сопротивлением и ёмкостью. В ср. части внутр. полости С., длина к рого значительно… …   Физическая энциклопедия

  • соленоид — а, ж. solénoide m., нем. Solenoid &LT;гр. solen трубка + eidos вид. электр. Проволочная спираль, по которой пропускают электрический ток для создания магнитного поля. Соленоидный ая, ое. Крысин 1998. Лекс. Толль 1864: соленоид; СИС 1937:… …   Исторический словарь галлицизмов русского языка

  • СОЛЕНОИД — СОЛЕНОИД, ЭЛЕКТРОМАГНИТ, в котором мягкий железный сердечник двигается, открывая или закрывая электрическую цепь, таким образом работая как переключатель, или РЕЛЕ …   Научно-технический энциклопедический словарь

  • СОЛЕНОИД — СОЛЕНОИД, соленоида, муж. (от греч. solen трубка и eidos вид) (тех., физ.). Проволочная спираль, вокруг которой, при пропускании электрического тока, создается магнитное поле. Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков. 1935 1940 …   Толковый словарь Ушакова

  • СОЛЕНОИД — согнутая спиралью проволока (катушка), по которой пропущен ток и вокруг которой создается магнитное поле. Последнее будет тем сильнее, чем больше ток в соленоиде и чем больше число витков в нем. С. ведет себя аналогично магниту. Самойлов К. И.… …   Морской словарь

  • СОЛЕНОИД — спираль из проволоки, по к рой пропускают электр. ток и к рая может заменить собой электромагнит. Вокруг витков С. образуется магнитное поле, магнитные силовые линии к рого выходят из одного конца С. и входят в другой. С. обладает свойством… …   Технический железнодорожный словарь

  • соленоид — сущ., кол во синонимов: 1 • катушка (19) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 …   Словарь синонимов

  • Соленоид — Образование магнитного потока в соленоиде …   Википедия

  • соленоид — а; м. [от греч. sōlēn трубка и eidos вид] Физ., техн. Проволочная спираль, намотанная на сердечник, вокруг которой при пропускании электрического тока создаётся магнитное поле. ◁ Соленоидный, ая, ое. С. клапан. С ые двигатели. * * * соленоид (от… …   Энциклопедический словарь

    • СОЛЕНОИД - это... Что такое СОЛЕНОИД?

  • СОЛЕНОИД — Прибор, состоящий из тонкой спирали, опущенной в чашечку со ртутью при развитии магнетизма. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. СОЛЕНОИД завитая спиралью проволока, которая обладает свойствами магнита,… …   Словарь иностранных слов русского языка

  • СОЛЕНОИД — (от греч. solen трубка и eidos вид), свёрнутый в спираль изолированный проводник, по к рому течёт электрич. ток. Обладает значит. индуктивностью и малым активным сопротивлением и ёмкостью. В ср. части внутр. полости С., длина к рого значительно… …   Физическая энциклопедия

  • соленоид — а, ж. solénoide m., нем. Solenoid &LT;гр. solen трубка + eidos вид. электр. Проволочная спираль, по которой пропускают электрический ток для создания магнитного поля. Соленоидный ая, ое. Крысин 1998. Лекс. Толль 1864: соленоид; СИС 1937:… …   Исторический словарь галлицизмов русского языка

  • СОЛЕНОИД — СОЛЕНОИД, ЭЛЕКТРОМАГНИТ, в котором мягкий железный сердечник двигается, открывая или закрывая электрическую цепь, таким образом работая как переключатель, или РЕЛЕ …   Научно-технический энциклопедический словарь

  • СОЛЕНОИД — СОЛЕНОИД, соленоида, муж. (от греч. solen трубка и eidos вид) (тех., физ.). Проволочная спираль, вокруг которой, при пропускании электрического тока, создается магнитное поле. Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков. 1935 1940 …   Толковый словарь Ушакова

  • СОЛЕНОИД — согнутая спиралью проволока (катушка), по которой пропущен ток и вокруг которой создается магнитное поле. Последнее будет тем сильнее, чем больше ток в соленоиде и чем больше число витков в нем. С. ведет себя аналогично магниту. Самойлов К. И.… …   Морской словарь

  • СОЛЕНОИД — спираль из проволоки, по к рой пропускают электр. ток и к рая может заменить собой электромагнит. Вокруг витков С. образуется магнитное поле, магнитные силовые линии к рого выходят из одного конца С. и входят в другой. С. обладает свойством… …   Технический железнодорожный словарь

  • соленоид — сущ., кол во синонимов: 1 • катушка (19) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 …   Словарь синонимов

  • Соленоид — Образование магнитного потока в соленоиде …   Википедия

  • соленоид — а; м. [от греч. sōlēn трубка и eidos вид] Физ., техн. Проволочная спираль, намотанная на сердечник, вокруг которой при пропускании электрического тока создаётся магнитное поле. ◁ Соленоидный, ая, ое. С. клапан. С ые двигатели. * * * соленоид (от… …   Энциклопедический словарь

    • Смотрите также