סולנואידים - מכשיר, תפעול, יישום

מאמר זה יתמקד בסולנואידים. ראשית נשקול את הצד התיאורטי של נושא זה, ולאחר מכן את המעשי, שבו נציין את תחומי היישום של סולנואידים במצבים שונים של עבודתם.

סולנואיד הוא סליל גלילי שאורכו גדול בהרבה מקוטרו. המילה סולנואיד עצמה נוצרת משילוב של שתי מילים - סולנית ו-eidos, הראשונה שבהן מתורגמת כצינור, השנייה - דומה. כלומר, סולנואיד הוא סליל בצורת צינור.

סולנואידים במובנה הרחב הם משרנים הכרוכים בחוט על מסגרת גלילית, שיכולה להיות חד-שכבתית או רב-שכבתית... מאחר שאורך הסליל של סולנואיד חורג בהרבה מהקוטרו, אזי כאשר מופעל זרם ישר דרך סליל כזה, בתוכו, בחלל הפנימי, נוצר שדה מגנטי כמעט אחיד.

סולנואידים מתייחסים לעתים קרובות למפעילים מסוימים על פי עקרון פעולה אלקטרומכני, כגון שסתום סולנואיד תיבת הילוכים אוטומטית במכונית או ממסר נסיגת מתנע.ככלל, הליבה הפרומגנטית פועלת כחלק נסוג והסולנואיד עצמו מצויד בליבה מגנטית מבחוץ, מה שנקרא עול פרומגנטי.

אם אין חומר מגנטי בעיצוב הסולנואיד, אז כאשר זרם ישר זורם דרך החוט, נוצר שדה מגנטי לאורך ציר הסליל, שהאינדוקציה שלו שווה מספרית ל:

כאשר, N הוא מספר הסיבובים בסולנואיד, l הוא אורך סליל הסולנואיד, I הוא הזרם בסולנואיד, μ0 הוא החדירות המגנטית של הוואקום.

בקצות הסולנואיד, האינדוקציה המגנטית היא חצי מזה שבתוכו, מכיוון ששני חצאי הסולנואיד בצומת שלהם תורמים תרומה שווה לשדה המגנטי שנוצר על ידי זרם הסולנואיד. ניתן לומר זאת על סולנואיד חצי אינסופי או על סליל ארוך מספיק לקוטר המסגרת. האינדוקציה המגנטית בקצוות תהיה שווה ל:

מכיוון שהסולנואיד הוא בעיקרו סליל אינדוקטיבי, כמו כל סליל עם השראות, הסולנואיד מסוגל לאגור אנרגיה בשדה מגנטי השווה מספרית לעבודה שהמקור עושה כדי ליצור זרם בסליל שיוצר את השדה המגנטי של הסולנואיד:

שינוי בזרם בסליל יוביל להופעת EMF של אינדוקציה עצמית, והמתח בקצות החוט של סליל הסולנואיד יהיה שווה ל:

השראות הסולנואיד תהיה שווה ל:

כאשר V הוא נפח הסולנואיד, z הוא אורך החוט בסליל הסולנואיד, n הוא מספר הסיבובים ליחידת אורך של הסולנואיד, l הוא אורך הסולנואיד, μ0 הוא חדירות הוואקום המגנטית.

כאשר זרם חילופין זורם דרך חוט הסולנואיד, השדה המגנטי של הסולנואיד יהיה גם הוא לסירוגין. התנגדות AC של סולנואיד מורכבת באופייה וכוללת רכיבים פעילים ותגובתיים שנקבעים על ידי השראות וההתנגדות הפעילה של הסליל.

שימוש מעשי בסולנואידים

סולנואידים משמשים ביישומים תעשייתיים ואזרחיים רבים. לעתים קרובות כוננים לינאריים הם רק דוגמה לפעולת סולנואיד DC. בדוק את המזמרה בקופות, שסתומי מנוע, ממסר משיכה מתנע, שסתומים הידראוליים וכו'. בזרם חילופין, סולנואידים פועלים כמשרנים תנורי היתוך.

סלילי סולנואידים, ככלל, עשויים מנחושת, לעתים רחוקות יותר מחוטי אלומיניום. בתעשיות ההייטק, משתמשים בסלילים מוליכים. הליבות עשויות להיות ברזל, ברזל יצוק, פריט או סגסוגות אחרות, לרוב בצורת צרור של יריעות, או שהן אינן נוכחות כלל.

בהתאם למטרת המכונה החשמלית, הליבה עשויה מחומר כזה או אחר. מכשירים כגון הרמת אלקטרומגנטים, מיון זרעים, ניקוי פחם וכו'. בשלב הבא נסתכל על כמה דוגמאות לשימוש בסולנואידים.

שסתום סולנואיד קו

על ידי הפעלת מתח על סליל הסולנואיד, דיסק השסתום נלחץ בחוזקה כנגד יציאת הטייס על ידי קפיץ והקו נסגר. כאשר זרם מופעל על סליל השסתום, האבזור ודיסק השסתום הנלווה עולים, נמשכים על ידי הסליל, מתנגדים לקפיץ ופותחים את חור הפיילוט.

ההבדל בלחץ בצדדים שונים של השסתום גורם לנוזל לנוע בצנרת, וכל עוד מופעל מתח על סליל השסתום, הצינור אינו חסום.

כשהסולנואיד כבוי, הקפיץ כבר לא מחזיק שום דבר והשסתום ממהר למטה וחוסם את חור הפיילוט. הצינור נסגר שוב.

ממסר מתנע אלקטרומגנטי לרכב

מנוע מתנע הוא בעצם מנוע DC חזק המופעל על ידי הסוללה של המכונית. בזמן התנעת המנוע, יש להפעיל במהירות את גלגל התנעה (בנדיקס) לזמן מה עם גלגל התנופה של גל הארכובה, ובמקביל מופעל מנוע המתנע. הסולנואיד כאן הוא סליל הסולנואיד המתנע.

ממסר המושך מותקן על בית המתנע וכאשר מופעל כוח על סליל הממסר, נמשכת ליבת ברזל המחוברת למנגנון שמניע את ההילוך קדימה. לאחר התנעת המנוע, אספקת החשמל מנותקת על ידי סליל הממסר והגיר מוחזר בחזרה הודות לקפיץ.

מנעול סולנואיד

במנעולים אלקטרומגנטיים, הבריח מונע מכוח אלקטרומגנט. מנעולים כאלה משמשים במערכות בקרת כניסה ומערכות דלתות. דלת המצוידת במנעול כזה ניתנת לפתיחה רק במהלך תקופת התוקף של אות הבקרה. לאחר הסרת האות, הדלת הסגורה תישאר נעולה, ללא קשר לשאלה אם היא נפתחה.

היתרונות של מנעולי סולנואיד כוללים את העיצוב שלהם - הוא הרבה יותר פשוט מזה של מנעולי מנוע, עמיד יותר בפני שחיקה. כפי שאתה יכול לראות, כאן הסולנואיד שוב מזווג עם קפיץ חוזר.

משרן עם סולנואיד על ידי חימום

בדרך כלל משתמשים במשרני סולנואידים לחימום. סליל המשרן עשוי מצינור נחושת מקורר מים או פס נחושת.

במתקנים בתדירות בינונית משתמשים בפיתולים חד-שכבתיים, ובפיתולי תדר תעשייתיים, הפיתול יכול להיות חד-שכבתי או רב-שכבתי. זה נובע מהפחתה אפשרית של הפסדים חשמליים במשרן ועם תנאי התאימות של פרמטרי העומס ועם פרמטרי המתח ומקדם ההספק של ספק הכוח. כדי להבטיח את קשיחות הסליל האינדוקטיבי, המרק שלו משמש לרוב בין לוחות האסבסט-צמנט הסופיים.

במתקנים מודרניים התקשות אינדוקציה וחימום סולנואידים פועלים במצב AC בתדר גבוה, כך שהם בדרך כלל אינם זקוקים לליבה פרומגנטית.

מנוע סולנואיד

במנועי סולנואיד חד-סליל, הפעלה וכיבוי של סליל ההפעלה מביאה לתנועה מכנית של מנגנון הארכובה, והחזרה נעשית על ידי קפיץ, בדומה למה שקורה בשסתום סולנואיד ומנעול סולנואיד.

במנועי סולנואידים מרובי פיתולים הפעלת הסלילים לסירוגין מתבצעת בעזרת שסתומים, לכל סליל מסופק הזרם ממקור הכוח באחד מחצאי המחזורים של המתח הסינוסואידי. הליבה נמשכת ברציפות על ידי סליל זה או אחר, עושה תנועה הדדית, דוחפת את גל הארכובה או הגלגל להסתובב.

סולנואידים במתקני ניסוי

מתקנים ניסיוניים כמו גלאי ATLAS הפועל במאיץ ההדרון הגדול ב-CERN משתמשים באלקטרומגנטים רבי עוצמה הכוללים גם סולנואידים. ניסויים בפיסיקה של חלקיקים נערכים כדי לגלות את אבני הבניין של החומר ולחקור את כוחות הטבע הבסיסיים המקיימים את היקום שלנו.

סלילי טסלה

לבסוף, אניני טעם של מורשתו של ניקולה טסלה תמיד משתמשים בסולנואידים לבניית סלילים. הפיתול המשני של שנאי טסלה הוא לא יותר מסולנואיד. ואורך החוט בסליל מתברר כחשוב מאוד, כי בוני הסלילים כאן משתמשים בסולנואידים לא בתור אלקטרומגנטים, אלא כמוליכי גל, בתור מהודים, שבהם, כמו בכל מעגל נדנוד, יש לא רק את השראות של החוט, אבל גם הקיבול שנוצר במקרה זה מרווח קרוב לחבר בסיבובים. אגב, הטורואיד בחלק העליון של הפיתול המשני נועד לפצות על הקיבול המבוזר הזה.

אנו מקווים שהמאמר שלנו היה שימושי עבורך ועכשיו אתה יודע מה זה סולנואיד וכמה תחומי היישום שלו יש בעולם המודרני, כי לא פירטנו את כולם.