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

• Магнит
• Электромагнит
• Индуктивность
• Катушка индуктивности
• Катушка Румкорфа

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

• Магнит
• Электромагнит
• Индуктивность
• Катушка индуктивности
• Катушка Румкорфа

Как работает соленоид?

Скорее всего, сегодня вы использовали несколько соленоидов. Они помогают завести машину, звонят в дверь и делают для вас сотни других вещей каждый день. Но что такое соленоид и как работает соленоид?

Соленоид работает, создавая электромагнитное поле вокруг подвижного сердечника, называемого якорем. Когда электромагнитное поле вынуждено двигаться, движение этого якоря открывает и закрывает клапаны или переключатели и превращает электрическую энергию в механическое движение и силу.

Поскольку соленоиды составляют такую ​​большую часть нашего мира, они представляют собой простые механизмы, требующие лишь базовых знаний физики, которые большинство из нас изучали в средней школе. Разобраться в них несложно, и вам не нужно знать никаких математических формул, чтобы узнать их секреты.

Что такое соленоид?

На самом простом уровне соленоид представляет собой отрезок проволоки, намотанной на сердечник. Сердечник часто состоит из двух частей — неподвижного сердечника и подвижной, являющейся якорем. Две части подпружинены.

Когда электрический ток проходит по проводу, он создает магнитное поле, которое перемещает якорь от неподвижного сердечника (или к нему, в зависимости от назначения и конструкции соленоида). Когда ток прекращается, пружина возвращает якорь в исходное положение.

Это возвратно-поступательное движение делает этот тип соленоида линейным, хотя есть и вращающиеся соленоиды, которые немного сложнее.

Для работы соленоид должен иметь три вещи:

• Спиральный провод
• Подвижный сердечник
• Электричество

Уберите спиральный провод, и у вас ничего нет. Убери электричество, и у тебя будет весна. Убери сердечник, и ты держишь только электромагнит.

В системе зажигания автомобиля эти элементы вместе приводят в движение якорь, что позволяет замыкать цепь, которая запускает двигатель. Как только вы отпустите ключ и он отойдет от положения «пуск», соленоид деактивируется, якорь вернется в прежнее положение, разорвав цепь. Таким образом, зажигание вашего автомобиля перестанет пытаться запустить двигатель, так как он уже работает.

Хотя соленоид использует электромагнетизм, сам по себе он не является электромагнитом. Он использует только электромагнетизм для выполнения своей работы. Несмотря на это, многие люди используют термины взаимозаменяемо.

Для визуального ознакомления с соленоидами см. видео ниже:

Соленоид разрезается, начиная с отметки 5:40, позволяя вам увидеть, что это не более чем катушка медного провода. Для работы соленоида требуется электрический ток.

Здесь можно найти видео об автомобилях:

В этом разделе вы найдете много информации о соленоиде стартера автомобиля, заглянете внутрь одного из них и узнаете, что заставляет эти устройства выходить из строя, в том числе почему этот щелкающий звук в вашем автомобиле делает, когда он не запускается, является показателем плохого соленоида.

Что такое электромагнитный клапан?

Электромагнитные клапаны, как и любые другие клапаны, регулируют поток газов или жидкостей. Наличие в них соленоида позволяет этим клапанам открываться или закрываться с помощью электричества.

Клапаны этих типов могут быть двух видов: нормально открытые и нормально закрытые.

В состоянии покоя электромагнитного клапана — выключено — ток по проводам не течет, и подвижный сердечник упирается в основание клапана. Тем самым он закрывает клапан, так как жидкость или газ за ним не могут пройти.

Подача электричества через катушку провода создает магнитное поле, это поле заставляет сердечник подниматься, и теперь жидкость или газ могут свободно проходить через клапан. Отключение электричества опускает сердечник обратно вниз, закрывая клапан и перекрывая поток газа или жидкости. Это функция нормально закрытого клапана, который остается закрытым до тех пор, пока для открытия клапана не будет использовано электричество.

Нормально открытый электромагнитный клапан использует те же принципы, но предназначен для работы в обратном направлении. В выключенном положении сердечник остается в верхнем положении, позволяя среде течь через открытый клапан. Включение клапана заставит сердечник двигаться вниз, перекрывая поток и закрывая клапан.

Сила соленоида

Если вы когда-либо использовали пневматический инструмент, вы использовали небольшой соленоид. В вашем компрессоре был сжатый воздух. Вы нажали на спусковой крючок своего пистолета для гвоздей, потому что хотели, чтобы струя сжатого воздуха забила вам гвоздь. Когда вы это сделали, соленоидный клапан открылся на долю секунды, позволяя дозе этого сжатого воздуха выстрелить из компрессора в пистолет и забить этот гвоздь.

Для перемещения такого маленького клапана не требуется много энергии, но для соленоида в более крупном инструменте — возможно, для управления более значительными объемами жидкости или газа — требуется больше. Мощность, доступная от соленоида, зависит от количества витков в проводе и тока, проходящего через него.

В соответствии с законом Ампера, представляющим собой математическое уравнение, которое учитывает эти элементы для определения силы электромагнитного поля, уравнение магнитного поля позволяет определить, сколько катушек и какой ток необходим для адекватного питания электромагнитного клапана.

Применение

Более сильные или слабые соленоиды находят применение в зависимости от необходимости. Большой, мощный соленоид с множеством катушек и большим электрическим током не нужен для того, чтобы заставить ваш дверной звонок звонить. Это можно сделать с помощью небольшого соленоида.

Но электромагнитный клапан на нефтяной вышке должен быть намного мощнее. В то время как все соленоиды являются электрическими — у вас не может быть электромагнита без электричества — разнообразие выполняемых ими работ требует разных типов.

• Электрика . Этот термин распространяется на все электромагнитные клапаны, поскольку в них должно быть задействовано электричество.
• Пневматический . Эти электромагнитные клапаны позволяют перемещать и подавлять газы, такие как воздух, азот и углекислый газ.
• Гидравлический . Клапан, который регулирует движение жидкостей, от воды до бурбона и бензина.

Когда вы начнете искать их, вы обнаружите, что соленоиды и электромагнитные клапаны повсюду в современной жизни, и они делают многие задачи, которые мы выполняем каждый день, намного более управляемыми.

Проверка соленоида

Ваш соленоидный клапан может время от времени перестать открываться и закрываться, или соленоид в вашем автомобиле может однажды не завести ваш автомобиль. Диагностика этих проблем является ключом к их устранению, поэтому есть несколько простых способов сделать это.

Проще всего с компасом. Поскольку ваш соленоид работает на электромагнетизме, вокруг него не будет магнитного поля, если сам соленоид не работает.

Поместив компас рядом с соленоидом, а затем активировав этот соленоид, вы сразу узнаете, проблема в нем или есть какая-то другая механическая проблема. Если стрелка вашего компаса прыгает, соленоид создает магнитное поле. Если нет, то ваш соленоид не получает необходимое электричество.

В этом случае вы можете дополнительно определить проблему с помощью мультиметра. Однако перед этим ваш первый шаг — проверить соединения. Если ваши положительные или отрицательные клеммы отсоединены или каким-либо образом неисправны, соленоид не может работать, даже если он находится в первозданном состоянии. Даже если соединения выглядят хорошо, вы должны использовать мультиметр, чтобы определить непрерывность соленоида.

Убедившись, что соединения в порядке, переключите мультиметр на настройку сопротивления. Если вы получите показание более 0,3 Ом, устройство не работает должным образом. Он не проводит достаточно электричества для работы и нуждается в замене.

Дополнительные сведения о диагностике и устранении проблемы см. в нашем ресурсе по устранению неполадок электромагнитного клапана.

Заключение

Соленоиды и электромагнитные клапаны встречаются почти везде в нашем современном мире. Мы используем их, чтобы заводить автомобили, управлять диализными аппаратами, управлять посудомоечными машинами и даже манипулировать нашими динамиками, чтобы они воспроизводили музыку из электрического сигнала. Хотя без них наша жизнь была бы совсем другой, соленоиды — простые создания.

Работающие соленоиды, требующие только провода, магнитного сердечника и электрического тока, можно изготовить на уроке естествознания в средней школе, но они помогают нам выполнять сотни задач, некоторые из которых были бы невозможны без них.

Остались вопросы

Мы всегда готовы помочь вам ответить на вопросы о электромагнитном клапане и помочь выбрать лучший клапан для ваших нужд. Если у вас есть дополнительные вопросы, наши специалисты по арматуре доступны в обычные рабочие часы по телефону или в чате ниже.

Соленоид

Соленоид

Соленоид ^{[nb 1]} представляет собой катушку, свернутую в плотно упакованную спираль. В физике термин соленоид относится к длинной тонкой петле из проволоки, часто обмотанной вокруг металлического сердечника, которая создает магнитное поле, когда через нее проходит электрический ток. Соленоиды важны, потому что они могут создавать управляемые магнитные поля и могут использоваться в качестве электромагнитов. Срок 9Соленоид 0123 относится конкретно к магниту, предназначенному для создания однородного магнитного поля в объеме пространства (где может проводиться какой-либо эксперимент).

В технике термин соленоид может также относиться к различным преобразователям, которые преобразуют энергию в линейное движение. Этот термин также часто используется для обозначения соленоидного клапана, который представляет собой интегрированное устройство, содержащее электромеханический соленоид, который приводит в действие пневматический или гидравлический клапан, или соленоидный переключатель, представляющий собой особый тип реле, внутри которого используется электромеханический соленоид для управлять электрическим выключателем; например, соленоид автомобильного стартера или линейный соленоид, который является электромеханическим соленоидом.

Магнитное поле соленоида

Внутри

Это вывод магнитного поля вокруг соленоида, достаточно длинного, чтобы можно было игнорировать краевые эффекты. На диаграмме справа мы сразу знаем, что поле указывает на положительные z внутри соленоида и в отрицательном z направлении снаружи соленоида.

Соленоид с 3 петлями Ампера

Мы видим это, применяя правило захвата правой рукой для поля вокруг провода. Если мы обхватим провод правой рукой так, чтобы большой палец был направлен в направлении тока, изгиб пальцев покажет, как ведет себя поле. Поскольку мы имеем дело с длинным соленоидом, все компоненты магнитного поля, не направленные вверх, компенсируются симметрией. Снаружи происходит аналогичная отмена, и поле направлено только вниз.

Теперь рассмотрим воображаемый контур c , расположенный внутри соленоида. По закону Ампера мы знаем, что линейный интеграл B (вектор магнитного поля) вокруг этого контура равен нулю, так как он не содержит электрических токов (можно также предположить, что электрическое поле контура, проходящее через контур, постоянно при такие условия: постоянный или постоянно изменяющийся ток через соленоид). Выше мы показали, что внутри соленоида поле направлено вверх, поэтому горизонтальные участки петли c ничего не дает в интеграл. Таким образом, интеграл верхней стороны 1 равен интегралу нижней стороны 2. Поскольку мы можем произвольно изменять размеры петли и получать тот же результат, единственное физическое объяснение состоит в том, что подынтегральные функции на самом деле равны, то есть магнитное поле внутри соленоида радиально однородно. Заметьте, однако, что ничто не запрещает ему изменяться в продольном направлении, что на самом деле и происходит.

Снаружи

Магнитное поле, создаваемое соленоидом (вид в разрезе), описанное с помощью силовых линий

Аналогичный аргумент можно применить к петле a , чтобы заключить, что поле вне соленоида является радиально однородным или постоянным. Этот последний результат, строго верный только вблизи центра соленоида, где силовые линии параллельны его длине, важен, поскольку он показывает, что поле снаружи практически равно нулю, поскольку радиусы поля вне соленоида будут стремиться к бесконечность.

Можно также использовать интуитивный аргумент, чтобы показать, что поле вне соленоида на самом деле равно нулю. Линии магнитного поля существуют только в виде петель, они не могут расходиться или сходиться в точке, как линии электрического поля (см. Закон Гаусса для магнетизма). Линии магнитного поля следуют вдоль продольного пути соленоида внутри, поэтому они должны идти в противоположном направлении снаружи соленоида, чтобы линии могли образовать петлю.