Σωληνοειδή — συσκευή, λειτουργία, εφαρμογή

Αυτό το άρθρο θα επικεντρωθεί στις ηλεκτρομαγνητικές βαλβίδες. Πρώτα θα εξετάσουμε τη θεωρητική πλευρά αυτού του θέματος, στη συνέχεια την πρακτική, όπου θα σημειώσουμε τους τομείς εφαρμογής των ηλεκτρομαγνητικών σε διαφορετικούς τρόπους εργασίας τους.

Το σωληνοειδές είναι ένα κυλινδρικό πηνίο του οποίου το μήκος είναι πολύ μεγαλύτερο από τη διάμετρό του. Η ίδια η λέξη σωληνοειδής σχηματίζεται από έναν συνδυασμό δύο λέξεων - solen και eidos, η πρώτη από τις οποίες μεταφράζεται ως σωλήνας, η δεύτερη - παρόμοια. Δηλαδή, ένα σωληνοειδές είναι ένα πηνίο σε σχήμα σωλήνα.

Οι ηλεκτρομαγνητικές βαλβίδες με την ευρεία έννοια είναι επαγωγείς που τυλίγονται από ένα σύρμα σε ένα κυλινδρικό πλαίσιο, το οποίο μπορεί να είναι μονοστρωματικό ή πολυστρωματικό... Επειδή το μήκος του πηνίου μιας ηλεκτρομαγνητικής βαλβίδας υπερβαίνει κατά πολύ τη διάμετρό του, τότε όταν εφαρμόζεται συνεχές ρεύμα μέσα από ένα τέτοιο πηνίο, μέσα σε αυτό, στην εσωτερική κοιλότητα, σχηματίζεται ένα σχεδόν ομοιόμορφο μαγνητικό πεδίο.

Οι ηλεκτρομαγνητικές βαλβίδες συχνά αναφέρονται σε ορισμένους ενεργοποιητές βάσει μιας ηλεκτρομηχανικής αρχής λειτουργίας, όπως μια ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα αυτόματης μετάδοσης σε ένα αυτοκίνητο ή ένα ρελέ ανάσυρσης της μίζας.Κατά κανόνα, ο σιδηρομαγνητικός πυρήνας λειτουργεί ως ανασυρόμενο μέρος και η ίδια η ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα εξοπλισμένο με μαγνητικό πυρήνα στο εξωτερικό, ο λεγόμενος σιδηρομαγνητικός ζυγός.

Εάν δεν υπάρχει μαγνητικό υλικό στο σχεδιασμό της ηλεκτρομαγνητικής βαλβίδας, τότε όταν ένα συνεχές ρεύμα ρέει μέσω του σύρματος, σχηματίζεται ένα μαγνητικό πεδίο κατά μήκος του άξονα του πηνίου, η επαγωγή του οποίου είναι αριθμητικά ίση με:

Όπου, N είναι ο αριθμός στροφών στην ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα, l είναι το μήκος του πηνίου της ηλεκτρομαγνητικής βαλβίδας, I είναι το ρεύμα στην ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα, μ0 είναι η μαγνητική διαπερατότητα του κενού.

Στα άκρα της ηλεκτρομαγνητικής βαλβίδας, η μαγνητική επαγωγή είναι η μισή από αυτήν που βρίσκεται στο εσωτερικό της, επειδή και τα δύο μισά της ηλεκτρομαγνητικής βαλβίδας στη διασταύρωση τους συμβάλλουν εξίσου στο μαγνητικό πεδίο που δημιουργείται από το ρεύμα της ηλεκτρομαγνητικής βαλβίδας. Αυτό μπορεί να ειπωθεί για μια ημι-άπειρη ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα ή για ένα πηνίο που είναι αρκετά μακρύ για τη διάμετρο του πλαισίου. Η μαγνητική επαγωγή στα άκρα θα είναι ίση με:

Δεδομένου ότι η ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα είναι κυρίως επαγωγικό πηνίο, όπως κάθε πηνίο με επαγωγή, η ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα μπορεί να αποθηκεύσει ενέργεια σε ένα μαγνητικό πεδίο αριθμητικά ίσο με το έργο που κάνει η πηγή για να δημιουργήσει ένα ρεύμα στο πηνίο που δημιουργεί το μαγνητικό πεδίο της ηλεκτρομαγνητικής βαλβίδας:

Μια αλλαγή στο ρεύμα στο πηνίο θα οδηγήσει στην εμφάνιση ενός EMF αυτοεπαγωγής και η τάση στα άκρα του σύρματος του πηνίου σωληνοειδούς θα είναι ίση με:

Η αυτεπαγωγή της ηλεκτρομαγνητικής βαλβίδας θα είναι ίση με:

Όπου V είναι ο όγκος της ηλεκτρομαγνητικής βαλβίδας, z είναι το μήκος του σύρματος στο πηνίο της ηλεκτρομαγνητικής βαλβίδας, n είναι ο αριθμός στροφών ανά μονάδα μήκους της ηλεκτρομαγνητικής βαλβίδας, l είναι το μήκος της ηλεκτρομαγνητικής βαλβίδας, μ0 είναι η μαγνητική διαπερατότητα κενού.

Όταν ένα εναλλασσόμενο ρεύμα ρέει μέσα από το καλώδιο της ηλεκτρομαγνητικής βαλβίδας, το μαγνητικό πεδίο της ηλεκτρομαγνητικής βαλβίδας θα είναι επίσης εναλλασσόμενο. Η αντίσταση AC μιας ηλεκτρομαγνητικής βαλβίδας είναι πολύπλοκη στη φύση και περιλαμβάνει τόσο ενεργά όσο και αντιδραστικά συστατικά που καθορίζονται από την επαγωγή και την ενεργή αντίσταση του πηνίου.

Πρακτική χρήση σωληνοειδών

Οι ηλεκτρομαγνητικές βαλβίδες χρησιμοποιούνται σε πολλές βιομηχανικές και αστικές εφαρμογές. Συχνά οι γραμμικοί δίσκοι είναι απλώς ένα παράδειγμα λειτουργίας ηλεκτρομαγνητικής βαλβίδας DC. Ελέγξτε τα ψαλίδια στις ταμειακές μηχανές, τις βαλβίδες κινητήρα, το ρελέ έλξης της μίζας, τις υδραυλικές βαλβίδες κ.λπ. Στο εναλλασσόμενο ρεύμα, οι ηλεκτρομαγνητικές βαλβίδες λειτουργούν ως επαγωγείς κάμινοι χωνευτηρίου.

Τα πηνία σωληνοειδών, κατά κανόνα, είναι κατασκευασμένα από χαλκό, λιγότερο συχνά από σύρμα αλουμινίου.Στις βιομηχανίες υψηλής τεχνολογίας, χρησιμοποιούνται υπεραγώγιμα πηνία. Οι πυρήνες μπορεί να είναι σίδηρος, χυτοσίδηρος, φερρίτης ή άλλα κράματα, συχνά σε μορφή δέσμης φύλλων, ή μπορεί να μην υπάρχουν καθόλου.

Ανάλογα με το σκοπό της ηλεκτρικής μηχανής, ο πυρήνας είναι κατασκευασμένος από ένα ή άλλο υλικό. Συσκευές όπως ανύψωση ηλεκτρομαγνητών, διαλογή σπόρων, καθαρισμός άνθρακα κ.λπ. Στη συνέχεια θα δούμε μερικά παραδείγματα χρήσης σωληνοειδών.

Ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα γραμμής

Εφαρμόζοντας τάση στο πηνίο ηλεκτρομαγνητικής βαλβίδας, ο δίσκος της βαλβίδας πιέζεται σταθερά πάνω στη θύρα πιλότου με ένα ελατήριο και η γραμμή κλείνει. Όταν εφαρμόζεται ρεύμα στο πηνίο της βαλβίδας, ο οπλισμός και ο αντίστοιχος δίσκος της βαλβίδας ανεβαίνουν, έλκονται από το πηνίο, έρχονται σε αντίθεση με το ελατήριο και ανοίγουν την οπή πιλότου.

Η διαφορά πίεσης στις διαφορετικές πλευρές της βαλβίδας προκαλεί την κίνηση του ρευστού στον αγωγό και όσο εφαρμόζεται τάση στο πηνίο της βαλβίδας, ο αγωγός δεν μπλοκάρεται.

Όταν η ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα είναι απενεργοποιημένη, το ελατήριο δεν συγκρατεί πλέον τίποτα και η βαλβίδα κατεβαίνει ορμητικά, φράσσοντας την οπή του πιλότου. Ο αγωγός κλείνει ξανά.

Ηλεκτρομαγνητικό ρελέ εκκίνησης αυτοκινήτου

Ο κινητήρας εκκίνησης είναι ουσιαστικά ένας ισχυρός κινητήρας συνεχούς ρεύματος που τροφοδοτείται από την μπαταρία του αυτοκινήτου. Κατά την εκκίνηση του κινητήρα, το γρανάζι της μίζας (bendix) πρέπει να εμπλακεί γρήγορα για λίγο με το σφόνδυλο του στροφαλοφόρου και ταυτόχρονα να είναι ενεργοποιημένο το μοτέρ εκκίνησης. Η ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα εδώ είναι το πηνίο ηλεκτρομαγνητικής βαλβίδας εκκίνησης.

Το ρελέ του συσπειρωτήρα είναι τοποθετημένο στο περίβλημα της μίζας και όταν εφαρμόζεται ισχύς στο πηνίο του ρελέ, τραβιέται ένας σιδερένιος πυρήνας που συνδέεται με έναν μηχανισμό που μετακινεί το γρανάζι προς τα εμπρός. Μετά την εκκίνηση του κινητήρα, η παροχή ρεύματος διακόπτεται από το πηνίο του ρελέ και το γρανάζι επιστρέφει πίσω χάρη στο ελατήριο.

Ηλεκτρομαγνητική κλειδαριά

Στις ηλεκτρομαγνητικές κλειδαριές, το μπουλόνι κινείται από τη δύναμη ενός ηλεκτρομαγνήτη. Τέτοιες κλειδαριές χρησιμοποιούνται σε συστήματα ελέγχου πρόσβασης και συστήματα αυλόπορτας. Μια πόρτα εξοπλισμένη με τέτοια κλειδαριά μπορεί να ανοίξει μόνο κατά την περίοδο ισχύος του σήματος ελέγχου. Μετά την αφαίρεση αυτού του σήματος, η κλειστή πόρτα θα παραμείνει κλειδωμένη, ανεξάρτητα από το αν ήταν ανοιχτή.

Τα πλεονεκτήματα των ηλεκτρομαγνητικών κλειδαριών περιλαμβάνουν το σχεδιασμό τους — είναι πολύ πιο απλό από αυτό των κλειδαριών κινητήρα, πιο ανθεκτικό στη φθορά. Όπως μπορείτε να δείτε, εδώ η ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα συνδυάζεται ξανά με ένα ελατήριο επιστροφής.

Επαγωγέας με ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα με θέρμανση

Τα πηνία πολλαπλών στροφών σωληνοειδών χρησιμοποιούνται συνήθως για θέρμανση. Το πηνίο πηνίου είναι κατασκευασμένο από υδρόψυκτο χάλκινο σωλήνα ή χάλκινη ράβδο.

Σε εγκαταστάσεις μέσης συχνότητας, χρησιμοποιούνται περιελίξεις μονής στρώσης και σε βιομηχανικές περιελίξεις συχνότητας, η περιέλιξη μπορεί να είναι μονής ή πολλαπλής στρώσης. Αυτό οφείλεται σε πιθανή μείωση των ηλεκτρικών απωλειών στον επαγωγέα και με τις συνθήκες συμμόρφωσης των παραμέτρων φορτίου και με τις παραμέτρους τάσης και τον συντελεστή ισχύος του τροφοδοτικού. Για να εξασφαλιστεί η ακαμψία του επαγωγικού πηνίου, ο στόκος του χρησιμοποιείται συχνότερα μεταξύ των τελικών πλακών αμιαντοτσιμέντου.

Σε σύγχρονες εγκαταστάσεις επαγωγική σκλήρυνση και θέρμανση Οι ηλεκτρομαγνητικές βαλβίδες λειτουργούν σε λειτουργία AC υψηλής συχνότητας, επομένως συνήθως δεν χρειάζονται σιδηρομαγνητικό πυρήνα.

Ηλεκτρομαγνητικός κινητήρας

Στους ηλεκτρομαγνητικούς κινητήρες μονού πηνίου, η ενεργοποίηση και απενεργοποίηση του πηνίου λειτουργίας έχει ως αποτέλεσμα μια μηχανική κίνηση του μηχανισμού του στρόφαλου και η επιστροφή γίνεται με ένα ελατήριο, παρόμοιο με αυτό που συμβαίνει σε μια ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα και την ηλεκτρομαγνητική κλειδαριά.

Σε ηλεκτρομαγνητικούς κινητήρες πολλαπλών περιελίξεων, η εναλλασσόμενη ενεργοποίηση των πηνίων πραγματοποιείται με τη βοήθεια βαλβίδων.Σε κάθε πηνίο τροφοδοτείται το ρεύμα από την πηγή ισχύος σε έναν από τους μισούς κύκλους της ημιτονοειδούς τάσης. Ο πυρήνας έλκεται διαδοχικά από το ένα ή το άλλο πηνίο, κάνοντας μια παλινδρομική κίνηση, οδηγώντας τον στροφαλοφόρο άξονα ή τον τροχό να περιστραφεί.

Σωληνοειδή σε πειραματικές εγκαταστάσεις

Πειραματικές εγκαταστάσεις όπως ο ανιχνευτής ATLAS που λειτουργεί στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων στο CERN χρησιμοποιούν ισχυρούς ηλεκτρομαγνήτες που περιλαμβάνουν επίσης ηλεκτρομαγνήτες. Πειράματα σωματιδιακής φυσικής διεξάγονται για να ανακαλύψουν τα δομικά στοιχεία της ύλης και να διερευνήσουν τις θεμελιώδεις δυνάμεις της φύσης που συντηρούν το σύμπαν μας.

Πηνία Tesla

Τέλος, οι γνώστες της κληρονομιάς του Νίκολα Τέσλα χρησιμοποιούν πάντα ηλεκτρομαγνητικές βαλβίδες για την κατασκευή πηνίων. Η δευτερεύουσα περιέλιξη ενός μετασχηματιστή Tesla δεν είναι τίποτα άλλο από μια ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα. Και το μήκος του σύρματος στο πηνίο αποδεικνύεται πολύ σημαντικό, επειδή οι κατασκευαστές των πηνίων εδώ χρησιμοποιούν ηλεκτρομαγνήτες όχι ως ηλεκτρομαγνήτες, αλλά ως κυματοδηγούς, ως συντονιστές, στους οποίους, όπως σε κάθε κύκλωμα ταλάντωσης, δεν υπάρχει μόνο το αυτεπαγωγή του σύρματος, αλλά και η χωρητικότητα που σχηματίζεται σε αυτή την περίπτωση από στενή απόσταση σε φίλο στις στροφές. Παρεμπιπτόντως, το δακτύλιο στην κορυφή της δευτερεύουσας περιέλιξης έχει σχεδιαστεί για να αντισταθμίζει αυτήν την κατανεμημένη χωρητικότητα.

Ελπίζουμε ότι το άρθρο μας ήταν χρήσιμο για εσάς και τώρα ξέρετε τι είναι η ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα και πόσες περιοχές εφαρμογής της υπάρχουν στον σύγχρονο κόσμο, γιατί δεν τις αναφέραμε όλες.