Solenoids — thiết bị, hoạt động, ứng dụng

Bài viết này sẽ tập trung vào solenoids. Đầu tiên chúng ta sẽ xem xét khía cạnh lý thuyết của chủ đề này, sau đó là khía cạnh thực tế, nơi chúng ta sẽ lưu ý các lĩnh vực ứng dụng của solenoids trong các chế độ làm việc khác nhau của chúng.

Solenoid là một cuộn dây hình trụ có chiều dài lớn hơn nhiều so với đường kính của nó. Bản thân từ điện từ được hình thành từ sự kết hợp của hai từ - solen và eidos, từ đầu tiên được dịch là ống, từ thứ hai - tương tự. Đó là, solenoid là một cuộn dây có hình dạng giống như một cái ống.

Solenoids theo nghĩa rộng là cuộn cảm được quấn bằng một sợi dây trên khung hình trụ, có thể là một lớp hoặc nhiều lớp... Vì chiều dài của cuộn dây solenoid vượt quá đường kính của nó rất nhiều nên khi có dòng điện một chiều chạy qua thông qua một cuộn dây như vậy, bên trong nó, trong khoang bên trong, một từ trường gần như đồng nhất được hình thành.

Solenoids thường được đề cập đến một số bộ truyền động theo nguyên tắc hoạt động cơ điện, chẳng hạn như van điện từ hộp số tự động trong ô tô hoặc rơle rút lại bộ khởi động.Theo quy định, lõi sắt từ hoạt động như một bộ phận rút lại và chính cuộn dây điện từ được trang bị một lõi từ tính ở bên ngoài, cái gọi là ách sắt từ.

Nếu không có vật liệu từ tính trong thiết kế của cuộn dây điện từ, thì khi có dòng điện một chiều chạy qua dây, một từ trường được hình thành dọc theo trục của cuộn dây, cảm ứng của nó bằng số:

Trong đó, N là số vòng dây trong cuộn dây điện từ, l là chiều dài của cuộn dây điện từ, I là dòng điện trong cuộn dây điện từ, μ0 là độ từ thẩm của chân không.

Ở các đầu của cuộn dây điện từ, cảm ứng từ bằng một nửa so với bên trong nó, bởi vì cả hai nửa của cuộn dây điện từ tại điểm nối của chúng đều đóng góp như nhau vào từ trường do dòng điện từ tạo ra. Điều này có thể xảy ra đối với điện từ bán vô hạn hoặc đối với cuộn dây đủ dài so với đường kính của khung. Cảm ứng từ tại các cạnh sẽ bằng:

Vì solenoid chủ yếu là một cuộn dây cảm ứng, giống như bất kỳ cuộn dây nào có độ tự cảm, nên solenoid có thể lưu trữ năng lượng trong từ trường về mặt số lượng bằng với công mà nguồn thực hiện để tạo ra dòng điện trong cuộn dây tạo ra từ trường của cuộn dây điện từ:

Sự thay đổi dòng điện trong cuộn dây sẽ dẫn đến sự xuất hiện của EMF tự cảm ứng và điện áp ở hai đầu dây của cuộn dây điện từ sẽ bằng:

Độ tự cảm của cuộn dây sẽ bằng:

Trong đó V là thể tích của cuộn dây điện từ, z là chiều dài của dây trong cuộn dây điện từ, n là số vòng dây trên một đơn vị chiều dài của cuộn dây điện từ, l là chiều dài của cuộn dây điện từ, μ0 là độ từ thẩm chân không.

Khi một dòng điện xoay chiều chạy qua dây điện từ, từ trường của điện từ cũng sẽ xoay chiều. Điện trở AC của solenoid có bản chất phức tạp và bao gồm cả thành phần hoạt động và phản ứng được xác định bởi độ tự cảm và điện trở hoạt động của cuộn dây.

Sử dụng thực tế của solenoids

Solenoids được sử dụng trong nhiều ứng dụng công nghiệp và dân dụng. Các ổ đĩa tuyến tính thường chỉ là một ví dụ về hoạt động điện từ DC. Kiểm tra kéo cắt trong máy tính tiền, van động cơ, rơle kéo khởi động, van thủy lực, v.v. Trong dòng điện xoay chiều, solenoid đóng vai trò là cuộn cảm lò nung.

Cuộn dây điện từ thường được làm bằng đồng, ít thường xuyên hơn bằng dây nhôm... Trong các ngành công nghiệp công nghệ cao, cuộn dây siêu dẫn được sử dụng. Các lõi có thể là sắt, gang, ferit hoặc các hợp kim khác, thường ở dạng bó các tấm hoặc có thể không có.

Tùy thuộc vào mục đích của máy điện, lõi được làm bằng vật liệu này hay vật liệu khác. Các thiết bị như nam châm điện nâng hạ, phân loại hạt, làm sạch than, v.v. Tiếp theo chúng ta sẽ xem xét một số ví dụ về việc sử dụng solenoids.

Van điện từ dòng

Bằng cách đặt điện áp vào cuộn dây điện từ, đĩa van được lò xo ép chặt vào cổng điều khiển và đường dây được đóng lại. Khi dòng điện được cấp vào cuộn dây van, phần ứng và đĩa van liên quan sẽ tăng lên, được kéo bởi cuộn dây, đối diện với lò xo và mở lỗ điều khiển.

Sự khác biệt về áp suất ở các phía khác nhau của van làm cho chất lỏng di chuyển trong đường ống và miễn là điện áp được đặt vào cuộn dây van, đường ống sẽ không bị chặn.

Khi tắt cuộn điện từ, lò xo không còn giữ bất cứ thứ gì lại và van lao xuống, chặn lỗ thí điểm. Các đường ống được đóng lại.

Rơ le khởi động điện từ ô tô

Động cơ khởi động về cơ bản là một động cơ DC mạnh mẽ chạy bằng ắc quy của ô tô. Tại thời điểm khởi động động cơ, cần phải gài nhanh bánh răng khởi động (gắn) một lúc với bánh đà trục khuỷu, đồng thời bật động cơ khởi động. Cuộn dây điện từ ở đây là cuộn dây điện từ khởi động.

Rơle bộ rút được gắn trên vỏ bộ khởi động và khi cấp điện cho cuộn dây rơle, một lõi sắt nối với cơ cấu di chuyển bánh răng về phía trước sẽ được rút ra. Sau khi động cơ được khởi động, nguồn điện bị cắt bởi cuộn dây rơle và bánh răng được trả lại nhờ lò xo.

khóa điện từ

Trong khóa điện từ, chốt được điều khiển bởi lực của nam châm điện. Các khóa như vậy được sử dụng trong các hệ thống kiểm soát truy cập và hệ thống cửa cống. Một cánh cửa được trang bị khóa như vậy chỉ có thể được mở trong thời gian hiệu lực của tín hiệu điều khiển. Sau khi loại bỏ tín hiệu này, cửa đã đóng sẽ vẫn bị khóa, bất kể nó đã được mở hay chưa.

Ưu điểm của khóa điện từ bao gồm thiết kế của chúng — nó đơn giản hơn nhiều so với khóa động cơ, chống mài mòn hơn. Như bạn có thể thấy, ở đây cuộn điện từ lại được ghép nối với lò xo hồi.

Cuộn cảm với điện từ bằng cách sưởi ấm

Cuộn cảm nhiều vòng solenoid thường được sử dụng để sưởi ấm. Cuộn cảm được làm bằng ống đồng làm mát bằng nước hoặc thanh cái bằng đồng.

Trong cài đặt tần số trung bình, cuộn dây một lớp được sử dụng và trong cuộn dây tần số công nghiệp, cuộn dây có thể là một lớp hoặc nhiều lớp. Điều này là do có thể giảm tổn thất điện trong cuộn cảm và với các điều kiện tuân thủ các tham số tải và với các tham số điện áp và hệ số công suất của nguồn điện. Để đảm bảo độ cứng của cuộn dây cảm ứng, chất độn của nó thường được sử dụng nhất giữa các tấm xi măng amiăng cuối cùng.

Trong cài đặt hiện đại cảm ứng cứng và sưởi ấm Solenoids hoạt động ở chế độ AC tần số cao, vì vậy chúng thường không cần lõi sắt từ.

động cơ điện từ

Trong động cơ điện từ một cuộn dây, việc bật và tắt cuộn dây vận hành dẫn đến chuyển động cơ học của cơ cấu tay quay và quá trình quay trở lại được thực hiện bằng lò xo, tương tự như những gì xảy ra trong van điện từ và khóa điện từ.

Trong động cơ điện từ nhiều cuộn dây, việc kích hoạt xen kẽ các cuộn dây được thực hiện với sự trợ giúp của các van... Dòng điện từ nguồn điện được cung cấp cho mỗi cuộn dây ở một trong các nửa chu kỳ của điện áp hình sin. Lõi này liên tục bị hút bởi cuộn dây này hoặc cuộn dây kia, tạo ra chuyển động tịnh tiến, điều khiển trục khuỷu hoặc bánh xe quay.

Solenoids trong các cơ sở thí nghiệm

Các cài đặt thử nghiệm như máy dò ATLAS hoạt động tại Máy Va chạm Hadron Lớn tại CERN sử dụng các nam châm điện mạnh cũng bao gồm các solenoid. Các thí nghiệm vật lý hạt được tiến hành để khám phá các khối cấu tạo của vật chất và điều tra các lực cơ bản của tự nhiên duy trì vũ trụ của chúng ta.

cuộn dây Tesla

Cuối cùng, những người sành sỏi về di sản của Nikola Tesla luôn sử dụng solenoids để chế tạo cuộn dây. Cuộn dây thứ cấp của máy biến áp Tesla không gì khác hơn là một cuộn dây điện từ. Và chiều dài của dây trong cuộn dây hóa ra lại rất quan trọng, bởi vì những người chế tạo cuộn dây ở đây không sử dụng nam châm điện từ làm nam châm điện mà làm ống dẫn sóng, làm bộ cộng hưởng, trong đó, cũng như trong bất kỳ mạch dao động nào, không chỉ có độ tự cảm của dây dẫn, cũng như điện dung được hình thành trong trường hợp này từ gần nhau đến bạn bè trên lượt. Nhân tiện, hình xuyến ở đầu cuộn dây thứ cấp được thiết kế để bù cho điện dung phân tán này.

Chúng tôi hy vọng rằng bài viết của chúng tôi hữu ích cho bạn và bây giờ bạn đã biết điện từ là gì và có bao nhiêu lĩnh vực ứng dụng của nó trong thế giới hiện đại, bởi vì chúng tôi không liệt kê tất cả.