Для чего нужен соленоид – Соленоидный электромагнитный клапан автоматического действия, зачем нужен и как работает — СамСтрой

Что такое соленоид (электромагнит)? Устройство и применение соленоида

Доброго времени суток, мои дорогие читатели! В этой статье я расскажу вам, что такое соленоид и «с чем его едят». Начну я свое повествование с того, что коротко скажу, что говорит о соленоидах википедия.

Из ее сведений и из энциклопедии можно узнать, что сей прибор является разновидностью катушек индуктивности. Само же это слово произошло от слияния пары греческих слов: Солен (что значит «труба, канал») и Элиос (означающего «подобный»).

Как правило, этим понятием обозначают обмотку провода цилиндрического типа, длина которой во много раз больше диаметра. Соленоиды большой длины изготавливаются и с однослойной намоткой и с намоткой, имеющей много слоев.

В случае значительного превышения длиной намотки диаметра катушки, при прохождении по катушке тока, внутри нее возникает практически однородное электромагнитное поле. Кроме того, весьма нередко соленоидами зовут исполнительные механизмы электромеханического типа, имеющие втягиваемый сердечник из ферромагнитного материала.

Соленоиды этого вида всегда имеют внешний ферромагнитный магнитопровод, который именуется «ярмо».

То, какой силы будет магнитное поле устройства, находится в зависимости от того, сколько в катушке витков, величины силы тока и присутствия (либо отсутствия) у нее сердечника.

Увеличение количества витков намотки и силы тока в ней ведет к возрастанию силы поля магнитного характера. Введение внутрь устройства сердечника из железа еще больше увеличивает магнитную составляющую поля катушки.

Если во внутренней полости устройства имеется сердечник, то такой соленоид зовется электромагнитом. Это, в свою очередь, устройство, которое имеет в своем составе токопроводящую обмотку и сердечник из ферромагнитного материала, способный к намагничиванию во время прохождения тока по обмотке устройства и якоря, который притягивается к этому сердечнику.

Обмотку, как правило, изготавливают из медного, либо алюминиевого провода, покрытого слоем изоляции. Есть приборы, обмотка которых выполнена из материала-сверхпроводника (подробнее про сверхпроводимость). Сердечник же выполняется из таких материалов, как железо, чугун, либо железоникелевые (железокобальтовые) сплавы. Иногда, с целью снизить вредные токи вихревого характера, сердечники изготавливаются не литыми, а из пакета листов.

Основной областью применения этих устройств следует назвать электромашины и аппараты, являющиеся составной частью промавтоматики и защитной аппаратуры установок электротехники. В качестве электромагнитов соленоиды применяются в устройствах подъемного типа, в очистителях угля от частиц металла, в устройствах, сортирующих семена, формующих детали из железа и магнитофонах.

Кроме того, они используются и в приборах электроизмерительного типа. Хочется надеяться, что я достаточно понятно разъяснил, что такое соленоид, где он используется и из чего может состоять. И, думаю, что вы сами сможете найти много способов использования соленоида в самых разных его ипостасях.

Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта, буду рад, если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное. Всего доброго.

Наиболее оптимальные варианты управления соленоидом

Соленоиды используются во многих устройствах для обеспечения линейного или вращательного приведения в действие  механических систем.Хотя управление соленоидом может быть таким же простым, как включение и выключение нагрузки (например, выключатель), часто более высокая производительность может быть получена с помощью специализированной интегральной микросхемы (ИС) для его управления.

В этой статье мы рассмотрим, как система управления электропривода влияет на электромеханические характеристики соленоидов. Будет сравниваться две различные схемы: простой коммутатор и драйвер регулирования тока. Также будут рассмотрены технологии энергосбережения, которые ограничивают рассеивание мощности в соленоиде.

Принцип работы соленоида

Самая примитивная конструкция соленоида представляет собой катушку, создающую магнитное поле. Устройства, которые мы называем соленоидами, состоят из катушки и движущегося сердечника из железа или другого материала. При подаче тока в катушку сердечник втягивается и приводит в движение механический объект, соединенный с сердечником. Простой соленоид показан ниже:

Для приведения в движение сердечника на катушку подается напряжение. Поскольку индуктивное сопротивление катушки довольно велико для ускорения процессов срабатывания на катушку подают повышенное напряжение. Втягивающая сила сердечника пропорциональна току.

Для удержания механического устройства в активной зоне необходим гораздо меньший ток. Если ток в катушке после доведения механического устройства до конечной точки не уменьшить, то это вызовет значительно больший нагрев соленоида.

Для решения этой проблемы можно использовать  драйвер постоянного тока. Ток можно контролировать по времени для обеспечения минимальных тепловых потерь при максимально необходимом удерживающем моменте.

Испытательная установка

Чтобы сравнить электромеханические характеристики различных схем привода соленоида, была создана простая тестовая установка с использованием сервоусилителя, подключенного к соленоиду с изгибом для измерения движения соленоида. Движение, наряду с напряжением и током, было зафиксировано с помощью осциллографа. Для управления соленоидом использовалась MPS MPQ6610 IC.

Простые драйверы для соленоидов

Самый простой способ управлять соленоидом — включить и выключить ток. Это часто делается с помощью переключателя MOSFET с низкой стороны и токового защитного диода (рисунок ниже). В этой схеме ток ограничен только напряжением питания и постоянным сопротивлением соленоида.

Электромеханические характеристики простого привода соленоида ограничены. Поскольку полное напряжение и ток применяются в течение 100% времени, ток втягивания ограничивается постоянной мощностью рассеяния соленоида. Большая индуктивность катушки ограничивает скорость нарастания тока при включении соленоида.

В тесте измерялось движение, напряжение и ток соленоида включаемого с помощью простого переключателя (рисунок ниже). В этом случае время включения соленоида (15 Ом, рассчитанного на 12 В) занимало 30 мс, чтобы приводить в действие механический привод и рассеивать мощность 10 Вт.

Если вы задаетесь вопросом о «впадине» в текущей форме волны, то это уменьшение тока связано с обратной ЭДС, создаваемой движущимся сердечником соленоида. Обратная ЭДС увеличивается по мере того, как сердечник разгоняется до тех пор, пока соленоид не втянется и не остановится.

Высокопроизводительный драйвер соленоида

В большинстве применений полный ток необходим только для втягивания соленоида. После завершения движения уровень тока в соленоиде может быть снижен, что приводит к экономии энергии и значительно меньшему количеству тепла, выделяемого в катушке. Это также позволяет использовать более высокое напряжение питания, что обеспечивает форсировку тока втягивания, чтобы сделать процесс втягивания сердечника соленоида более быстрым и обеспечить большую силу втягивания.

Мощный полумост MPS MPQ6610 вместе с несколькими внешними компонентами может выполнить эту задачу (рисунок ниже). MPQ6610 рассчитан на 60 В и 3 А и доступен в небольших пакетах TSOT и SOIC.

Результирующие сигналы возбуждения показаны на рисунке ниже. Желтая линия — это сигнал OUT, управляющий соленоидом, а зеленый — ток соленоида. Первоначально полное напряжение питания 24 В (в этом случае приводится в движение соленоид). После задержки ток уменьшается путем широтно-импульсной модуляции выхода. Время втягивания сокращается до 16 мс, а рассеиваемая мощность удержания значительно ниже (около 600 мВт вместо 10 Вт).

Эта схема работает следующим образом:

Первоначально входной сигнал низкий. Это разряжает C1-D1 и удерживает контакт ISET с низким значением Q1.

Входной сигнал нарастает, что позволяет MPQ6610  «нарастить» выходной сигнал до высокого уровня, применяя полное напряжение питания к соленоиду. C1 начинает заряжаться через R1. Ток поступает из штыря ISET, пропорционального току, протекающему в соленоиде. С зарядом C1 напряжение на штыре ISET может увеличиться.

Предполагая, что в соленоиде имеется достаточный ток, напряжение на шине ISET продолжает расти, пока не достигнет своего порога регулирования тока (1,5 В). На этом этапе MPQ6610 начинает регулировать ток соленоида. Регулируемый ток удержания устанавливается значением R2.

Время задержки (когда соленоид приводится в 100% рабочий цикл) устанавливается значениями R1 и C1. Для стандартного логического уровня 3,3 В время составляет приблизительно 0,33 × RC. Для примера выше, с R1 = 100 кОм и C1 = 2,2 мкФ, 0,33 × RC = 75 мс.

Выводы

Представленные в этой статье измерения показывают, что улучшенная производительность и значительно более низкое потребление энергии могут быть достигнуты с использованием управляющего током драйвера для управления соленоидами. Небольшие драйверы на интегральных микросхемах, такие как MPS MPQ6610, могут обеспечить это преимущество производительности по низкой цене и занимать очень небольшую площадь на печатной плате.

И кому интересно как работает соленоид:

Обсуждение:Соленоид — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

«соленоид — также электромеханические исполнительные механизмы… В таком применении соленоид почти всегда снабжается внешним ферромагнитным магнитопроводом, обычно называемым ярмом.» — зачем?

как ещё по другому называется соленойд двери???

Проверьте первую формулу индуктивности на размерность. Ибо указанная формула в итоге дает метры. —KonstantinSt 10:35, 7 мая 2012 (UTC)

• Дело в том, что это так называемая «военная формула», куда просто надо подставить цифры в выбранной системе единиц. По размерности там получаются не метры, поскольку формально коэффициент 10^-7 является размерным (это μ0/4π{\displaystyle \mu _{0}/4\pi }). С другой стороны, опять же формально, формула не очень корректно. Предлагаю два варианта:

1. Заменить на μ04πz2l{\displaystyle {\frac {\mu _{0}}{4\pi }}{\frac {z^{2}}{l}}}
2. Заменить на 10−7×z[m]2l[m]{\displaystyle 10^{-7}\times {\frac {z[{\mbox{m}}]^{2}}{l[{\mbox{m}}]}}}

— Артём Коржиманов 18:30, 7 мая 2012 (UTC)

Вы уверены насчет коэффициента 1/4? После выражения z из : μ0n2V=μ04πz2l{\displaystyle \mu _{0}n^{2}V\!={\frac {\mu _{0}}{4\pi }}{\frac {z^{2}}{l}}}, указанного z=πdN{\displaystyle z=\pi dN} не получается. Хотя я думаю, просто не достает коэффициента здесь. z=2πdN{\displaystyle z=2\pi dN}

Константин Стуков 08:16, 8 мая 2012 (UTC)

Объём соленоида V=S×l=π(d/2)2×l=πd2l/4{\displaystyle V=S\times l=\pi (d/2)^{2}\times l=\pi d^{2}l/4}. Вот и четвёрка. — Артём Коржиманов 09:02, 8 мая 2012 (UTC)

Хоть я и могу ошибаться, но площадь сечения соленоида имеет вид S=πd2{\displaystyle S=\pi d^{2}}

Константин Стуков 10:52, 8 мая 2012 (UTC)

См. статью круг. Вероятно, вы путаете диаметр с радиусом. — Артём Коржиманов 12:19, 8 мая 2012 (UTC)

Я ничего не путаю. Просто проблема с обозначениями. Спутал диаметр витка с диаметром провода.

Константин Стуков 13:53, 8 мая 2012 (UTC)

Для соленоида на постоянном токе приведены две формулы. Около одной написано СИ, около второй СГС. Я так понимаю, это должна быть одна и та же величина, просто в разных системах счисления единиц. Однако же приведена первая формула для B, а вторая для H. Зачем две РАЗНЫХ формулы, да еще и для разных систем?

Автор сообщения: blueboar 62.165.54.142 09:33, 28 апреля 2013 (UTC)

К обсуждению. Sealle 03:12, 9 мая 2013 (UTC)

Формально, в СГС эти вектора в вакууме равны друг другу, но лучше, конечно, придерживаться единых нотаций, поэтому заменил на вектор B. — Артём Коржиманов 08:15, 9 мая 2013 (UTC)

А что такое соленоид, есть ли он в машине и вообще, если есть, это очень важная деталь в машине????

В каждом автомобиле есть хотя бы один соленоид. Это втягивающая катушка стартера. Автоматические замки дверей в подаляющем количестве — электомоторы и только самые дешёвые — соленоидного типа. По определению соленоид это катушка провода намотанного на цилиндрическую поверхность и имеющая внутри подвижный магнитомягкий сердечник. Применяются в автоматических КПП. Для управления подачей топлива в системах с распределённой подачей его как в дизельных, так и в бензиновых авто. Теперь вы можете судить о важности этой детали.

Только если есть центральный замок (енто такая штучка которая втягивается и вытягивается)

соленоид это типо магнита

Соленоид — это катушка, а внутри сердечник подвижный. Ток подаём на катушку, сердечник задвигается или выдвигается. Так работает втягивающее реле стартера, приводы автоматического закрывания замков дверей, и все, что дальше сами навесите

«Соленоид» — это пассажир опосля «будуна» — выпивший пол банки рассола с утра 🙂 А вот «гуманоид» — это водитель с утра после будуна — который рассола не попил — лучший лакомый кусочек для «ментозавра» с трубочкой и кульком :)))

При пропускании через соленоид электрического тока внутри и вне соленоида возникает магнитное поле. Это катушка провода, намотанного на цилиндрическую поверхность. В машине соленоидом обычно принято называть электромагниты в автоматических коробках передач. При выходе из строя коробка перестаёт работать. Все остальные детали имеют ( обычно) другие названия.

это Вы посмотрели «Война миров»?

лучший ответ у валеры-нафига те он-всю жись живу и не знал-колёс достаточно 4

соленоид — Толковый словарь Ефремовой

соленоид м.

Проволочная спираль, намотанная на сердечник, вокруг которой при пропускании электрического тока создается магнитное поле.

Источник: Современный толковый словарь русского языка 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, соленоиды, соленоида, соленоидов, соленоиду, соленоидам, соленоид, соленоиды, соленоидом, соленоидами, соленоиде, соленоидах Грамматический словарь Зализняка
5. 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… Физический энциклопедический словарь
6. 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
7. соленоид — сущ., кол-во синонимов: 1 катушка 19 Словарь синонимов русского языка
8. Соленоид — См. Гальванизм и Электродинамика. Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона
9. соленоид — Солен/о́ид/. Морфемно-орфографический словарь
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

Изготовление соленоида (электромагнитный возвратно-поступательный механизм) — Электроника

Кто изготавливал лично соленоиды? Столкнулся с трудностями в расчетах и решил выложить вопросы с рассуждениями сюда, заодно пригодится может кому.

Соленоид это електромагнит с подвижным якорем. Якорь играет роль возвратно поступательного механизма. Используются в електрозамках дверей машин и других областях. В моем случае соленоид выполняет функцию плавного регулятора давления в системе: Дроссель, електромагнит и левый конец пружины статически зафиксированы, правый конец пружины и рычаг крана соеденены. При подачи тока в катушку якорь втягивается, соотвественно тянет за собой рычаг, рычаг тянет пружыну и осуществляется плавный ход если добавлять ток. Если ток сбросит — рычаг вернется в исходное положение, которое задает пружина и поток будет перекрыт.

Альтернативой есть актуатор, это електродвигатель + винтовая передача. Видео на ютубе ищите. Минус в том, что оно слишком медленное.

В общем перелопатил я весь интернет в поисках информации по соленоидам и електромагнитам нашел тонны знаний, но без особой конкретики, или это мне так тяжело собрать все в кучу. Тем не менее точных понятных доступных формул я так и не нашел. Даже строители гаусганов пользуются фиксироваными парамтерами и подбирают все методом проб.

Вот что есть на данный момент:

R=U\I

R-требуемое сопротивление исходя из параметров источника питания

 

L=(SR)\g

L-длинна катушки

S-площадь проводника

g-удельное сопротивление меди 0,0175 ом*мм2/м

 

В нашем случае для примера источником питания является «крона», 9 вольт напряжение и 500мАч емкость (I не указано на корпусе, взял стандарт с гугла)

 

Провод медный сечение 0.8мм, значит радиус 0.4, площадь =piR2= 3.14*0.4*0.4 = 0.5024мм2

 

Ток в аккумуляторах высчитывается по формуле= емкость делено на 20 часов. Это значит, что полный расход произойдет за 20 часов с напряжением 9 вольт и током 0.025 А, I = 500\20=0.025A

 

Сопротивление системы равно = R=9\0.025=360Om

 

Значит длинна провода

 

L= (0.5024*360)\0,0175= 10335 мм = 10м

Надо так много провода на относительно маломощный соленоид. Что ж, попробуем.

В итоге получилась высота катушки 5см, внутренний диаметр 0.5см, внешний где-то 2см, и 6.5 слоев намотки провода. Витки не считал.

Результат вообще нулевой, вставив гвоздь в середину ели притянулась к гвоздю шайбочка маленькая. Отчаявшись решил сделать простой електромагнит — намотал 1 метр провода прямо на гвоздь в несколько слоев, так же результат мизерный.

Игорь Мухин сделал программу (http://imlab.narod.ru/M_Fields/Coil10/Coil10.htm ) для расчетов соленоида, исходные данные:

R1 — внутренний радиус соленоида

R2 — внешний радиус соленоида

H — высота соленоида

D — диаметр обмоточного провода

и напряжение

Результативные данные: Ток, Индуктивность, Сопротивление, Количество витков, индукция то есть тяга

(в софте надо изменить точки на запятые что бы заработало)

Вот в моем случае внутренний внешний радиусы не существенны, главное ток и длинна на которую тянет. Ток же нельзя регулировать, надо его вписать в исходные значения, а в программе нельзя. Написал автору на почту с просьбой скинуть формулы — ответа пока что нету…

Тема интересная, думаю пригодится не только мне