Solenoida — perangkat, operasi, aplikasi

Artikel ini akan fokus pada solenoida. Pertama kita akan mempertimbangkan sisi teoretis dari topik ini, kemudian sisi praktisnya, di mana kita akan mencatat area penerapan solenoida dalam berbagai mode pekerjaan mereka.

Solenoid adalah kumparan silinder yang panjangnya jauh lebih besar dari diameternya. Kata solenoid sendiri terbentuk dari gabungan dua kata — solen dan eidos, yang pertama diterjemahkan sebagai tabung, yang kedua — serupa. Artinya, solenoida adalah kumparan yang berbentuk seperti tabung.

Solenoida dalam arti luas adalah induktor yang dililit kawat pada rangka silinder, yang bisa berlapis tunggal atau berlapis banyak... Karena panjang kumparan solenoid jauh melebihi diameternya, maka ketika arus searah diterapkan melalui koil seperti itu, di dalamnya, di rongga internal, medan magnet yang hampir seragam terbentuk.

Solenoida sering disebut beberapa aktuator berdasarkan prinsip operasi elektromekanis, seperti katup solenoida transmisi otomatis di mobil atau relai retraksi starter.Sebagai aturan, inti feromagnetik bertindak sebagai bagian yang ditarik dan solenoida itu sendiri dilengkapi dengan inti magnet di bagian luar, yang disebut kuk feromagnetik.

Jika tidak ada bahan magnet dalam desain solenoida, maka ketika arus searah mengalir melalui kawat, medan magnet terbentuk di sepanjang sumbu koil, yang induksinya secara numerik sama dengan:

Dimana, N adalah jumlah lilitan pada solenoida, l adalah panjang kumparan solenoida, I adalah arus dalam solenoida, μ0 adalah permeabilitas magnetik ruang hampa.

Di ujung solenoida, induksi magnet adalah setengah dari induksi magnet di dalamnya, karena kedua bagian solenoida di persimpangannya memberikan kontribusi yang sama terhadap medan magnet yang diciptakan oleh arus solenoida. Ini dapat dikatakan untuk solenoida semi-tak terbatas atau untuk koil yang cukup panjang untuk diameter rangka. Induksi magnetik di tepi akan sama dengan:

Karena solenoida terutama merupakan kumparan induktif, seperti kumparan apa pun dengan induktansi, solenoida dapat menyimpan energi dalam medan magnet secara numerik sama dengan pekerjaan yang dilakukan sumber untuk menciptakan arus dalam kumparan yang menghasilkan medan magnet solenoida:

Perubahan arus dalam koil akan menyebabkan munculnya EMF induksi sendiri, dan tegangan di ujung kabel koil solenoida akan sama dengan:

Induktansi solenoida akan sama dengan:

Di mana V adalah volume solenoida, z adalah panjang kawat dalam kumparan solenoida, n adalah jumlah putaran per satuan panjang solenoida, l adalah panjang solenoida, μ0 adalah permeabilitas magnetik vakum.

Ketika arus bolak-balik mengalir melalui kabel solenoida, medan magnet solenoida juga akan bolak-balik. Resistansi AC solenoid bersifat kompleks dan mencakup komponen aktif dan reaktif yang ditentukan oleh induktansi dan resistansi aktif koil.

Penggunaan praktis solenoida

Solenoida digunakan dalam banyak aplikasi industri dan sipil. Seringkali drive linier hanyalah contoh operasi solenoida DC. Periksa gunting di mesin kasir, katup mesin, relai tarik starter, katup hidrolik, dll. Dalam arus bolak-balik, solenoida bertindak sebagai induktor tungku wadah.

Kumparan solenoid biasanya terbuat dari tembaga, lebih jarang kawat aluminium... Dalam industri teknologi tinggi, kumparan superkonduktor digunakan. Inti dapat berupa besi, besi tuang, ferit atau paduan lainnya, seringkali dalam bentuk seikat lembaran, atau mungkin tidak ada sama sekali.

Bergantung pada tujuan mesin listrik, intinya terbuat dari satu atau bahan lain. Perangkat seperti mengangkat elektromagnet, menyortir benih, membersihkan batu bara, dll. Selanjutnya kita akan melihat beberapa contoh penggunaan solenoida.

Katup Solenoid Garis

Dengan menerapkan tegangan ke koil solenoida, cakram katup ditekan dengan kuat ke port pilot oleh pegas dan saluran ditutup. Ketika arus dialirkan ke koil katup, angker dan cakram katup terkait naik, ditarik oleh koil, berlawanan dengan pegas dan membuka lubang pilot.

Perbedaan tekanan pada sisi katup yang berbeda menyebabkan fluida bergerak di dalam pipa, dan selama tegangan diterapkan ke koil katup, pipa tidak tersumbat.

Saat solenoida dimatikan, pegas tidak lagi menahan apa pun dan katup meluncur ke bawah, menghalangi lubang pilot. Pipa ditutup kembali.

Relai starter elektromagnetik mobil

Motor starter pada dasarnya adalah motor DC bertenaga yang ditenagai oleh aki mobil. Pada saat menghidupkan mesin, roda gigi starter (bendix) harus segera diaktifkan beberapa saat dengan roda gila poros engkol, dan pada saat yang sama motor starter dihidupkan. Solenoid disini adalah starter solenoid coil.

Relai retraktor dipasang pada rumah starter dan ketika daya dialirkan ke koil relai, inti besi yang terhubung ke mekanisme yang menggerakkan roda gigi ke depan ditarik. Setelah mesin dihidupkan, catu daya terputus oleh koil relai dan roda gigi dikembalikan berkat pegas.

Kunci solenoida

Dalam kunci elektromagnetik, baut digerakkan oleh gaya elektromagnet. Kunci tersebut digunakan dalam sistem kontrol akses dan sistem pintu air. Pintu yang dilengkapi dengan kunci semacam itu hanya dapat dibuka selama periode validitas sinyal kontrol. Setelah menghilangkan sinyal ini, pintu yang tertutup akan tetap terkunci, terlepas dari apakah pintu tersebut dibuka.

Keuntungan kunci solenoid termasuk desainnya — jauh lebih sederhana daripada kunci mesin, lebih tahan aus. Seperti yang Anda lihat, di sini solenoid dipasangkan lagi dengan pegas balik.

Induktor dengan solenoid dengan pemanasan

Induktor multiturn solenoid biasanya digunakan untuk pemanasan. Kumparan induktor terbuat dari tabung tembaga berpendingin air atau busbar tembaga.

Dalam instalasi frekuensi menengah, belitan satu lapis digunakan, dan dalam belitan frekuensi industri, belitan dapat berupa satu lapis atau banyak lapis. Hal ini disebabkan oleh kemungkinan pengurangan rugi-rugi listrik pada induktor dan dengan kondisi kesesuaian parameter beban dan dengan parameter voltase dan faktor daya catu daya. Untuk memastikan kekakuan koil induktif, dempulnya paling sering digunakan di antara pelat semen asbes terakhir.

Dalam instalasi modern pengerasan dan pemanasan induksi Solenoida beroperasi dalam mode AC frekuensi tinggi, sehingga biasanya tidak memerlukan inti feromagnetik.

Motor solenoida

Pada motor solenoid kumparan tunggal, menghidupkan dan mematikan kumparan operasi menghasilkan gerakan mekanis dari mekanisme engkol, dan pengembalian dilakukan oleh pegas, mirip dengan apa yang terjadi pada katup solenoid dan kunci solenoid.

Pada motor solenoida multi-belitan, aktivasi kumparan bolak-balik dilakukan dengan bantuan katup.Untuk setiap kumparan, arus dari sumber daya disuplai dalam salah satu setengah siklus tegangan sinusoidal. Inti secara berturut-turut tertarik oleh satu atau kumparan lainnya, membuat gerakan bolak-balik, menggerakkan poros engkol atau roda untuk berputar.

Solenoida di fasilitas eksperimental

Instalasi eksperimental seperti detektor ATLAS yang beroperasi di Large Hadron Collider di CERN menggunakan elektromagnet kuat yang juga mencakup solenoida. Eksperimen fisika partikel dilakukan untuk menemukan bahan penyusun materi dan untuk menyelidiki gaya dasar alam yang menopang alam semesta kita.

kumparan Tesla

Terakhir, penikmat warisan Nikola Tesla selalu menggunakan solenoida untuk membuat kumparan. Gulungan sekunder transformator Tesla tidak lebih dari sebuah solenoida. Dan panjang kawat dalam kumparan ternyata sangat penting, karena pembuat kumparan di sini menggunakan solenoida bukan sebagai elektromagnet, tetapi sebagai pandu gelombang, sebagai resonator, di mana, seperti dalam rangkaian osilasi mana pun, tidak hanya ada induktansi kawat, tetapi juga kapasitansi yang terbentuk dalam hal ini dari jarak dekat ke teman secara bergiliran. Omong-omong, toroid di bagian atas belitan sekunder dirancang untuk mengkompensasi kapasitansi terdistribusi ini.

Kami harap artikel kami bermanfaat bagi Anda dan sekarang Anda tahu apa itu solenoida dan berapa banyak area penerapannya di dunia modern, karena kami tidak mencantumkan semuanya.