Любая электрическая машина работает благодаря наличию многих специальных деталей. Предлагаем рассмотреть, что такое нормально закрытый соленоидный клапан, его принцип действия и где его купить.
Общие сведения
Электромагнитный соленоидный водяной или газовый клапан – это электромеханическое устройство, предназначенное для контроля потока жидкости или газа в приборах мощностью до v308 (EV220B, Tecofi, Castel, ESM, EVR, GBP, GBV, NBR, PARKER, SCE, SYDZ, АКПП, КСВМ, ЗСК, ИСП, Burkert, КСП). Данный клапан управляется с помощью электрического тока, который пропускает катушка. При подаче тока, создается магнитное поле и заставляет двигаться поршень внутри катушки. В зависимости от конструкции, поршень откроется при подаче электричества, либо закроется пропускной кран. Когда ток перестанет поступать катушке клапана, он вернется к своему обычному состоянию.
Фото – Соленоидный клапан danfossМеханизмы бывают :
- прямого и непрямого типа действия;
- вакуумный, гидравлический, пневматический клапан;
- 2-, 3-, много-ходовой.
Электрические клапаны прямого действия открывают и закрывают отверстие внутри клапана. В опытно-управляемых клапанах (их еще называют запорный прибор), поршень, открывает и закрывает отверстие. В клапанах высокого давления (к примеру, фланцевый клапан) используются поршни и специальные уплотнители, которые контролируют состояние отверстия.
Видео: соленоидные клапаны Danfoss
Описание конструкции стандартного устройства
Наиболее простой соленоидный электромагнитный клапан имеет два порта: на входе и выходе. Дополнительно может быть три или более портов.
Фото – Конструкция соленоидного клапана
Вода или газ поступает через входное отверстие (2). Любое вещество должно проходить через отверстие бака (9), прежде чем поступить в выходное отверстие (3). Выходное отверстие закрыто поршнем (7).
Электроклапан на фото выше – это нормально закрытый соленоидный электромагнитный клапан типа ASCO, ТОРК или Данфосс (Danfoss). Работает он следующим образом: данные устройства соединены с пружиной (8), которая давит на поршень против открытия проходного сечения. Уплотнительный материал на кончике поршня содержит защиту (прокладку) от попадания в отверстия воды или газа, до тех пор, пока поршень поднимается с помощью электромагнитного поля, создаваемого катушки. Схема демонстрирует работу стандартного.
Фото – Соленоидный клапан
Есть много вариаций конструкции клапана. Обычные клапаны могут иметь множество портов и поршней. Двухходовой клапан непрямого действия (обратный) имеет 2 порта – EV1140, ДУ50, ДУ32, ДУ100, ДУ15, ДУ25, серия РУ16; если клапан открыт, два порта подключены и жидкость перемещается между ними; если клапан закрыт, то порты находятся в изоляции. Если клапан открыт, то соленоид не под напряжением, затем клапан называется нормально разомкнутый (Н.Р.). Аналогично, если клапан закрыт, то соленоид не под напряжением, такой клапан называется нормально замкнутый, скажем, YCD21, YCPS31, YCWS1. Есть также трех портовые и более сложных конструкций устройства, у них обозначение имеет вид 30 (3, 33, и т.д.). Трехходовой клапан имеет 3 порта для управления электроприводом; он соединяет один порт, либо два из них (как правило, порт поступления и выхлопной канал).
Небольшой электромагнитный клапан можете создать ограниченную силу. Примерное соотношение между необходимыми электромагнитными силами Fs, давлением жидкости P и площадью отверстия A для клапана прямого действия имеет значение:
Fs = P*A = P*pi *d 2 / 4
Где d – диаметр отверстия.
В некоторых электромагнитных клапанах электромагнитные силы действуют непосредственно на главную арматуру. Другие используют небольшие, полные электромагнитные клапаны, известные как пилотируемые. Пилотируемые клапаны требуют гораздо меньше энергии, но они намного медленнее. Такие соленоиды, как правило, нуждаются в полной мощности все время, чтобы полностью открыться и удерживать такое положение.
Конструкция и назначение пилотируемого клапана
Газовый отсечной пилотный клапан SCE238A002 (200 бар), Немен, VIKING, SPOOL, JOUCOMATIC, ЭВЕЛЕН, SMART TORK, состоит из двух основных частей: пропускного устройства и клапана прямого действия. Пропускной механизм преобразует электрическую энергию в механическую, которая, в свою очередь, открывает или закрывает деталь. В клапане прямого действия осуществляется управление потоком жидкости или газа.
Фото – Электромагнитный клапан
Электромагнитные клапаны могут использовать металлические пломбы или резиновые уплотнители, также его легко контролировать. Пружина используется для хранения клапана нормально разомкнутым или сомкнутым, в то время, когда он не используется.
Вода под давлением поступает в камеру. Входное отверстие представляет собой эластичную мембрану, а над ней расположена пружина, толкающая её вниз. Диафрагма имеет отверстие, проходящее через центр, оно позволяет контролировать количество воды, зачастую пропускается очень малая часть. Эта вода заполняет полости на другой стороне диафрагмы, так что давление одинаково по обе стороны клапана.
После того, как диафрагма закрывается клапаном, давление на выходе дна уменьшается, и большее давление держит клапан закрытым. Таким образом, пружина не имеет отношения к закрытию или открытию клапана.
Если ток проходит через мембранный соленоид, вода в камере вытекает через прямой проход быстрее, чем пополняется камера. Входящее давление поднимает диафрагму.
Когда соленоид снова выключается, проход закрыт пружиной, нужно очень мало сил, чтобы толкнуть диафрагму вниз, главный клапан снова закрывается. На практике часто отсутствует отдельная пружина; эластомера диафрагмы адаптирована так, что работает, как собственный источник, в основном в закрытой форме.
Фото – Соленоидные клапаны Sirai
Из объяснения видно, что этот тип клапана зависит от перепада давления между входом и выходом, так как для его работы давление на входе должно быть всегда больше, чем давление на выходе. Если давление на выходе, по любой причине, выше входного, клапан слишком быстро откроется, чтобы этого не допустить разница размеров должна быть не больше половины дюйма.
Для усиления давления часто используется пластиковый уплотнитель, который закрепляется в районе входящего отверстия.
Способ подключения у каждого прибора немного отличается, поэтому очень рекомендуем при покупке прочитать сертификат, проверить паспорт определенной модели. Инструкция подробно описывает монтаж каждого отдельного клапана.
Область применения
Область применения напрямую зависит от материала клапаны. Деталь, основной материал которой латунь, не применяется в агрессивных средах, скажем, для контроля дизельного топлива, жидкости с кислотной основой.
Электромагнитные клапаны используются в для контроля гидравлики и пневматических систем, для управления цилиндрами или крупных промышленных клапанов с большим диаметром.
Фото – Двухходовой соленоидный клапан
Чаще всего производство использует клапан для механизмов и устройств, где необходимо ограниченное поступление воды, газа, воздуха, т.д. – стиральная машина, посудомоечная установка, контроль системы отопления. Импульсный клапан двойного типа действия используется как устройство для подачи воздуха и воды в стоматологических кабинетах, для полива земли, подпитки разнообразных приборов при помощи дизтоплива, контроля работы машины с газовой мини-установкой и даже для холодильника.
Обзор цен
Купить соленоидный воздушный, дренчерный или газовый клапан мощностью до 380 вольт в России, Украине, Беларуси, можно в любом специализированном магазине. Вы найдете устройства такого типа: фреона, Хонда, СВМ, CEME (СЕМЕ), СКН для разнообразных установок. Каждый производитель предлагает свой прайс-лист, мы собрали средние цены на клапаны производства России, Италии, Германии и стран СНГ:
Все фирмы предоставляют гарантию на свою продукцию год, продажа осуществляется в официальных дилерских магазинах.
Клапан электромагнитный или как его ещё называют соленоидный клапан это вид запорной арматуры с электромеханическим принципом действия. Он выполняет функции автоматизации и удаленного контроля направления газообразных и жидких рабочих сред на трубопроводе. Дозированная подача необходимого объема потока в момент времени обеспечивается с помощью электромагнитной катушки.
Соленойдный вентиль широко применяется как на бытовом уровне, так и в крупных промышленных системах. При большом диапазоне рабочих температур. электромагнитный вентиль выполняет регулирование потока среды. , .
Принцип работы и конструкция электромагнитного клапана
При производстве электромагнитного клапана применяются материалы, которые соответствуют требованиям ГОСТ и международным стандартам. Соленойдный клапан состоит из следующих элементов:
При этом корпус может изготавливаться из , . убрана в герметичный корпус, а обмотка выполнена из высокопрочной технической меди. Для обеспечения максимальной герметичности для изготовления используются такие материалы как термостойкая резина, силикон, каучук, фторопласт, политетрафторэтилен (PTFE). Нержавеющую маркированную сталь так же используют для производства .
Принцип работы электроклапана основан на работе такого элемента как электромагнитная катушка. Когда постоянный или переменный ток отсутствует на катушке, то под механическом воздействии пружины, мембрана или поршень клапана расположены в седле устройства. Однако при подаче напряжения различной мощности на соленоид, плунжер втягивается внутрь катушки, тем самым обеспечивая открытие или закрытие протокового отверстия. Прекращение подачи напряжения на катушку приводит к закрытию створок. Соленоидный клапан может иметь разные конструктивные особенности которые зависят от его типа.
Типы электромагнитного клапана
Электромагнитные клапаны разделяют по типу рабочего положения, принципу действия, присоединения к трубопроводу, уплотнительной мембраны и уплотнению поршня.
По типу рабочего положения клапаны бывают:
· Поломка индукционной катушки вызывается неправильной мощностью напряжения, которое подаётся на катушку или превышением граничных показателей температуры или давления внутри трубопровода, так же попадание влаги внутрь катушки может вызвать короткое замыкание и сгорание катушки. Данная неисправность устраняется заменой . Так же Вы можете установить , для предотвращения перегрева катушки.
· Если клапан открывается и закрывается не полностью, то это может быть вызвано засорением управляющего отверстия, дефектом мембраны, прокладки или уплотнения поршня, а так же остаточным напряжением на катушке.
Ремонт соленоидного клапана производится квалифицированными специалистами, которые имеют доступ к работе с электросетями.
Производство электромагнитных клапанов осуществляется на специальных заводах трубопроводной арматуры, которые расположены практически в каждой стране мира.
Стоимость соленоидного клапана зависит от его функций, типа конструкции, диаметра, фирмы производителя электромагнитных (соленоидных) клапанов. Наши специалисты могут помочь определить необходимый вид устройства.
Автоматизация современных процессов управления потоками воздуха, пара, воды и иных газообразных и жидких сред, где используется электромагнитный соленоидный клапан - прочно вошла в нашу жизнь. Запорный клапан с электромагнитным приводом широко используются в различных трубопроводных системах и аппаратах с автоматическим управлением, а также при управлении различными технологическими процессами оператором вручную.
В настоящей статье мы постараемся для вас раскрыть вопросы, что же такое запорный электромагнитный клапан, его принципиальное устройство, классификацию и принцип работы соленоидных клапанов, а также, каким образом происходит управление электромагнитными клапанами в современных инженерных системах.
Запорный электромагнитный клапан - назначение и изготовление
Электромагнитный запорный клапан предназначается для применения в качестве регулирующего и запорного устройства при осуществлении быстрого дистанционного управления (отключения или включения) потоками жидкости, пара, воздуха или газа любой трубопроводной системы.
Наиболее широко применяемым есть электромагнитный соленоидный клапан. При изготовлении этого устройства применяются электрические магниты с неподвижными своими частями, которые называют соленоидами. Поэтому и само устройство называют соленоидным электромагнитным клапаном.
Состоит клапан с электромагнитным приводом из корпуса, катушки электромагнитного клапана с сердечником, и установленным на нем диском или поршнем, регулирующим поток рабочей среды.
Изготавливаются корпуса клапанов из специальных пластиков, латуни или нержавеющей стали. В качестве применяемых материалов для изготовления мембран, уплотнений и прокладок корпусов электромагнитных клапанов чаще всего используется термостойкая и маслостойкая резина, каучук, фторопласт или силикон.
По своему устройству, соленоидный электромагнитный клапан подобен устройству обычного, всеми нами "знанного" - запорного клапана. Однако управление электромагнитными клапанами, то есть открытие или закрытие их рабочего органа, осуществляется без приложения наших физических усилий, путем подачи на электромагнитную катушку (соленоид) клапана - электрического напряжения.
Электромагнитный соленоидный клапан используется, как в достаточно сложных различных технологических процессах, так и в нашем быту.
Используя запорный электромагнитный клапан, мы можем дистанционно подать необходимый нам объём пара, жидкости или газа в необходимый момент времени, к примеру, при подаче воды в поливные системы, регулировании различных хозяйственных отопительных процессов, обеспечении устойчивой работы котлоагрегатов и прочее.
Принцип работы электромагнитного клапана
В общих чертах принцип работы электромагнитного соленоидного клапана заключается в следующем:
В статическом положении, когда катушка электромагнитного клапана обесточена и клапан закрыт (или открыт в зависимости от его типа), мембрана клапана или его поршень за счет механического воздействия пружины находится в герметичном соприкосновении с седлом клапана. При подаче же электрического напряжения на катушку - клапан с электромагнитным приводом открывается. Это осуществляется посредством воздействия магнитного поля, создаваемого в катушке клапана (соленоиде), на плунжер и его втягивания в нее.
При выборе Вами электромагнитного запорного клапана надо всегда учитывать его технические характеристики и конструктивные особенности, ибо не все клапаны допускают направление движения рабочей среды в любую сторону. Некоторые из клапанов предназначены лишь для работы при определенно заданном направлении движения потока рабочей среды, как правило, под золотник. При несоблюдении этого условия - такие клапаны, как правило, частично или полностью теряют свою работоспособность или не в полной мере обеспечивают герметичность своего запорного органа.
Типовое устройство электромагнитного соленоидного клапана
Как видно из представленного рисунка, устройство типового электромагнитного клапана следующее, где:
1. Соленоидная катушка (магниты).
2. Якорь катушки.
3. Пружина закрывающая.
4. Тарелка электромагнитного клапана.
5. Пилотное отверстие.
6. Диафрагма мембранного усилителя.
7. Основное проточное отверстие.
8. Выравнивающее проточное отверстие.
9. Принудительная система открытия клапана с пружиной.
Классификация и конструктивные особенности исполнения электромагнитных соленоидных клапанов
В зависимости от местоположения запорного органа, когда катушка электромагнитного клапана обесточена, клапаны по типу делятся на нормально открытого (НО) и клапана нормально закрытого типа (НЗ). В нормально открытых клапанах при обесточенной их катушке - проход движению агента рабочей среды открыт, а для клапанов типа НЗ и отсутствии напряжения на их катушке - этот проход закрыт.
Существуют также конструкции современных электромагнитных клапанов, настраиваемые на определенный вид, в зависимости от надобности - НО или НЗ.
Кроме того, по исполнению, в зависимости от подающегося на катушку управляющему импульсу, электромагнитные клапаны бывают импульсные (бистабильные), которые могут переключаться с закрытого на открытое положение и наоборот.
В зависимости от систем использования, электромагнитные клапаны по рабочей среде бывают на воздух, газ, пар, воду, бензин или другое топливо.
Также, в зависимости от сред и помещений, где используются соленоидные электромагнитные клапана - они могут изготавливаться, как в обычном, так и во взрывозащищенном исполнении. Последняя категория данных клапанов особенно широко используется в системах нефтегазодобычи, на складах топлива, автомобильных заправочных станциях и других взрывопожароопасных объектах народного хозяйства.
Управление электромагнитными клапанами
Зависимо от того, как осуществляется управление электромагнитными клапанами - они делятся на клапаны электромагнитные прямого действия и клапаны с поршневым или мембранным усилением, где в качестве дополнительной, используется энергия рабочей среды регулируемой ими системы.
Электромагнитный соленоидный клапан прямого действия свое перемещающее усилие на шток золотника создает лишь посредством тягового усилия соленоида (катушки), находящегося в верхней части устройства, в то время, когда клапаны с «усилением», используют перепады давления рабочей среды в трубопроводе до и после установленного устройства.
Клапаны прямого действия конструктивно просты и обладают по сравнению с электромагнитными клапанами, работающими с усилением, высоким исполнительным быстродействием и характеризуются надежностью в эксплуатации.
Конструктивно, электромагнитные клапаны, работающие с усилением, имеют основной золотник, предназначенный для непосредственного перекрытия отверстия в седле корпуса клапана, и золотник управляющий - механически связанный с сердечником электромагнитного соленоидного привода.
Сам управляющий золотник клапана иногда еще называют импульсным клапаном устройства. Под действием подаваемого на обмотку соленоида электрического напряжения, управляющий золотник закрывает или открывает проход для рабочей среды в усилитель через разгрузочное отверстие, диаметр которого намного меньше диаметра основного прохода клапана.
Применение усилителя для перемещения штока клапана, работающего на принципе соединения его рабочей полости с входной частью клапана посредством использования управляющего золотника, позволяет резко снизить тяговое усилие на сам сердечник электромагнита, используя для этого дополнительно энергию самой рабочей среды.
Одно или несколько разгрузочных отверстий электромагнитного клапана, которые перекрываются золотниками управляющего запорного органа - служат для сброса давления с надмембранной полости или полости над поршнем, следствием чего есть поднятие основного золотника, а соответственно и открытия основного прохода электромагнитного клапана.
Заключение
Надеемся, что предоставленная в статье информация, существенно расширит ваши познания в области регулирования современных трубопроводных систем посредством использования в них электромагнитных соленоидных клапанов.
Для воды предназначен для регулировки прохождения жидкости. Устройство работает по электромеханическому принципу. Для изготовления корпуса выбираются стойкие и универсальные, а также высокопрочные материалы по типу литейного чугуна, латуни, нержавеющей стали. Что касается мембран и уплотнителей, то они выполняются из высокоэластичных полимеров. Помимо прочего, в составе может быть силиконовая резина.
Подобное устройство устанавливается в той части системы трубопровода, к которой будет обеспечен легкий доступ.
Устройство соленоидного клапана
Еще называется соленоидным. Он имеет в составе основные детали по типу мембраны, корпуса, пружины, крышки, штока, а также которая является соленоидом. Крышка и корпус клапанов отливаются из нержавеющей стали, латуни, полимеров или чугуна. Данные устройства рассчитаны для эксплуатации при самых разных рабочих средах, температурах и давлениях.
Для штоков и плунжеров используются магнитные материалы. Электрокатушки, которые называются соленоидами, изготавливаются в пылезащищенном или герметичном корпусе. Высококачественный эмальпровод идет на обмотку катушек. Он изготавливается из электротехнической меди. Соединение с системой трубопровода может производиться по сланцевому или резьбовому методу. Для подключения к электрической сети применяется штекер. Управление производится методом подачи напряжения на катушку.
Ведущие рабочие положения
Если рассматривать вышеописанные устройства по исполнению, то они могут быть нормальнозакрытыми или нормальнооткрытыми. Среди разновидностей можно выделить еще и бистабильные клапаны, которые называются импульсными. Управляющий принцип способствует переключению с закрытого на открытое положение.
Принцип действия
Может использоваться при различных условиях, это предполагает применение устройств прямого действия, а также приборов, срабатывающих при нулевом перепаде давления. В продаже можно встретить клапаны непрямого действия, которые являются пилотными. Они срабатывают исключительно при самом малом перепаде давления.
Подобные устройства можно подразделить на распределяющие трёхходовые, запорные и переключающие клапаны.
Информация об уплотнителях и мембранах
Электромагнитный клапан для воды имеет в составе мембраны, которые могут изготавливаться из эластичных полимерных материалов. Последние обладают специальной конструкцией и химическим составом. Помимо прочего, в конструкции клапанов применяются самые последние составы а также другие полимеры.
Принцип работы пилотного клапана
Электромагнитный клапан для воды своими руками может быть установлен достаточно быстро. Если речь идет о нормальнозакрытом устройстве, то в статическом положении напряжение отсутствует, при этом клапан находится в закрытом состоянии. Поршень, который является запорным органом, герметично прижат, он расположен у седла уплотнительной поверхности. Пилотный канал находится в закрытом состоянии. Давление в верхней полости поддерживается с помощью перепускного отверстия в мембране.
Клапан такого типа находится в закрытом состоянии до тех пор, пока катушка не подвергнется напряжению. Для того чтобы он открылся, напряжение должно подаваться на катушку. Под воздействием магнитного поля плунжер поднимается, открывая канал. По той причине, что диаметр канала значительно больше перепускного, давление верхней полости понижается. Разница давлений воздействует на подъем поршня или мембраны, что способствует открытию клапана. Электромагнитный клапан подачи воды будет находиться в открытом состоянии до тех пор, пока катушка будет подвергаться напряжению.
Принцип действия нормальнооткрытого клапана
Работает такое устройство по обратному принципу: в статичном положении прибор находится в открытом виде, а вот при повышении напряжения клапан закрывается. Для того чтобы удержать прибор в закрытом состоянии, напряжение будет подаваться на катушку достаточно долго. Для того чтобы любые пилотные клапаны работали правильно, нужно обеспечить малый перепад давления.
Подобные устройства называются клапанами непрямого действия по той причине, что кроме подачи напряжения, необходимо выполнение условия, которое заключается в перепаде давления. Использовать такое приспособление можно для систем отопления, водоснабжения, ГВС, а также пневмоуправления. Агрегат подходит для тех условий, где давление в трубопроводе присутствует.
Работа клапана прямого действия
Электромагнитный клапан, схема которого дает возможность понять принцип работы, может обладать прямым действием. У такого устройства пилотный канал отсутствует. В центральной части находится эластичная мембрана, которая обладает металлическим кольцом. Сквозь пружину она соединена с плунжером. Когда на катушку воздействует магнитное поле, клапан открывается, плунжер поднимается и снимает усилие с мембраны. Последняя поднимается и способствует открыванию клапана. В тот момент, когда происходит закрытие, магнитное поле отсутствует, плунжер опускается и воздействует на мембрану.
Для такого прибора минимальный перепад давления не требуется. Электромагнитный клапан, фото которого представлены в статье, может использоваться в системах с давлением, а также на сливных емкостях. Установить прибор можно и в условиях накопительных ресиверов. Монтировать такое устройство можно в тех местах, где давление отсутствует или находится на минимальном уровне.
Особенности работы бистабильного клапана
Этот клапан может находиться в двух устойчивых положениях: в закрытом и открытом. Переключение осуществляется последовательно методом подачи импульса на катушку. Такие устройства работают исключительно от источника постоянного тока. Для того чтобы удержать клапан в закрытом или открытом положении, не требуется подавать напряжение. По конструкции такие приспособления изготавливаются как пилотные, это указывает на необходимость минимального перепада давления.
Электромагнитный соленоидный клапан представляет собой надежную и функциональную арматуру для системы трубопровода. Если речь идет о специальных электромагнитных катушках, то ресурс их работы очень велик. До момента выхода из строя прибор способен работать, пока число включений не достигнет 1 миллиона. Время, которое требуется для срабатывания магнитного клапана, может составить от 30 до 500 миллисекунд. Конечная цифра будет зависеть от давления, диаметра и исполнения.
Заключение
Устройство электромагнитного клапана было представлено выше, как и принцип его действия. Подобные приборы можно использовать в качестве запорного устройства дистанционного управления. Они незаменимы для безопасности в роли отсечных, отключающих и переключающих электроклапанов. Эти особенности необходимо учесть перед приобретением клапана и его установкой в определенных условиях.
В этой статье речь пойдет о соленоидах. Сначала рассмотрим теоретическую сторону данной темы, затем практическую, где отметим сферы применения соленоидов в различных режимах их работы.
Соленоидом называется цилиндрическая обмотка, длина которой значительно превышает ее диаметр. Само слово соленоид образовано сочетанием двух слов - solen и eidos, первое из которых переводится как труба, второе - подобный. То есть соленоид - это катушка, по форме напоминающая трубу.
Соленоиды, в широком смысле, - это катушки индуктивности, наматываемые проводником на цилиндрический каркас, которые могут быть как однослойными, так и многослойными . Поскольку длина намотки соленоида сильно превышает его диаметр, то при подаче постоянного тока через такую обмотку, внутри нее, во внутренней полости, формируется почти однородное магнитное поле.
Зачастую соленоидами называют некоторые исполнительные механизмы, электромеханического принципа работы, как например соленоидный клапан автоматической коробки передач автомобиля или втягивающее реле стартера. Как правило, в качестве втягиваемой части выступает ферромагнитный сердечник, а сам соленоид , так называемым ферромагнитным ярмом.
Если в конструкции соленоида магнитный материал отсутствует, то при протекании по проводнику постоянного тока, вдоль оси катушки формируется магнитное поле, индукция которого численно равна:
Где, N – число витков в соленоиде, l – длина намотки соленоида, I – ток в соленоиде, μ0 - магнитная проницаемость вакуума.
На краях соленоида магнитная индукция вдвое меньше, чем внутри него, поскольку обе половины соленоида в месте их объединения привносят равный вклад в магнитное поле, создаваемое током соленоида. Это можно сказать о полубесконечном соленоиде или о достаточно длинной, по отношению к диаметру каркаса, катушке. Магнитная индукция по краям будет равна:
Поскольку соленоид - это в первую очередь катушка индуктивности, то как и любая катушка, обладающая индуктивностью, соленоид способен запасать в магнитном поле энергию, численно равную работе, которую совершает источник для создания в обмотке тока, порождающего магнитное поле соленоида:
Изменение тока в обмотке приведет к возникновению ЭДС самоиндукции, и напряжение на краях провода обмотки соленоида будет равно:
Индуктивность соленоида будет равна:
Где, V – объем соленоида, z – длина провода в обмотке соленоида, n – число витков в единице длины соленоида, l – длина соленоида, μ0 - магнитная проницаемость вакуума.
При пропускании через провод соленоида переменного тока, магнитное поле соленоида так же будет переменным. Сопротивление соленоида переменному току имеет комплексный характер, и включает в себя как активную, так и реактивную составляющие, определяемые индуктивностью и активным сопротивлением провода обмотки.
Практическое использование соленоидов
Соленоиды применяются во многих отраслях промышленности и во многих областях гражданской сферы деятельности. Часто поступательные электроприводы - это как раз пример работы соленоидов на постоянном токе. Ножницы отрезания чеков в кассовых аппаратах, клапаны двигателей, тяговое реле стартера, клапаны гидравлических систем и т. д. На переменном токе соленоиды работают в качестве индукторов .
Обмотки соленоидов, как правило, изготавливают из медного, реже - из алюминиевого провода. В высокотехнологичных отраслях применяют обмотки из сверхпроводников. Сердечники могут быть железными, чугунными, ферритовыми или из иных сплавов, часто в форме пакета листов, а могут и вовсе отсутствовать.
В зависимости от назначения электрической машины, сердечник делается из того или иного материала. Устройства типа подъемных электромагнитов, сортирующие семена, очистители угля и т. д. Далее рассмотрим несколько примеров применения соленоидов.
Пока напряжение на обмотку соленоида не подано, тарелка клапана плотно прижата к пилотному отверстию пружиной, и трубопровод перекрыт. При подаче тока в обмотку клапана, якорь и соединенная с ним тарелка клапана поднимаются, втягиваясь катушкой, противодействуя пружине, и открывая пилотное отверстие.
Разность давлений с разных сторон от клапана приводит к движению жидкости в трубопроводе, и пока на катушку клапана подано напряжение, трубопровод не перекрыт.
Когда питание с соленоида снято, пружину больше ничего не удерживает, и тарелка клапана устремляется вниз, перекрывая пилотное отверстие. Трубопровод вновь перекрыт.
Стартер является по сути мощным мотором постоянного тока с питанием от аккумулятора автомобиля. В момент пуска двигателя зубчатая шестерня стартера (бендикс) должна быстро сцепиться с маховиком коленвала на некоторое время, и одновременно включается мотор стартера. Соленоид здесь - обмотка втягивающего реле стартера.
Втягивающее реле установлено на корпусе стартера, и при подаче питания к обмотке реле происходит втягивание железного сердечника, соединенного с механизмом, выдвигающим шестерню вперед. После пуска двигателя питание с обмотки реле снимается, и шестерня возвращается обратно благодаря пружине.
В соленоидных электрозамках ригель приводится в движение усилием электромагнита. Такие замки применяются в системах контроля доступа и в шлюзовых дверных системах. Оборудованная таким замком дверь может быть открыта только в период действия управляющего сигнала. После снятия этого сигнала закрытая дверь останется запертой независимо от того, открывалась ли она.
К преимуществам соленоидных замков можно отнести их конструкцию - она намного проще, чем у моторных замков, более износостойка. Как видим, здесь соленоид снова работает в паре с возвратной пружиной.
При сквозном нагреве используют обычно соленоидные многовитковые индукторы. Обмотку индуктора изготавливают из медной трубки с водяным охлаждением или из медной шины.
В установках средней частоты используют однослойные обмотки, а в установках промышленной частоты обмотка может быть как однослойной, так и многослойной. Это связано с возможным уменьшением электрических потерь в индукторе и с условиями согласования параметров нагрузки и с параметрами источника питания по напряжению и коэффициенту мощности. Для обеспечения жесткости катушки индуктора чаще всего применяют ее стяжку между торцовыми асбоцементными плитами.
В современных установках соленоиды работают в режиме питания переменным током высокой частоты, поэтому ферромагнитный сердечник им, как правило, не нужен.
В однокатушечных соленоидных двигателях включение и выключение рабочей катушки приводит к механическому движению кривошипно-шатунного механизма, причем возврат осуществляется опять же пружиной, подобно тому, как это происходит в электромагнитном клапане и в соленоидном замке.
В многокатушечных соленоидных двигателях попеременное включение катушек осуществляется при помощи вентилей. К каждой катушке ток от источника питания подается в один из полупериодов синусоидального напряжения. Сердечник поочередно втягивается то одной, то другой катушкой, совершая возвратно-поступательное движение, приводя во вращение коленчатый вал или колесо.
Экспериментальные установки типа детектора ATLAS, работающие на Большом адронном коллайдере в ЦЕРН, используют мощные электромагниты, которые тоже включают в себя соленоиды. Эксперименты в физике элементарных частиц проводятся с целью обнаружения строительных блоков материи и изучения фундаментальных сил природы, на которых держится наша Вселенная.
Наконец, ценители наследия Николы Тесла всегда используют соленоиды для построения катушек. Вторичная обмотка трансформатора Тесла - не что иное, как соленоид. И длина провода в катушке оказывается очень важной, ведь строители катушек используют здесь соленоиды не как электромагниты, а как волноводы, как резонаторы, в которых как в любом колебательном контуре есть не только индуктивность провода, но и емкость, формируемая в данном случае расположенными вплотную друг к другу витками. Кстати, тороид на вершине вторичной обмотке призван как раз скомпенсировать эту распределенную емкость.
Надеемся, что наша статья была для вас полезной, и теперь вы знаете, что такое соленоид, и как много сфер его применения есть в современном мире, ведь перечислили мы отнюдь не все из них.
