Соленоид это: что это такое, разновидности и устройство. Принцип работы

что это такое, разновидности и устройство. Принцип работы

Соленоид – это обмотка, имеющая цилиндрический вид. Длина этой обмотки в десятки раз превышает ее диаметр. Само слово соленоид происходит из слияния двух терминов «solen», «eidos». Первое из них обозначает «труба», а второе слово переводится как «подобный». На практике, это объясняет форму этой радиодетали, которая имеет вид трубы, но с обмоткой.

Другими словами, соленоид можно назвать отдельным видом катушки индуктивности. При подаче на нее электричества, внутри этой «трубы» образуется электромагнитное поле. Поле, своей силой, втягивает внутрь сердечник, который тем самым совершает механическое действие. Используется это например в изменении положения клапана или открывания замка двери.

В статье будет описано устройство соленоидов, сфера применения и другие вопросы, касающиеся этой радиодетали. Также в статье добавлен интересный файл и видеоролик по данной теме.

Соленоид с подключением

Описание и принцип работы соленоида

Линейный соленоид работает на том же основном принципе, что и электромеханическое реле, описанное в предыдущем уроке, и точно так же, как и реле, они также могут переключаться и управляться с помощью транзисторов или полевых МОП-транзисторов. Линейный соленоид — это электромагнитное устройство, которое преобразует электрическую энергию в механическое толкающее или тянущее усилие или движение. Линейный соленоид в основном состоит из электрической катушки, намотанной вокруг цилиндрической трубки с ферромагнитным приводом или «плунжером», который может свободно перемещать или скользить «ВХОД» и «ВЫХОД» в корпусе катушек. Виды соленоидов представлены на рисунке ниже.

Соленоиды могут использоваться для электрического открывания дверей и защелок, открытия или закрытия клапанов, перемещения и управления роботизированными конечностями и механизмами и даже для включения электрических выключателей только путем подачи питания на его катушку. Соленоиды доступны в различных форматах, причем наиболее распространенными типами являются линейный соленоид, также известный как линейный электромеханический привод (LEMA) и вращающийся соленоид.

Соленоид и сфера применения

Оба типа соленоидов, линейный и вращательный доступны в виде удержания (с постоянным напряжением) или в виде защелки (импульс ВКЛ-ВЫКЛ), при этом типы защелки используются в устройствах под напряжением или при отключении питания. Линейные соленоиды также могут быть разработаны для пропорционального управления движением, где положение плунжера пропорционально потребляемой мощности. Когда электрический ток протекает через проводник, он генерирует магнитное поле, и направление этого магнитного поля относительно его северного и южного полюсов определяется направлением потока тока внутри провода.

Эта катушка проволоки становится « электромагнитом » со своими собственными северным и южным полюсами, точно такими же, как у постоянного магнита. Сила этого магнитного поля может быть увеличена или уменьшена либо путем управления количеством тока, протекающего через катушку, либо путем изменения количества витков или петель, которые имеет катушка. Пример «электромагнита» приведен ниже.

Магнитное поле, создаваемое катушкой

Когда электрический ток проходит через обмотки катушек, он ведет себя как электромагнит, и плунжер, который находится внутри катушки, притягивается к центру катушки с помощью магнитного потока внутри корпуса катушек, который, в свою очередь, сжимает небольшая пружина прикреплена к одному концу плунжера. Сила и скорость движения плунжеров определяются силой магнитного потока, генерируемого внутри катушки.

Когда ток питания выключен (обесточен), электромагнитное поле, созданное ранее катушкой, разрушается, и энергия, накопленная в сжатой пружине, заставляет поршень вернуться в исходное положение покоя. Это движение плунжера вперед и назад известно как «ход» соленоидов, другими словами, максимальное расстояние, на которое плунжер может проходить в направлении «вход» или «выход», например, 0–30 мм.

Такой тип соленоида обычно называется линейным соленоидом из-за линейного направленного движения и действия плунжера. Линейные соленоиды доступны в двух основных конфигурациях, которые называются «тягового типа», так как он тянет подключенную нагрузку к себе, когда они находятся под напряжением, и «толкающего типа», которые действуют в противоположном направлении, отталкивая его от себя при подаче питания. Как притягивающие, так и толкающие типы обычно имеют одинаковую конструкцию, с разницей в расположении возвратной пружины и конструкции плунжера.

Магнитное поле, создаваемое внутри.

Конструкция линейного соленоида вытяжного типа

Линейные соленоиды полезны во многих устройствах, которые требуют движения открытого или закрытого типа (например, внутри или снаружи), таких как дверные замки с электронным управлением, пневматические или гидравлические регулирующие клапаны, робототехника, управление автомобильным двигателем, ирригационные клапаны для полива сада и даже для дверного звонка. Они доступны как открытая рама, закрытая рама или герметичные трубчатые типы.

Материал в тему: Что такое кондесатор

Вращательный соленоид

Большинство электромагнитных соленоидов являются линейными устройствами, создающими линейную силу движения или движения вперед и назад. Однако имеются также вращательные соленоиды, которые производят угловое или вращательное движение из нейтрального положения либо по часовой стрелке, против часовой стрелки, либо в обоих направлениях (в двух направлениях). Вращающиеся соленоиды можно использовать для замены небольших двигателей постоянного тока или шаговых двигателей, если угловое движение очень мало, а угол поворота — это угол, смещенный от начального к конечному положению.

Обычно доступные ротационные соленоиды имеют перемещения 25, 35, 45, 60 и 90 ^o, а также многократные перемещения к определенному углу и от него, такие как самовосстановление в двух положениях или возврат в нулевое вращение, например, от 0 до 90- до -0 ^° , самовосстановление в 3 положениях, например от 0 ^° до +45 ^° или от 0 ^° до -45 ^°, а также фиксация в 2 положениях.

Соленоид в металлическом корпусе.

Вращающиеся соленоиды производят вращательное движение, когда под напряжением, обесточено, или изменение полярности электромагнитного поля изменяет положение ротора с постоянными магнитами. Их конструкция состоит из электрической катушки, намотанной вокруг стальной рамы с магнитным диском, соединенным с выходным валом, расположенным над катушкой.

Когда катушка находится под напряжением, электромагнитное поле генерирует множество северных и южных полюсов, которые отталкивают соседние постоянные магнитные полюса диска, заставляя его вращаться на угол, определяемый механической конструкцией вращающегося соленоида.

Вращающиеся соленоиды используются в торговых автоматах или игровых автоматах, для управления клапанами, затворами камер со специальными высокоскоростными, низкоэнергетическими или регулируемыми позиционирующими соленоидами с высоким усилием или крутящим моментом, такими как те, которые используются в точечно-матричных принтерах, пишущих машинках, автоматах или в автомобилях.

Схема устройства соленоида.

Электромагнитное переключение

Обычно соленоиды, линейные или вращающиеся, работают с приложением постоянного напряжения, но их также можно использовать с синусоидальными напряжениями переменного тока, используя двухполупериодные мостовые выпрямители для выпрямления питания, которые затем можно использовать для переключения соленоида постоянного тока. Малые соленоиды типа DC могут легко управляться с помощью транзисторных или полевых МОП-транзисторов и идеально подходят для использования в роботизированных устройствах.

Однако, как мы видели ранее с электромеханическими реле, линейные соленоиды являются «индуктивными» устройствами, поэтому требуется некоторая электрическая защита через катушку соленоида для предотвращения повреждения полупроводникового переключающего устройства высокими обратными ЭДС. В этом случае используется стандартный «Диод маховика», но вы также можете использовать стабилитрон или варистор малого значения.

Устройство электромагнитного клапана.

Снижение энергопотребления соленоида

Одним из основных недостатков соленоидов, особенно линейного соленоида, является то, что они являются «индуктивными устройствами», изготовленными из катушек с проволокой. Это означает, что соленоидная катушка преобразует часть электрической энергии, используемой для их работы, в «нагрев» из-за сопротивления провода. Другими словами, при длительном подключении к источнику электропитания они нагреваются, и чем дольше время, в течение которого питание подается на соленоидную катушку, тем горячее становится. Также, когда катушка нагревается, ее электрическое сопротивление также изменяется, позволяя течь большему току, повышая ее температуру.

При постоянном входном напряжении, подаваемом на катушку, катушка соленоидов не имеет возможности остыть, потому что входная мощность всегда включена. Чтобы уменьшить этот самогенерируемый эффект нагрева, необходимо уменьшить либо количество времени, в течение которого катушка находится под напряжением, либо уменьшить количество тока, протекающего через нее. Один из способов потребления меньшего тока заключается в подаче подходящего достаточно высокого напряжения на электромагнитную катушку, чтобы обеспечить необходимое электромагнитное поле для работы и посадки плунжера, но затем один раз активировать для снижения напряжения питания катушек до уровня, достаточного для поддержания плунжера, в «сидячем» или закрытом положении.

Используя этот метод, соленоид может быть подключен к его источнику напряжения на неопределенный срок (непрерывный рабочий цикл), так как мощность, потребляемая катушкой, и выделяемое тепло значительно уменьшаются, что может быть до 85-90% при использовании подходящего силового резистора. Однако мощность, потребляемая резистором, также будет генерировать определенное количество тепла, I ² R (закон Ома), и это также необходимо учитывать.

Рабочий цикл соленоида

Другим более практичным способом уменьшения тепла, выделяемого катушкой соленоидов, является использование «прерывистого рабочего цикла». Прерывистый рабочий цикл означает, что катушка многократно переключается «ВКЛ» и «ВЫКЛ» на подходящей частоте, чтобы активировать механизм плунжера, но не дать ему обесточиться во время периода ВЫКЛ. Прерывистое переключение рабочего цикла является очень эффективным способом уменьшения общей мощности, потребляемой катушкой.

Рабочий цикл (% ED) соленоида — это часть времени «ВКЛ», когда на электромагнит подается напряжение, и это отношение времени «ВКЛ» к общему времени «ВКЛ» и «ВЫКЛ» для одного полного цикла операций. Другими словами, время цикла равно времени включения плюс время выключения. Рабочий цикл выражается в процентах, например:

Затем, если соленоид включен или включен на 30 секунд, а затем выключен на 90 секунд перед повторным включением, один полный цикл, общее время цикла включения / выключения составит 120 секунд, (30 + 90) поэтому рабочий цикл соленоидов будет рассчитываться как 30/120 сек или 25%. Это означает, что вы можете определить максимальное время включения соленоидов, если вам известны значения рабочего цикла и времени выключения.

Например, время выключения равно 15 секундам, рабочий цикл равен 40%, поэтому время включения равно 10 секундам. Соленоид с номинальным рабочим циклом 100% означает, что он имеет постоянное номинальное напряжение и поэтому может быть оставлен включенным или постоянно включен без перегрева или повреждения. В этом уроке о соленоидах мы рассматривали как линейный соленоид, так и вращающийся соленоид как электромеханический привод, который можно использовать в качестве выходного устройства для управления физическим процессом. В следующем уроке мы продолжим рассмотрение устройств вывода, называемых исполнительными механизмами, и устройства, которое снова преобразует электрический сигнал в соответствующее вращательное движение, используя электромагнетизм. Тип устройства вывода, которое мы рассмотрим в следующем уроке — это двигатель постоянного тока.

Материал по теме: Что такое реле времени.

Соленоид в упаковке

Соленоиды косвенного действия

Данный вид соленоида является более сложным, и понадобится больше времени для объяснения механизма его работы. Проще говоря, соленоид косвенного действия состоит из двух клапанов, соединённых в один механизм. Основной клапан (main valve) – это золотник, который работает по описанному выше принципу, второй используемый механизм – это управляющий клапан (pilot valve), который находится между золотником и электромагнитом. Управляющий клапан представляет собой маленький соленоид прямого действия, который активирует нажатие большого золотника. Обратите внимание, что соленоид, показанный на данном изображении, является соленоидом прямого действия, так как он напрямую воздействует на управляющий клапан, но вся конструкция в сборе является соленоидом косвенного действия.

Основное различие между соленоидами прямого действия и косвенного действия в том, как они взаимодействуют с механическими частями маркера. Соленоиды прямого действия работают напрямую с элементами механизма маркера. Соленоиды косвенного действия используют воздушный поток для управления золотником. Основная причина существования соленоидов косвенного действия – это их невероятно низкое потребление энергии по сравнению с соленоидами прямого действия. Например, если соленоиду прямого действия необходимо 4 ватта для воздействия на механизм, то соленоиду косвенного действия для того же воздействия нужно всего 0,5 ватта.

Схема работы соленоида.

Далее соленоиды делятся по количеству потоков. Для функционирования у соленоида должно быть хотя бы одно отверстие, через которое воздух поступает в соленоид, одно отверстие, из которого воздух поступает в механизм, и одно отверстие для сброса воздуха. Но в большинстве случаев используется конструкция с двумя отверстиями для подачи воздуха в механизм маркера и двумя отверстиями сброса воздуха. В настоящее время, в основном, используются три основных типа соленоидов:

1. Четырёхпоточный золотниковый клапан (four way spool valve). Этот тип используется в большинстве полностью электропневматических маркеров, где для движения поршня назад и вперёд используется воздух. Например Ego, Angel, Shocker, Dye Matrix и т.п. Неправильно названный тривей (three way valve) на кокерах, тоже является примером четырёхпоточного поршня.
2. Трехпоточный золотник, закрытый в состоянии покоя (3-way spool normally closed). Это трехпоточный клапан, который подаёт воздух при подаче на него напряжения. Когда этот соленоид в состоянии покоя, он не подаёт никакого давления, например pVI Shocker, Invert Mini.
3. Трёхпоточный золотник, открытый в состоянии покоя (3-way spool normally open). Это трёхпоточный клапан, который подаёт давление в состоянии покоя, и перекрывает поток воздуха, когда на него подаётся напряжение, например Ion.

Управляющий клапан в соленоиде всегда является трёхпоточным, закрытым в состоянии покоя. Когда на соленоид подаётся напряжение, управляющий клапан открывается и подаёт воздух для того, чтобы сдвинуть золотник, который, в свою очередь, может быть и трехпоточным и четырёхпоточным.

Каждый соленоид косвенного действия делится на три сегмента: катушка (coil), управляющий клапан (pilot) и золотник (spool). Катушка – это единственная электромагнитная часть всего механизма. Состоит она из медной проволоки, обмотанной вокруг металлического кожуха, внутри которого находится металлический стержень, являющийся противоположным магнитным компонентом клапана. Стержень изготавливается из стали и имеет пружину с одного конца. На противоположном конце соленоида находится золотник, который является клапаном и основной движущейся частью соленоида. Золотники обычно изготавливаются из латуни или алюминия в зависимости от производителя.

Также на золотнике имеются разнообразные прокладки для того, чтобы перенаправлять воздушные потоки. И, наконец, последняя часть соленоида – управляющий клапан, который является “посредником” между движением стержня катушки и золотника. Основной компонент для управляющего клапана – круглый поршень, который передвигает золотник в открытое положение. Поршень представляет собой маленький пластиковый диск с прокладкой вокруг него. За поршнем находится маленький привод, деталь для удержания привода на месте и маленькая заглушка, находящаяся внутри привода. Большинство этих компонентов, как и корпус управляющего клапана, изготавливается из полимеров для того, чтобы улучшить скольжение и уплотнение.

Интересный материал для ознакомления: что такое вариасторы.

В заключение статьи, что же такое двелл? Это время, в течение которого на соленоид подаётся напряжение (соответственно, путь болта маркера в переднее положение + время, которое болт находится в переднем положении, выпуская воздух). При сильном понижении параметра двелл вам придётся компенсировать более короткое время пребывания болта в переднем положении путём повышения рабочего давления маркера, что не будет полезным для вашего маркера. Слишком завышенное значение параметра двелл приведёт к перерасходу воздуха, заряда батареи и большему износу самого соленоида.

Два одинаковых соленоида.

Как проверить работоспособность

Проводник, имеющий форму спирали, в котором возникает магнитное поле, называется соленоидом. Применяется в автомобилях и предназначен для переключения датчиков и клапанов на расстоянии. Таким образом, если клапан или какой-либо датчик перестал функционировать, то, прежде всего, проверке подвергают соленоид.

Для проверки потребуется следующее:

• компрессор;
• оборудование для диагностики;
• различные инструменты – отвертки, ключи и другие.

Для проверки соленоида его необходимо переключить в режим “омметра”. Отыскать соленоид в автомобиле можно посредством технической документации, которая идет с каждым транспортным средством. Соленоид должен быть подключен к бортовому компьютеру. Обратить внимание и на то, в каком состоянии находится клапан. Он может быть закрытым или открытым.

1. Следующим этапом следует проверка электрического сопротивления соленоида. В работе потребуется применить омметр, который следует подключить к клеммам компонента. О том, каким сопротивлением должен обладать соленоид в горячем и холодном состоянии, указано в технической документации. Проверить контур компонента на замыкание. Необходимо каждый контакт через корпус автомобиля замкнуть. В течение долгого периода эксплуатации в соленоиде скапливается большое количество загрязняющих компонентов. По возможности следует промыть соленоид в бензине. Возможно, что приходится иметь дело с неразборным компонентом. Тогда придется заменить старый соленоид на новый, и можно быть уверенным в том, что проблема устранена.
2. Соленоид является источником мощного магнитного поля. В результате этого внутри скапливается большое количество металлических микрочастиц. Они оседают на стенках каналов и вскоре начинают препятствовать нормальной работе клапана. Подвижные части работают с перебоями. Удалять металлические микрочастицы можно посредством компрессора. Высокое давление воздуха удалит весь мусор, скопившийся за несколько лет или месяцев эксплуатации. Не забыть обратить внимание на то, в каком состоянии должен находиться клапан в обычном состоянии.
3. Если соленоид закрыт в нормальном положении, то выполнить простой тест. Отключить устройство от источника питания. После этого направить струю воздуха, которая должна задерживаться внутри, а не выходить через выходной канал. Подать напряжение на соленоид. В данной ситуации воздушная струя должна начать выходить через выходной канал. Если условия выполняются, то можно сказать, что компонент находится в пригодном состоянии.
4. С иной ситуацией придется столкнуться в случае с нормально открытым соленоидом. Как только компонент был обесточен, воздух должен начать выходить через выходной клапан. При подаче тока канал запирается, и воздух остается внутри.

Электромагнитный клапан.

Наличие короткого замыкания становится причиной низкого сопротивления. Его можно измерить и для этого необходимо отыскать электродвижущую силу, а также ее внутреннее сопротивление. На основании полученных сведений выполнить требуемые расчеты. Для расчета короткого замыкания потребуется лишь тестер.

Заключение

В данной статье представлены основные вопросы работы соленоида или электромагнитного клапана. Более подробно об этом устройстве можно узнать, прочитав статью Электромагнитное поле соленоида. В нашей группе ВК можно задавать вопросы и получать на них подробные ответы от профессиональных электронщиков. Чтобы подписаться на группу, вам необходимо будет перейти по следующей ссылке: https://vk.com/electroinfonet. В завершение статьи выражаем благодарность источникам, откуда была почерпнута информация:

www.wiki.amperka.ru

www.pb-all.ru

www.meanders.ru

www.kinergo.ru

Предыдущая

РадиодеталиЧто такое тепловое реле

Следующая

РадиодеталиЧто такое геркон и как применяется в быту?

Соленоиды. Виды и устройство. Работа и особенности

Цилиндрическая обмотка, которая имеет длину, значительно больше ее диаметра, называется соленоидом. В переводе с английского, это слово обозначает – подобный трубе, то есть, это катушка, похожая на трубу.

Виды соленоидов

По назначению соленоиды разделяют на два класса:

1. Стационарные. То есть, для магнитных полей стационарного вида, которые долго держатся при некоторых значениях.
2. Импульсные. Для создания импульсных магнитных полей. Они могут существовать только в краткий период времени, не больше 1 с.

Стационарные способны создать поля не более 2,5х10⁵ Э. Соленоиды импульсного типа могут создать поля 5х10⁶ Э. Если при создании поля соленоиды не подвергаются деформации и не слишком греются, то магнитное поле прямо зависит от проходящего тока: Н = k*I, где k – постоянная величина соленоида, поддающаяся расчету.

Стационарные делятся:

• Резистивные.
• Сверхпроводящие.

Резистивные соленоиды производят из материалов, обладающих электрическим сопротивлением. В связи с этим вся подходящая к ним энергия переходит в теплоту. Чтобы избежать теплового разрушения устройства, необходимо отвести лишнее тепло. Для этих целей применяют криогенное или водяное охлаждение. Для этого требуется вспомогательная энергия, сравнимая с требуемой энергией для питания соленоида.

Сверхпроводящие соленоиды производят из сплавов, обладающих свойствами сверхпроводимости. Их электрическое сопротивление равно нулю при различных температурах во время эксперимента. При функционировании сверхпроводящего соленоида теплота выделяется только в подходящих проводниках и источнике напряжения. Источник питания в этом случае можно исключить, так как соленоид функционирует в короткозамкнутом режиме. При этом поле может существовать без расхода энергии бесконечно долго при условии сохранения сверхпроводимости.

Устройства для создания мощных магнитных полей включают в себя три главные части:

1. Соленоид.
2. Источник тока.
3. Система охлаждения.

При проектировании соленоида берут во внимание величины внутреннего канала и мощности источника питания.

Создание устройства с резистивным соленоидом для образования стационарных полей является глобальной научно-технической задачей. В мире, в том числе и в нашей стране, существует всего несколько лабораторий с подобными устройствами. Применяются соленоиды различных конструкций, эксплуатация которых осуществляется около тепловой границы.

Для обслуживания таких устройств необходим персонал, состоящий из работников высокой квалификации, работа которых дорого ценится. Большая часть финансов расходуется на оплату электрической энергии. Эксплуатация и обслуживание таких мощных соленоидов со временем окупается, так как ученые и исследователи различных областей науки, из разных стран могут получать важнейшие результаты для развития науки.

Наиболее сложные и важные задачи можно решить путем применения сверхпроводящих соленоидов. Этот способ более эффективный, экономичный и простой. Для примера можно назвать создание мощных стационарных полей сверхпроводящими соленоидами. Наиболее оригинальное свойство сверхпроводимости – это отсутствие электрического сопротивления у некоторых сплавов и металлов при температуре ниже критического значения.

Явление сверхпроводимости позволяет производить соленоид, не имеющий диссипации энергии при прохождении электрического тока. Однако, образованное поле имеет ограничение в том, что при достижении некоторого значения критического поля свойство сверхпроводимости разрушается, и электрическое сопротивление возобновляется.

Критическое поле повышается при снижении температуры от 0 до наибольшего значения. Еще в 50-х годах прошлого века открыты сплавы, у которых критическая температура находится в интервале от 10 до 20 К. При этом они имеют свойства очень мощных критических полей.

Технология создания таких сплавов и производство из них материалов для катушек соленоидов очень трудоемка и сложна. Поэтому такие устройства имеют высокую стоимость. Однако их эксплуатация недорогая и простая в обслуживании. Для этого необходим только источник питания низкого напряжения небольшой мощности и жидкий гелий. Мощность источника понадобится не выше 1 киловатта. Устройство таких соленоидов состоит из катушки, выполненной из меди и сверхпроводника многожильным проводом, лентой или шиной.

Существует возможность снижения энергетических затрат на создание еще более мощных полей. Эта возможность реализуется в нескольких ведущих странах, в том числе и в России. Такой способ основан на применении комбинации из водоохлаждаемого и сверхпроводящего соленоидов. Его еще называют гибридным соленоидом. В этом устройстве интегрируются наибольшие достижимые поля обоих типов соленоидов.

Водоохлаждаемый соленоид должен находиться внутри сверхпроводящего. Создание гибридного соленоида является объемной и сложной научно-технической проблемой. Для ее решения требуется работа нескольких коллективов научных учреждений. Подобное гибридное устройство эксплуатируется в нашей стране в Академии наук. Там соленоид со сверхпроводящими свойствами имеет массу 1,5 тонны. Обмотка выполнена из специальных сплавов ниобия с цинком и титаном. Обмотка водоохлаждаемого соленоида выполнена медной шиной.

Устройство и принцип действия

Соленоидом также можно назвать катушку индуктивности, которая намотана проводом на каркас в виде цилиндра. Такие катушки могут быть намотаны как одним, так и несколькими слоями. Так как длина обмотки намного больше диаметра, то при подключении постоянного напряжения на эту обмотку, внутри катушки образуется магнитное поле.

Часто соленоидами называют электромеханические устройства, содержащие катушку, внутри которой имеется ферромагнитный сердечник. Такие устройства выполнены в виде втягивающих реле автомобильного стартера, различных электроклапанов. Втягивающим элементом такого своеобразного электромагнита является сердечник из ферромагнитного материала.

Если в устройстве соленоида нет сердечника, то при подключении постоянного тока вдоль обмотки образуется магнитное поле. Индукция этого поля равна:

Где, N – количество витков в обмотке, l – длина катушки, I – ток, протекающий по соленоиду, μ0 — вакуумная магнитная проницаемость.

На концах соленоида величина магнитной индукции в два раза ниже, по сравнению с внутренней частью, так как две части соленоида совместно образуют двойное магнитное поле. Это применимо к длинному или бесконечному соленоиду, в сравнении с диаметром каркаса обмотки.

По краям соленоида магнитная индукция равна:

Так как соленоиды являются катушками индуктивности, следовательно, соленоид может запасать энергию в магнитном поле. Эта энергия равна работе, совершаемой источником, для образования тока в обмотке.

Этот ток образует в соленоиде магнитное поле:

Если ток в катушке изменяется, то возникает ЭДС самоиндукции. В этом случае напряжение на соленоиде определяется:

Индуктивность соленоида определяется:

Где, V – объем катушки соленоида, z – длина проводника катушки, n – количество витков, l – длина катушки, μ0 — вакуумная магнитная проницаемость.

При подключении к проводникам соленоида переменного напряжения, магнитное поле будет создаваться тоже переменным. Соленоид имеет сопротивление переменному току в виде комплекса двух составляющих: активной и реактивной. Они зависят от индуктивности и электрического сопротивления проводника катушки.

Похожие темы:

Соленоидный клапан принцип работы

Устройство клапана

Соленоидный клапан по составу основных деталей и узлов во многом совпадает с обычным устройством с ручным управлением:

• Корпус с подводящим и отводящим патрубком.
• Рабочая камера с седлом.
• Тарельчатый, шаровой или лепестковый запорный элемент.
• Возвратная пружина.
• Шток, соединенный с запорным элементом и сердечником соленоида
• Соленоид.

Корпус магнитного клапана изготавливается из металлических немагнитных сплавов или прочных пластиков.

Высокая герметичность корпуса позволяет применять клапан в различных средах, в том числе и активных.

Соленоидные клапана для воды в качестве уплотняющих прокладок используют резину, для более активных сред выбирают фторопласт.

Открывать и закрывать клапан соленоид за время службы должен тысячи или даже десятки тысяч раз, поэтому для обмоток берут самые высококачественные медные провода, покрытые изолирующей эмалью.

Область использования

• Бытовые системы отопления.
• Системы водоснабжения и водоподготовки.
• Технологические установки.
• Трубопроводный транспорт.
• Генерация и распределение тепла.
• Бытовые приборы.
• Канализация.
• Орошение.
• Транспортные средства.

Клапан соленоидный — принцип работы

Соленоидный клапан представляет собой маленькую конструкцию, которая действует за счет электромагнитных напряжений.

У простых запорных арматур устройство совсем легкое, и состоит оно из небольшого элемента, который перекрывает поток.

Такой составляющей может быть шар с пробоиной либо диск.

Но для закрытия трубопровода следует повернуть дополнительную ручку на кране, тогда как соленоидные установки требуется лишь подключить к электричеству, а все остальное они произведут самостоятельно.

Во внутренней части механизма имеется катушка, которая реагирует на электромагнитные толчки.

При действии на нее электромагнитного поля она дает напряжение на маленький плунжер.

Запорная часть вжимается поршнем или простым устройством из нескольких пружинок, как пластиковая труба.

Процесс определенной работы зависит от того, какой клапан соленоидный будет вмонтирован.

В одном оборудовании при подаче электричества закрепляющий диск приподнимается, а в другом, совсем наоборот, опускается для полного перекрытия потока.

Принцип работы

Этот прибор нуждается в минимальном приложении человеческих усилий.

Просто достаточно подать короткий электрический толчок, чтобы клапан соленоидный электромагнитный начал свою работу.

По этой причине аналогичное устройство применяется в непростых системах трубопроводов. 

Преимущества клапанов

• практичность;
• функциональность;
• возможность точно следить за всеми процессами и настраивать порядок системы;
• надежность;
• отсутствие трудностей с установкой;
• сравнительная легкость конструкции.

Недостатки

• требуется подключение прибора к электричеству;
• стоимость такой установки порядком выше средней цены простой запорной арматуры;
• при неверном использовании деталь способна поломаться.

Характеристики

Электромагнитные клапаны выпускают в разных вариантах.

Каждая дополнительная разновидность определена для осуществления тех или иных целей.

По качествам работы их разделяют на несколько видов.

1. Нормально закрытый соленоидный клапан. В неподвижном положении он перекрыт. Это означает, что откроется он лишь в том случае, если подадут на катушку электрический импульс.
2. Нормально открытый. Такой прибор, наоборот, все время находится в открытом состоянии. А сам поток перекрывается только после звонка.
3. Регулируемый на квадратные трубы. Такую разновидность установок можно индивидуально настраивать из одной позиции в другую, что очень выгодно.

Понравилась статья? Расскажите друзьям: Оцените статью, для нас это очень важно:

Проголосовавших: 1 чел.
Средний рейтинг: 5 из 5.

Устройство и принцип работы соленоидов АКПП

АКПП любой формации представляет собой достаточно сложный механизм, просто изобилующий разного рода деталями. Одни из них являются лишь вспомогательными в работе устройства, а другие – настоящей основой. Именно к категории последних относятся соленоиды, отвечающие за переключение передач и управление режимами коробки. Более подробно о принципах функционирования и общей концепции данных элементов АКПП поговорим сегодня. Интересно? Тогда обязательно ознакомьтесь с приведённой ниже статьёй.

Соленоид АКПП – это специальное устройство, которое отвечает за движение масла внутри гидроблочного механизма. Управляется оно электронным блоком управления АКПП и, по сути, представляет собой обычный электромеханический клапан. Именно соленоиды стали наиболее распространёнными «управленцами» переключения передач и режимов работы в современных автоматических коробках передач. Если в роботизированных и вариаторных КПП заменить данные узлы чем-то возможно, то вот в гидравлических АКПП они стали основой управления, поэтому вряд ли будут вытеснены в течение ближайших десятилетий.

Стоит отметить, что соленоид в коробке переключения передач далеко не один – их множество, которые зачастую объединены в целые блоки. Ранее функции контроля движения масла по каналам АКПП возлагались на механические клапанные механизмы, однако развитие автомобильной электроники спровоцировало замену таких устройств на более удобные соленоиды. Если быть точнее, то первый соленоид был установлен в конструкцию автомата лишь в середине 80-х годов в США, после чего получил широкое распространение в этой сфере применения.

Повторимся, любой соленоид – это электромеханическое устройство, которое, честно говоря, очень простое по своей конструкции. Основная функция данного механизма заключается в перекрытии подачи масла по тому или иному каналу АКПП посредством его запирания специальным стержнем. Последний, к слову, выполнен из металла и попросту скользит в проводящей ток спирали (электричество в ней течёт постоянно, пока заведён мотор автомобиля). Нарастание тока движет стержень к концу спирали, то есть запирает канал подачи масла, снижение – к его началу, соответственно, усиливая подачу смазки. Движение стержня любого соленоида организовано при помощи специальных механизмов – запирающих и возвратных пружин.

Все соленоиды АКПП собраны в её элементе под названием «гидроблок» (в народе – блок соленоидов). Гидроблок, к слову, представляет собой плиту, разделённую на многочисленные каналы и имеющую в конструкции множество датчиков, клапанов. Такая организация позволяет автомату осуществлять возложенные на него обязанности, которые заключаются в автоматическом переключении передач. Соленоиды в этой системе играют немаловажную роль и находятся под управлением ЭБУ, направляющем им сигналы по открытию или закрытию конкретного канала гидроблока.

Виды соленоидов

Как стало ясно из предыдущего пункта статьи, управление АКПП без соленоидов представить сложно. В зависимости от того, по какому принципу работают данные механизмы, принято выделять несколько поколений установок. На сегодняшний день выделяются три основных вида соленоидов:

• Первый – стандартный электромеханический клапан, работающий по принципу «полностью отрыть канал подачи масла или же полностью закрыть его». Соответственно, при открытом положении такого соленоида по каналу гидроблока свободно протекает трансмиссионная жидкость, а при закрытом — масло не течёт;
• Второй – соленоид, представленный электромагнитным клапаном. Такие механизмы одно время были очень популярны в сфере автомобилестроения, так как могли точно организовать работу АКПП. Несмотря на это, низкая надёжность электромагнитных соленоидов сильно подорвала их популярность, поэтому в масштабном автомобилестроении они практически не используются. Главная фишка данных устройств заключается в том, что стержень может не только полностью открыть или закрыть канал подачи масла, но и сделать это частично, мягко регулируя подачу трансмиссионной жидкости;
• Третий – соленоид, представленный усовершенствованным электромагнитным клапаном. Данный механизм имеет в своей конструкции не просто запирающий/открывающий канал стержень, а тонко работающий гидравлический клапан. Работа подобных соленоидов основана на том, что контроль движения масла осуществляется при помощи шарового клапана. По сути, такое устройство позволяет организовать тонкую настройку работы АКПП, но при этом является заметно надёжней второго типа соленоидов, поэтому во время своего появления получило широкое применение. Более того, новейшие соленоиды имеют в конструкции фильтрующий элемент, который при пропускании через него трансмиссионной жидкости отсеивает лишний мусор и существенно продлевает срок службы коробки.

С течением времени конструкция автомата становилась всё более и более сложной, поэтому усложнялись и принципы работы соленоидов АКПП, из-за чего они подвергались усиленной модернизации. Основные совершенствования касались того, чтобы переложить на клапан дополнительные функции по типу сброса давления в конкретном блоке сцепления коробки или заблокировать муфту гидротрансформатора.

Типы соленоидов в современных коробках

Идеи автомобильных инженеров позволили достичь подобных задач. Теперь многочисленные типы соленоидов не только отвечают за переключение передач, но и тонко управляют режимами работы АКПП. Сегодня стандартный автомат имеет в конструкции 6 типов соленоидов:

• Соленоид EPC-формации или клапан линейного давления. Данный соленоид является важнейшим в конструкции АКПП и всегда стоит в гидроблоке первым. Основной функцией линейного соленоида является контроль подачи масла в конкретный канал. Нагрузка на данный механизм высока, поэтому он ломается чаще всего и подлежит первоочередной проверке;
• Соленоид TCC-формации или клапан, блокирующий муфту гидротрансформатора. Данное устройство, как правило, включается при работе мотора на высоких оборотах и частично отвечает за повышение КПД мотора. При «слабой» езде этот соленоид не работает;
• Соленоид Shift-формации или клапан-шифтовик. Располагается за линейным клапаном, имеет сложную структуру и выполняет важнейшую функцию всего гидроблока – переключает передачи посредством отточенной подачи трансмиссионной жидкости по соответствующим каналам;
• Управляющий соленоид. Пожалуй, наиболее простое устройство во всём гидроблоке, ибо имеет лишь одну несложную функцию – контроль за работой всех остальных соленоидов. Функционирование управляющего клапана очень схоже с тем, как работает транзистор любой микросхемы;
• Соленоид проскальзывания. Подобный клапан организует плавность перехода с одной передачи на другую, то есть, переводя работу автомата в режим проскальзывания;
• Соленоид охлаждения. Этот же механизм пускает нагретое масло АКПП в отделы охлаждения, что необходимо для стабильной работы коробки.

Важно понимать, что для каждой пары сцепления (передачи) имеется не один соленоид, а сразу несколько из отмеченных выше. Стабильная и беспроблемная работа АКПП возможна лишь при нормальной работе всех клапанов гидроблока, поэтому относиться к ним нужно с должным уровнем ответственности.

О неисправностях соленоидов АКПП и их ремонте

Неисправный соленоид – это одна из главных причин некорректной работы и перехода АКПП в аварийный режим. Несмотря на высокую надёжность современных клапанов гидроблока, по своей сущности эти устройства являются расходниками, поэтому требуют периодической замены. Если ситуация не слишком запущена, проблему может решить обычная замена масла в АКПП. Поменять соленоид вполне можно собственноручно, однако прежде всего важно диагностировать его неисправность.

Для проверки любого клапана гидроблочной плиты придётся осуществлять его «прозвонку». Необходимо это по одной простой причине: неисправный соленоид теряет нормальное для себя сопротивление, если быть точнее, оно повышается. Как проверить соленоид? Очень просто, процедура диагностики клапанов не представляет собой ничего сложного и заключается в исполнении следующих операций:

1. Снимите гидроблок с коробки, который зачастую располагается на днище узла, реже – сбоку;
2. Отсоедините контакты каждого соленоида от соответствующих разъёмов блока управления;
3. Прозвоните каждый клапан. Норма сопротивления на его конках определяется для каждого типа в индивидуальном порядке. Так, например, для соленоидов EV-1 норма сопротивления находится в пределах 65-66 Ом (при 20 градусах по Цельсию). Для других клапанов нормальные показатели, соответственно, свои.

Примечание! На современных коробках имеются функции самодиагностики, поэтому для определения того, какой именно соленоид неисправен, достаточно подключиться к бортовому компьютеру автомобиля. Если подобная мера не возможна, то придётся проводить диагностику традиционным «прозвоном» своими руками, после чего уже ремонтировать нужный элемент узла.

Допустим, неисправный клапан выявлен – что требуется дальше? Естественно, ремонт соленоида или их группы. К сожалению, разобрать клапан, промыть его и собрать обратно не выйдет, придётся полностью менять элемент гидроблока. Стоимость его не особо высока, поэтому бояться процедуры ремонта не стоит. Зачастую замена соленоидов в АКПП проводится так:

1. Гидроблок снимается с коробки;
2. От клапана отсоединяются все разъёмы;
3. Откручивают крепления соленоида, и он снимается с гидроблока;
4. После этого на место старого клапана устанавливается новый, к нему присоединяются все разъёмы;
5. Затем гидроблок устанавливается обратно на КПП. Ремонт окончен.

Как видите, особых сложностей в устройстве соленоидов автомата и их ремонте нет. Разобраться и с тем, и с другим вполне поможет представленный сегодня материал. Надеемся, он был для вас полезен и дал ответы на интересующие вопросы. Удачи на дорогах и в ремонте авто!

Соленоид. Электромагниты — Класс!ная физика

Соленоид. Электромагниты

Подробности

Просмотров: 301

Соленоид – это катушка индуктивности в виде намотанного на цилиндрическую поверхность изолированного проводника, по которому течёт электрический ток. Электрический ток в обмотке создает в окружающем пространстве магнитное поле соленоида.

Соленоид становится магнитом. Железные опилки притягиваются к концам катушки при прохождении через нее электрического тока и отпадают при отключении тока.

Сила магнитного поля катушки с током зависит от числа витков катушки, от силы тока в цепи и от наличия сердечника в катушке.
Чем большее число витков в катушке и чем больше сила тока, тем сильнее магнитное поле. Железный сердечник, введенный внутрь катушки с током усиливает магнитное поле катушки.

Если подвесить соленоид на нити, то он повернется и сориентируется в магнитном поле Земли подобно свободно вращающейся магнитной стрелке.

Конец соленоида, из которого магнитные линии выходят, становится северным полюсом, а другой конец, в который магнитные линии входят, — южным полюсом магнита-соленоида.
___

Графически изображение магнитного поля соленоида похоже на магнитное поле полосового магнита.

Магнитные линии магнитного поля катушки с током замкнутые кривые и направлены снаружи катушки от северного полюса к южному полюсу.
___

Внутри соленоида, длина которого значительно больше диаметра, магнитные линии магнитного поля параллельны и направлены вдоль соленоида.
Здесь магнитное поле однородно, его напряжённость пропорциональна силе тока и числу витков.
Внешнее магнитное поле соленоида неоднородно.
____

Соленоид с сердечником во внутренней полости представляет собой электромагнит.

Электромагнит – это устройство, состоящее из токопроводящей обмотки и ферромагнитного сердечника, который намагничивается при прохождении по обмотке электрического тока и притягивающегося якоря.

Обмотка выполняется из изолированного алюминиевого или медного провода.
Существуют также электромагниты с обмоткой из сверхпроводящих материалов.
Сердечники изготавливают из стали или чугуна, или железоникелевых ( железокобальтовых ) сплавов, которые с целью уменьшения вредных вихревых токов выполняют не цельными, а из набора листов.

Дугообразный электромагнит используется для поднятия тяжестей. Через катушку пропускается электрический ток, в результате намагничивается сердечник и притягивает якорь с подвешенным грузом.

Действие электромагнита зависит как от силы магнитного поля, так и от силы и направления электрического тока в обмотке.

Полезные свойства электромагнитов

— быстро размагничиваются при выключении тока,
— можно изготовить любых размеров,
— при работе можно регулировать магнитное действие, меняя силу тока в цепи.

___

В основном область применения электромагнитов — электрические машины и аппараты, входящие в системы промышленной автоматики, в аппаратуру защиты электротехнических установок. Электромагниты используют в подъемных устройствах, для очищения угля от металла, для сортировки разных сортов семян, для формовки железных деталей , в магнитофонах.
Электромагниты применяются и в электроизмерительных приборах.
Развивающейся областью применения электромагнитов является медицинская аппаратура.

СДЕЛАЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТ САМ

ЧИТАЕМ

Электромагниты Дж. Генри.
«Ювелирные» соленоиды.
Телеграф С. Морзе.
Тайны магнита

ЗНАЕШЬ ЛИ ТЫ

Почему для переноски раскаленых болванок нельзя воспользоваться электромагнитом? — потому, что чистое железо, нагретое выше 767 градусов, совершенно не намагничивается!

САМЫЙ — САМЫЙ

Крупнейший в мире электромагнит используется в Швейцарии. Электромагнит 8-угольной формы состоит из сердечника, изготовленного из 6400 т
низкоуглеродистой стали, и алюминиевой катушки весом 1100 т. Катушка состоит из 168 витков, закреплённых электросваркой на раме. Ток силой 30 тыс. А, проходящий по катушке, создает магнитное поле мощностью 5 килогауссов. Размеры электромагнита, превосходящие высоту 4 этажного здания, составляют 12х12х12 м, а общий вес равен 7810 т. На его изготовление ушло больше металла, чем на постройку Эйфелевой башни.
___

Самый тяжёлый в мире магнит имеет диаметр 60 м и весит 36 тыс. т. Он был сделан для синхрофазотрона мощностью 10 ТэВ, установленного в Объединённом институте ядерных исследований в Дубне, Московская область.

СОЛЕНОИД — Физический энциклопедический словарь

(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 С., длина к-рого значительно больше диаметра, магн. поле С. направлено параллельно его оси и однородно (рис.), причём его напряжённость пропорц. силе тока и (приближённо) числу витков.

Внеш. магн. поле С. подобно полю стержневого магнита. С. с железным сердечником во внутр. полости представляет собой электромагнит.

Источник: Физический энциклопедический словарь 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 м. Проволочная спираль, намотанная на сердечник, вокруг которой при пропускании электрического тока создается магнитное поле. Толковый словарь Ефремовой
5. соленоид — Соленоид, соленоиды, соленоида, соленоидов, соленоиду, соленоидам, соленоид, соленоиды, соленоидом, соленоидами, соленоиде, соленоидах Грамматический словарь Зализняка
6. Соленоид — См. Гальванизм и Электродинамика. Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона
7. соленоид — Солен/о́ид/. Морфемно-орфографический словарь
8. 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
9. соленоид — сущ., кол-во синонимов: 1 катушка 19 Словарь синонимов русского языка
10. Соленоид — (от греч. solen — трубка и e

Измерение тока в соленоидах для автомобильных систем управления

Соленоиды в автомобильных системах управления

Соленоид — это линейный двигатель с фиксированным диапазоном хода. Соленоиды могут быть разработаны для простых двухпозиционных приложений, действующих как реле. Например, они используются таким образом в пускателях и дверных замках .

С другой стороны, линейный соленоид или пропорциональный соленоид — это соленоид, положение которого можно точно контролировать.Они используются для управления поршнями и клапанами для точного контроля давления или расхода жидкости в таких приложениях, как трансмиссия и впрыск топлива .

Коробки передач

требуют точного и плавного управления давлением на муфты для переключения передач и для управления блокирующим преобразователем крутящего момента. Коробки передач с электронным управлением могут содержать более восьми линейных соленоидов, каждый из которых требует плавного и точного управления. Для систем впрыска дизельного топлива с системой Common Rail с давлением, превышающим 2000 фунтов на квадратный дюйм, может потребоваться один линейный соленоид на цилиндр — и один на топливном насосе — для точной регулировки давления для поддержания предсказуемого расхода топлива в форсунках.

Пример: электронное управление коробкой передач

Автоматическая трансмиссия — это система, в которой электронное управление в значительной степени заменяет механическое управление из-за улучшения качества движения и топливной экономичности. Предыдущие улучшения в топливной экономичности и ускорении произошли с введением блокирующего преобразователя крутящего момента. Совсем недавно комбинация программного и аппаратного обеспечения с использованием соленоидов с электронным управлением позволила упростить настройку алгоритмов переключения передач и обеспечила дополнительные преимущества в отношении плавности и качества переключения передач.

В целом электронное управление трансмиссией позволяет создать более простую, надежную и менее дорогостоящую электромеханическую систему. Электронные системы управления трансмиссией улучшают управление точками переключения трансмиссии с менее резким переключением передач и улучшенной плавностью переключения. Кроме того, гибкость электронного управления позволяет лучше адаптироваться к меняющимся условиям. Электронное управление точками переключения передач с более высокой разрешающей способностью обеспечивает лучшее ускорение, улучшенную экономичность, лучшее управление нагрузкой и снижение выбросов при минимальных усилиях со стороны водителя.Кроме того, электронное управление позволяет трансмиссии переключаться более плавно при изменении нагрузки и ускорения.

С помощью электронной системы управления можно влиять на алгоритм управления переключением с помощью различных входных сигналов, помимо скорости вала, вакуума и входного сигнала привода. Некоторые из этих параметров включают опережение зажигания, параметры форсунки, датчики входной скорости, выбор переключения по проводам, скорость двигателя, положение дроссельной заслонки, скорость / блокировку гидротрансформатора, температуру ATF, температуру двигателя, датчики пробуксовки колес и инерционные датчики.Комбинирование этих видов входных данных позволяет получить широкий спектр точек оптимизации переключения, адаптированных к общим условиям эксплуатации. Для наиболее эффективного использования этих входных сигналов необходима система, в которой используется точное и плавно регулируемое электронное управление точками переключения передач и скоростью переключения.

Гидравлическое управление по-прежнему используется для переключения передач в автоматической коробке передач с электронным управлением. В отличие от механической системы, электронное управление гидравликой в ​​электромеханической системе осуществляется линейными соленоидами, которые изменяют гидравлическое давление, прикладываемое к исполнительным механизмам, прикрепленным к блокам сцепления.Для того, чтобы это работало, чрезвычайно важно иметь точный и повторяемый контроль открытия соленоида, что, в свою очередь, позволяет точно и с повторяемостью контролировать точки переключения передач за счет применения точного количества гидравлической жидкости.

Определение положения соленоида

Положение линейного соленоида контролируется по контуру обратной связи. Например, давление на выходе клапана можно отслеживать и использовать в качестве сигнала обратной связи для сравнения с уставкой, регулируя рабочий цикл широтно-импульсной модуляции (ШИМ) для управления соленоидом.Однако измерение давления на выходе может оказаться трудным, непрактичным или очень дорогостоящим.

Практическая альтернатива — установить положение соленоида путем измерения тока через соленоид. Это возможно, потому что сила, создаваемая механической нагрузкой на соленоид, прямо пропорциональна магнитному полю, которое, в свою очередь, прямо пропорционально току через катушку. Пропорциональное управление соленоидом достигается за счет баланса сил между пружинной нагрузкой и магнитным полем соленоида, который может быть определен путем измерения тока через соленоид.

Электромагнитный ШИМ-контроль

Электромагнит приводится в действие с помощью генерируемого микроконтроллером входного сигнала с широтно-импульсной модуляцией для быстрого размыкания и замыкания переключателя на полевом транзисторе последовательно с соленоидом и источником напряжения (аккумулятором автомобиля). Среднее напряжение определяется отношением сигнала на раз к периоду импульса. Изменения длительности импульса и механической нагрузки соленоида вызывают изменение среднего тока, протекающего через соленоид. Средний ток указывает на величину движения соленоида и, следовательно, на давление и расход жидкости.

Взаимосвязь между движением соленоида и средним током для конкретной формы сигнала ШИМ устанавливается посредством характеристики . Хотя это правда, что магнитная сила напрямую связана с током, протекающим через соленоид, фактическая механическая сила и движение не так тесно связаны, поскольку они зависят от конструкции соленоида и характера нагрузки. Таким образом, требуется характеристика, чтобы соотнести средний ток с открытием соленоида.

Например, коэффициент ШИМ должен быть увеличен при первом включении соленоида для преодоления статического трения. Как только статическое трение преодолевается, используется другое соотношение ШИМ для его перемещения внутрь и наружу.

Измерение тока через катушку

Таким образом, ток является важным показателем состояния соленоида. Самый эффективный метод измерения тока соленоида — это измерение напряжения на резистивном шунте, последовательно подключенном к соленоиду, батарее и переключателю.Существует несколько различных способов настройки этой последовательной цепи для переключения и измерения напряжения.

Датчик тока низкой стороны с приводом высокого давления

Схема на Рисунке 1 показывает переключатель, подключенный к стороне высокого напряжения (незаземленной) батареи последовательно с катушкой соленоида и заземленным резистивным шунтом. Перевернутый диод подключен к катушке для фиксации (т. Е. Короткого замыкания) индуктивного напряжения, генерируемого катушкой, когда ток выключен .Использование заземления для шунта позволяет использовать недорогой операционный усилитель с различными характеристиками синфазного сигнала в электронном блоке управления (ЭБУ) для измерения напряжения на шунте.

Рисунок 1. Электронный блок управления с переключением на стороне высокого давления и датчиком на стороне низкого давления.

При рассмотрении данного подхода проектировщик должен учитывать следующие недостатки:

1. Рециркулирующий ток соленоида не учитывается при измерении, поэтому эта схема обеспечивает неточное измерение среднего тока через катушку соленоида.Ток рециркуляции соленоида может помочь в обнаружении состояния соленоида; если некоторые из обмоток начали закорачиваться, состояние можно увидеть, измерив пассивно контролируемый рециркуляционный ток.
2. Поскольку переключатель находится на высокой стороне, его дороже покупать и ездить. Привод PWM требует тщательного преобразования уровня между логическим выходом микроконтроллера и вентилем.
3. Требуется дополнительная схема для обнаружения короткого замыкания на землю, поскольку токи короткого замыкания не проходят через шунт.Повреждение проводки и полевого транзистора может произойти, если короткое замыкание на землю (рис. 1) не обнаружено.
4. Измерение может быть нестабильным, потому что на практике заземление не является идеальным универсальным соединением , графически отображенным в виде маленького перевернутого треугольника. В реальном приложении «земля» на самом деле не может быть земля . Падения напряжения, вызванные токами между землей операционного усилителя и заземлением шунта, могут вызвать значительные ошибки.

Измерение тока на стороне высокого давления с помощью переключателя на стороне низкого давления

Лучшим методом управления соленоидом является использование переключателя с заземлением (рис. 2), что позволяет использовать менее дорогой переключатель с низким уровнем сигнала.

Возможна значительно лучшая диагностика, так как в измерение включен рециркуляционный ток соленоида. Кроме того, привод дешевле, потому что нет необходимости выполнять преобразование уровня в ворота.

Рисунок 2. Электронный блок управления с переключением на стороне низкого давления и датчиком высокого давления.

Однако усилитель должен иметь высокий уровень подавления синфазного сигнала, и он должен выдерживать значительное синфазное напряжение (CMV). Уровень напряжения на шунте в этом примере варьируется от напряжения батареи до падения напряжения батареи и диода.Вот объяснение: когда переключатель замкнут, уровень синфазного напряжения на шунте остается на уровне напряжения батареи с низким сопротивлением. Когда переключатель разомкнут, напряжение на соленоиде меняется на противоположное из-за индуктивности соленоида и заставляет уровень синфазного напряжения включать падение ограничивающего диода — пока протекает переходный ток — перед установкой на напряжение батареи.

Важным преимуществом этого метода возбуждения является то, что он позволяет обнаруживать короткое замыкание на землю, потому что ток на стороне высокого напряжения протекает через шунт, как показано на рисунке 2.

Ключевой проблемой при использовании этого метода измерения тока является то, что сторона высокого напряжения батареи всегда подключена к соленоиду. Это может привести к неожиданному переключению соленоида при периодическом замыкании на массу. Кроме того, постоянное наличие напряжения на соленоиде может со временем вызвать чрезмерную коррозию.

Измерение тока на стороне высокого давления с помощью переключателя на стороне высокого давления

Конфигурация, которая сводит к минимуму возможность неожиданного срабатывания соленоида и чрезмерной коррозии, показана на рисунке 3, где и переключатель, и шунт подключены со стороны высокого напряжения.Это снимает напряжение батареи с соленоида, когда переключатель выключен , предотвращая повреждение из-за потенциальных коротких замыканий на землю, и позволяет включить в измерение рециркулирующий ток. Напряжение аккумулятора снимается с нагрузки, когда переключатель разомкнут, поэтому коррозионные эффекты, вызванные перепадом напряжения, устраняются.

Рисунок 3. Электронный блок управления с электромагнитным клапаном на стороне низкого давления и переключением и датчиком высокого давления.

В этом случае, однако, изменение напряжения на соленоиде при размыкании переключателя вызовет гораздо более широкий размах синфазного напряжения, от напряжения на высокой стороне батареи до падения напряжения на одном диоде ниже земли (обратное напряжение ограничено зажимной диод).Таким образом, усилитель, используемый в этом приложении, должен обеспечивать точное измерение шунтирующего напряжения (тока), игнорируя большие, быстрые колебания синфазного напряжения, когда переключатель выходит из положения .

Как и в случае с переключением на стороне низкого напряжения и конфигурацией считывания на стороне высокого давления (Рисунок 2), можно измерить короткое замыкание на землю, поскольку весь ток соленоида со стороны высокого напряжения протекает через шунт, как показано на рисунке 3.

Простая схема измерения тока на стороне высокого давления

К счастью, дифференциальный усилитель с однополярным питанием AD8200 со всеми необходимыми для этого приложения свойствами — в едином корпусе ИС — доступен от Analog Devices.На рисунке 4 показан пример применения AD8200 в ЭБУ для измерения тока на стороне высокого напряжения в этом типе приложения. Здесь AD8200 используется для усиления и фильтрации небольшого дифференциального напряжения от шунта, подавляя при этом большие синфазные колебания, упомянутые выше. AD8200 можно использовать в любой из конфигураций, показанных ранее.

Рис. 4. Электронный блок управления, использующий AD8200, с соленоидом на стороне низкого давления и переключением и измерением на стороне высокого давления.

AD8200 использует один источник питания +5 В и имеет диапазон входного синфазного напряжения от –2 В до +24 В с сбросом нагрузки до +44 В.Если требуется более высокий синфазный диапазон, рекомендуется использовать другой член семейства AD8200, например AD8205, с диапазоном CMV от –2 В до +65 В и коэффициентом усиления 50; или AD8206 с диапазоном CMV от –2 В до +65 В и коэффициентом усиления 20 (такое же усиление, как у AD8200).

Рисунок 5. Функциональная блок-схема AD8200.

На рисунке 5 представлена ​​функциональная блок-схема внутренней проводки AD8200. Прежде чем разрабатывать дифференциальный усилитель с использованием недорогого операционного усилителя и некоторых внешних резисторов, учтите, что для достижения характеристик, необходимых для измерения тока соленоида с достаточной точностью для приложения управления, требуется схема, построенная с резисторами, которые точно согласованы с точностью до 0.01%. AD8200 имеет внутренние резисторы с лазерной подстройкой, которые обеспечивают такой уровень точности при работе как с переменным, так и с постоянным напряжением. Типичный дрейф смещения и усиления в корпусе SOIC составляет 6 мкВ / ° C и 10 ppm / ° C соответственно. Устройство также обеспечивает минимальное подавление синфазного сигнала 80 дБ от постоянного тока до 10 кГц.

Помимо поставки в корпусе SOIC, AD8200 также доступен в форме кристалла. Оба варианта корпуса рассчитаны на широкий диапазон температур, что делает AD8200 хорошо подходящим для использования во многих автомобильных и промышленных платформах.Корпус SOIC рассчитан на диапазон от –40 ° C до + 125 ° C, а матрица — от –40 ° C до + 150 ° C.

AD8200 также имеет доступный извне резистор 100 кОм на выходе предусилителя, который можно использовать с внешней емкостью для фильтров нижних частот, а также с внешними резисторами для установления коэффициентов усиления, отличных от предварительно установленного коэффициента усиления 20.

Приложение

Механическая коробка передач

В более старом методе управления точками переключения передач использовались сложные гидравлические цепи, зависящие от скорости.Переключение происходило за счет изменения гидравлического давления в сложном корпусе клапана. Гидравлическое давление регулировалось регулятором, прикрепленным к выходному валу. Центробежная сила перемещала регулятор, выпуская трансмиссионное масло и увеличивая давление в корпусе клапана. Метод адаптации к изменяющимся условиям движения обычно заключался в принудительном переключении трансмиссии на пониженную передачу при сильном ускорении или нагрузке с помощью механических приводов.

Когда водителю требовалось большее ускорение, требование обычно передавалось через механизм переключения на пониженную передачу, состоящий из стержня, идущего от рычага управления дроссельной заслонкой в ​​моторном отсеке к стороне трансмиссии.Шток перемещал рычаг, перекрывая ряд каналов в корпусе дроссельной заслонки. Это заставляло трансмиссию переключаться на пониженную передачу при резком ускорении до тех пор, пока на скорости регулятор не перекрыл механизм понижающей передачи.

Адаптация к изменениям нагрузки осуществлялась с помощью модулятора вакуума. С увеличением нагрузки на двигатель изменение вакуума заставляло шток входить или выходить из корпуса клапана, изменяя точку переключения трансмиссии и скорость переключения. Хотя эти методы управления точками переключения передач и плавностью переключения передач работали, мало что можно было сделать для настройки этих параметров на более изменчивые условия из-за характеристик механической системы, используемой для управления ими.

Электромагнитные клапаны

Введение

Что такое соленоидный клапан и как он работает?

Источники: Форум перерабатывающей промышленности и информация о электромагнитных клапанах

Электромагнитный клапан, иначе известный как клапан с электрическим приводом, представляет собой автоматический клапан, который служит для устранения необходимости для инженера управлять клапаном вручную.

Соленоиды работают с использованием электромагнитной соленоидной катушки, чтобы изменить состояние клапана с открытого на закрытое или наоборот.Если соленоидный клапан «нормально закрыт», когда катушка находится под напряжением, клапан открывается в результате электромагнитной силы, создаваемой катушкой.

Объясните различные технологии электромагнитных клапанов

Есть 3 основных различных технологии; Поршневого типа прямого действия, прямого действия и принудительного подъема.

• Клапаны прямого действия не требуют перепада давления, чтобы оставаться в состоянии покоя, а в версии NC они будут пропускать поток только после подачи напряжения.Эти клапаны очень прочные и могут использоваться в технологической линии для простой изоляции или в целях безопасности. Его также можно использовать на выходе из бака, где иногда давление может стать очень низким, но клапан должен оставаться открытым.
• Для клапанов прямого действия требуется перепад давления на входе и выходе, чтобы они могли оставаться в состоянии покоя. Например, если клапан был нормально открыт и не было достаточно большого перепада давления, клапан мог работать с перебоями и, возможно, закрываться, если давление на входе упало слишком низко.Эти клапаны следует использовать только в том случае, если уровни давления находятся в пределах параметров, указанных в техническом описании и инструкциях IOM.
• Клапаны с принудительным подъемом используются в системах с высоким давлением, где ни один из перечисленных выше типов клапанов не может справиться с процессами более высокого давления, такими как 40 бар плюс. В этом клапане для открытия или закрытия используется катушка гораздо большего размера и большей мощности, а седло клапана напрямую соединено с нижней частью узла поршень / плунжер, что устраняет необходимость в диафрагме.

В каких приложениях вы бы использовали электромагнитный клапан или клапан с электрическим управлением?

Любое применение, в котором необходимо контролировать чистую (невязкую) технологическую среду, например, очень чистые жидкости / газы / легкие масла.

Простые двухпозиционные клапаны являются наиболее популярными, поскольку многим технологическим линиям нужен только поток или нет потока. Электромагнитные клапаны могут использоваться на фабриках / заводах, где нет сжатого воздуха. Их также можно использовать вместо более крупных клапанов, таких как шаровые краны с электрическим приводом, но не занимая при этом столько места.Работа также намного быстрее, чем у других клапанных технологий.

В других клапанах с электромагнитным приводом используется более продвинутая технология, что означает, что они могут использоваться для пропорционального регулирования расхода или давления в зависимости от изменяющегося входного сигнала. Здесь для другого компонента, расположенного дальше по потоку, требуется определенное давление или поток для поддержания правильных рабочих условий.

Наиболее часто используемый входной сигнал — это сигнал контура 4–20 мА, который будет иметь в своем распоряжении большинство предприятий, обычно управляемый ПЛК или подобной системой.

Доступно множество различных материалов корпуса клапана и уплотнения, от латуни, литой стали, алюминия и нержавеющей стали. Стандартные уплотнения обычно изготавливаются из бутадиен-нитрильного каучука (буна-нитрил), но для более агрессивных сред доступны EPDM и PTFE.

Выбор материала зависит от среды, проходящей через клапан. Если вы не уверены в выборе оптимального материала для вашего применения, всегда лучше сначала обсудить это с техническим специалистом Norgren.

Какие части есть у электромагнитного клапана?

На рисунке ниже показаны основные компоненты электромагнитного клапана.Клапан, показанный на рисунке, представляет собой нормально закрытый клапан прямого действия. Электромагнитный клапан этого типа имеет максимально простой и понятный принцип работы.

1. Корпус клапана 2. Входной порт 3. Выходной порт 4. Катушка / соленоид 5. Обмотки катушки 6. Провода 7. Плунжер 8. Пружина 9. Отверстие

Основы соленоида клапана Принцип работы и типы электромагнитного клапана

Электромеханический клапан — это электромеханический клапан, используемый для управления потоком жидкостей и газов.Изменение положения клапана обеспечивается подачей электрической энергии на катушку (220В, 110В, 24В, 12В, 6В и т. Д. Переменного, постоянного напряжения) на электромагнитный клапан.

Этот тип клапана, используемый в системах газовой безопасности, широко устанавливается параллельно с устройствами обнаружения землетрясений и газовыми сигнализаторами в нашей стране, и это система, которая перекрывает поток газа с помощью контакта, взятого из основной системы. Также доступны сотрудники с напряжением 24 В, используемым в системах пожарной безопасности.

Электромагнитные клапаны предназначены для отключения системы по мере необходимости.По этой причине его можно использовать в любой желаемой системе.

Принцип работы электромагнитного клапана

Автомат газовой резки с вентиляцией (электромагнитный клапан)

Это электрические газорезательные клапаны, которые все мы знаем как селеноидный клапан. Однако рекомендуется, чтобы этот электромагнитный клапан, который используется как часть системы газовой безопасности, был ручного типа, в отличие от клапана, используемого в арматуре газопровода.

Этот тип клапана перекрывает подачу газа, когда он получает сигнал на отключение центральной панели, и не включает его, пока он не будет настроен вручную (путем нажатия или подъема в зависимости от выбранной модели), даже если он получает сигнал центральной панели.Таким образом, цель состоит в том, чтобы определить причину утечки газа пользователем и восстановить утечку газа только по этому условию.

Клапаны с ручным управлением бывают двух типов: «Нормально открытый» или «Нормально закрытый», как и в других электромагнитных клапанах. Клапан под названием «Нормально открытый» позволяет клапану работать до тех пор, пока отсутствует напряжение питания катушки. Когда газ должен быть отключен, катушка включается, а газ выключается путем подачи напряжения питания с релейного выхода системы сигнализации, которое кодируется как NA или NO.Такие клапаны не имеют постоянного напряжения питания на катушке и кажутся выгодными только с точки зрения срока службы катушки, поскольку они питаются в аварийном состоянии, но имеют недостаток, заключающийся в том, что они могут считаться небезопасными в некоторых приложениях, таких как как не отключение газа в момент отключения электроэнергии. Например, в приложениях, где процесс горения автоматически останавливается, например, в котельной, газ можно рассматривать как элемент, повышающий риск, особенно когда электричество отключается и возвращается, и есть некоторые потенциальные отказы в системе сжигания. .По этой причине клапан НОРМАЛЬНО ОТКРЫТЫЙ технически подходит для систем сжигания газа, которые могут работать без электрической зависимости, таких как НОРМАЛЬНО ЗАКРЫТЫЕ клапаны, и кухни в системах сжигания газа, которые могут работать во всех электрических зависимостях, таких как котельная. Однако, как и в нашей стране, необходимость настройки вручную для очень частого отключения питания и отключения питания всякий раз, когда питание прерывается, привела к тому, что пользователь во всех приложениях использовал нормально открытые клапаны вместо нормально закрытых. клапаны.

Конструкция нормально закрытого соленоида с простым вытяжным механизмом

Электромагнитный клапан с простым пилотным управлением

Электромагнитные клапаны — это наиболее часто используемые блоки управления жидкостями. Существуют различные типы, такие как вакуумный соленоидный клапан, электромагнитный клапан из нержавеющей стали, соленоидный клапан для горячего пара, соленоидный клапан для кислой воды, электромагнитный клапан с электродвигателем, двойной соленоидный клапан.

.