Соленоиды — устройство, работа, применение

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 оснащен снаружи магнитопроводом, 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 тигельных печей.

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.

Электромагнитный клапан трубопровода

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.

Втягивающее реле стартера автомобиля

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.

Соленоидный индуктор сквозного нагрева

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 индукционной закалки и нагрева 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.

Соленоиды на экспериментальных установках

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.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник

Как работает втягивающее реле стартера-неисправности

Необходимо знать, как работает втягивающее реле стартера. Для того чтобы правильно диагностировать неисправности возникающие при работе стартера.

Для чего нужно втягивающее реле

Функции втягивающего реле стартера

• Втягивающее реле выполняет две основные функции. Подводит шестерню бендикса к шестеренчатому венцу маховика. Реле представляет собой электромагнитную катушку. Внутри катушки расположен якорь-поршень цилиндрической формы. . Который под воздействием силы магнитного потока перемещается поступательно. Якорь зацеплен за вилку, Которая соединена с бендиксом.

Когда электрический ток подаётся от замка зажигания на обмотку реле. Якорь втягивается внутрь реле. Тянет за собой вилку. Бендикс выталкивается. И шестерня бендикса и венец маховика соединяются.

Схема включения катушки реле.

Как работает втягивающее реле стартера

Катушка втягивающего реле состоит из двух обмоток. Обмотки соединены между собой. И в месте соединения на них приходит плюс от замка зажигания или реле стартера которая управляется замком зажигания. Минусы катушки имеют разное подключение. Одна соединена на массу. Её называют удерживающей.

Вторая обмотка соединена с клеммой к которой подключен провод идущий из стартера. Этот провод идет на обмотки статора с них на щетки коллектора якоря. Фактически пока стартер не начал работать Вторая обмотка имеет минус через якорь от минусовой щетки коллектора. Он идет через обмотку якоря на плюсовую щетку далее на статор и выходит к клемме на втягивающем реле.

Эта обмотка называется втягивающая. Пока стартер не включен обе обмотки втягивающего реле имеют общий плюс и минусы от разных точек подключения. Общее плюсовое соединение подключено к клемме управления втягивающим реле.

Включается замок зажигания. Проворачивается ключ стартера. Плюс приходит на клемму управления. В обеих катушках создаётся электромагнитное поле. Силы, которого хватает, чтобы втянуть якорь.

• Второе предназначение реле. Соединить клемму, на которую приходит плюс от аккумулятора. С клеммой, через которую подаётся плюс на обмотки статора и якоря. Чтобы стартер начал вращаться. Якорь втягивающего реле помимо того что тянет за собой вилку бендикса с одной стороны . с другой прижимает пятак и который соединяет две клеммы между собой. Стартер начинает вращаться. Втягивающая обмотка, которая имела минус на клемме отключится.

Это произойдет потому что. С одной стороны она имеет общий плюс с удерживающей обмоткой от клеммы управления. С другой стороны минус стал плюсом. На контактах втягивающей обмотки перестанет возникать разность потенциалов. Электромагнитное поле пропадет. Якорь реле будет удерживаться только одной обмоткой. Которая имеет минус на корпусе стартера. Силы магнитного поля будет достаточно чтобы удерживать якорь реле в этом положении. Пока крутится стартер.

Как только двигатель заведется и ключ стартера будет отпущен. Плюс перестанет приходить на удерживающую обмотку. Сила магнитного потока пропадет. Пружина отбросит якорь реле. Пятак отойдет от клемм, и стартер перестанет вращаться. неисправности втягивающего реле стартера

Неисправности втягивающего реле стартера

Именно по этому причиной неисправности втягивающего реле стартера. Может быть вышедшая из строя втягивающая обмотка. Реле щелкает а стартер не крутит. Потому что срабатывает удерживающая обмотка. Но её силы тока не хватает, чтобы сдавить усилие пружины и втянуть якорь реле и прижать пятак к клеммам.

Неисправность обмоток

Это частая неисправность. Потому что основная нагрузка ложится на втягивающую обмотку. Потому что требуется максимальное усилие чтобы втянуть якорь. Эта обмотка имеет большее сечение провода. Соответственно в ней создаётся больший ток чем в удерживающей обмотке.

Образование нагара

Еще одна неисправность втягивающего реле это образование нагара на пятаке и клеммах. В результате воздействия сильного электрического тока на пятаке и клеммах в результате их взаимодействия образуется нагар и выгорание поверхности. При соединении пятака и клемм нагар не даёт контакта, и электрический ток не поступает на обмотки стартера. На втягивающих реле где снимается крышка с клеммами. Эта проблема решается легко. Пятак переворачивается другой стороной. Клеммы зачищаются.

Как проверить втягивающее реле стартера в домашних условиях

При помощи мультиметра

Проверить втягивающее реле стартера на обрыв обмотки можно мультиметром. Для этого необходимо выставить мультиметр на проверку сопротивления. Один щуп соединить с клеммой управления реле. Второй на массу. Мультиметр должен показать сопротивление. Значит удерживающая обмотка исправна.

Если переместить щуп с массы на клемму и отсоединить провод идущий на обмотки стартера. Мультиметр также должен показать сопротивление. В случае обрыва обмотки мультиметр покажет отсутствие контакта.

Но скорее всего может произойти либо межвитковое замыкание либо замыкание на корпус реле. Замыкание не происходит как провод с проводом или с корпусом. Замыкание может происходить в месте нарушения изоляции через воздушное пространство. Под нагрузкой проскакивает искра в месте где нарушена изоляция. В результате происходит короткое замыкание через воздух. Сила магнитного потока не создаётся. Стартер не крутится. Обмотку можно прозвонить с помощью Мегомметра, но это так же может не привести к результату.

Проверка втягивающего реле аккумулятором

Поэтому лучше всего снять втягивающее реле со стартера. Собрать схему для проверки на рабочем столе. Минус от аккумулятора соединить с клеммой на которую должен крепиться провод идущий со стартера и корпусом втягивающего реле. Плюс необходимо подать на клему управления

Вк 1 — выключатель имитирует замок зажигания

При включении ВК-1 якорь втягивается Должны работать обе обмотки

При выключении массы выключателем ВК-2 имитируется смена полюсов в момент соединения пятака между клеммами. после того как якорь втянулся.

При этом отключается втягивающая обмотка и в работе остаётся удерживающая. Якорь находится во втянутом состоянии.

При отключении питания от клеммы управления якорь возвращается в исходное положение. выходит из реле

То есть если все работает как описано то реле исправно. Если якорь не втягивается или втягивается наполовину. Обрыв или замыкание обмоток.

От того как работает втягивающее реле зависит правильная работа стартера.

Источник