โซลินอยด์ — อุปกรณ์ การทำงาน การใช้งาน

บทความนี้จะเน้นที่โซลินอยด์ อันดับแรก เราจะพิจารณาด้านทฤษฎีของหัวข้อนี้ จากนั้นพิจารณาด้านปฏิบัติ ซึ่งเราจะสังเกตขอบเขตของการใช้โซลินอยด์ในโหมดการทำงานต่างๆ

โซลินอยด์เป็นขดลวดทรงกระบอกที่มีความยาวมากกว่าเส้นผ่านศูนย์กลางมาก คำว่าโซลินอยด์นั้นเกิดจากการผสมของคำสองคำคือโซลินและอีโดส คำแรกแปลว่าท่อ คำที่สองคล้ายกัน นั่นคือโซลินอยด์เป็นขดลวดที่มีรูปร่างเหมือนท่อ

โซลินอยด์ในความหมายกว้างๆ คือตัวเหนี่ยวนำที่พันด้วยลวดบนโครงทรงกระบอก ซึ่งอาจเป็นแบบชั้นเดียวหรือหลายชั้นก็ได้... เนื่องจากความยาวของขดลวดโซลินอยด์เกินขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางอย่างมาก ดังนั้นเมื่อใช้ไฟฟ้ากระแสตรง ผ่านขดลวดดังกล่าวภายในโพรงภายในจะเกิดสนามแม่เหล็กที่สม่ำเสมอ

โซลินอยด์มักถูกอ้างอิงถึงแอคชูเอเตอร์บางตัวในหลักการทำงานของระบบเครื่องกลไฟฟ้า เช่น โซลินอยด์วาล์วเกียร์อัตโนมัติในรถยนต์หรือรีเลย์ดึงสตาร์ทเตอร์ตามกฎแล้วแกนเฟอร์โรแมกเนติกจะทำหน้าที่เป็นส่วนที่ดึงกลับและโซลินอยด์เอง ติดตั้งแกนแม่เหล็กไว้ด้านนอกแอก ferromagnetic ที่เรียกว่า

หากไม่มีวัสดุแม่เหล็กในการออกแบบโซลินอยด์ เมื่อกระแสตรงไหลผ่านลวด สนามแม่เหล็กจะก่อตัวขึ้นตามแกนของขดลวด การเหนี่ยวนำซึ่งมีค่าเท่ากับ:

โดยที่ N คือจำนวนรอบในโซลินอยด์ l คือความยาวของขดลวดโซลินอยด์ I คือกระแสในโซลินอยด์ μ0 คือความสามารถในการซึมผ่านของแม่เหล็กของสุญญากาศ

ที่ปลายของโซลินอยด์ การเหนี่ยวนำแม่เหล็กจะมีค่าเป็นครึ่งหนึ่งของแม่เหล็กที่อยู่ภายใน เนื่องจากทั้งสองซีกของโซลินอยด์ที่จุดต่อของโซลินอยด์มีส่วนสนับสนุนสนามแม่เหล็กที่สร้างขึ้นโดยกระแสโซลินอยด์เท่าๆ กัน อาจกล่าวได้สำหรับโซลินอยด์กึ่งอนันต์หรือสำหรับขดลวดที่ยาวพอสำหรับเส้นผ่านศูนย์กลางของเฟรม การเหนี่ยวนำแม่เหล็กที่ขอบจะเท่ากับ:

เนื่องจากโซลินอยด์เป็นขดลวดเหนี่ยวนำเป็นหลัก เช่นเดียวกับขดลวดอื่นๆ ที่มีตัวเหนี่ยวนำ โซลินอยด์จึงสามารถเก็บพลังงานในสนามแม่เหล็กเป็นตัวเลขเท่ากับงานที่แหล่งกำเนิดทำเพื่อสร้างกระแสในขดลวดที่สร้างสนามแม่เหล็กของโซลินอยด์:

การเปลี่ยนแปลงของกระแสในขดลวดจะนำไปสู่การปรากฏตัวของ EMF ของการเหนี่ยวนำตัวเองและแรงดันไฟฟ้าที่ปลายสายของขดลวดโซลินอยด์จะเท่ากับ:

ความเหนี่ยวนำของโซลินอยด์จะเท่ากับ:

โดยที่ V คือปริมาตรของโซลินอยด์ z คือความยาวของเส้นลวดในขดลวดโซลินอยด์ n คือจำนวนรอบต่อหน่วยความยาวของโซลินอยด์ l คือความยาวของโซลินอยด์ μ0 คือความสามารถในการซึมผ่านของแม่เหล็กสุญญากาศ

เมื่อมีกระแสสลับไหลผ่านลวดโซลินอยด์ สนามแม่เหล็กของโซลินอยด์ก็จะสลับกันด้วย ความต้านทานไฟฟ้ากระแสสลับของโซลินอยด์มีความซับซ้อนโดยธรรมชาติ และรวมถึงส่วนประกอบทั้งแบบแอกทีฟและแบบรีแอกทีฟที่กำหนดโดยค่าความเหนี่ยวนำและความต้านทานแบบแอกทีฟของขดลวด

การใช้งานจริงของโซลินอยด์

โซลินอยด์ใช้ในงานอุตสาหกรรมและงานโยธามากมาย บ่อยครั้งที่ไดรฟ์เชิงเส้นเป็นเพียงตัวอย่างของการทำงานของโซลินอยด์ DC ตรวจสอบกรรไกรในเครื่องคิดเงิน วาล์วเครื่องยนต์ รีเลย์ดึงสตาร์ท วาล์วไฮดรอลิก ฯลฯ ในไฟฟ้ากระแสสลับ โซลินอยด์ทำหน้าที่เป็นตัวเหนี่ยวนำ เตาเบ้าหลอม.

ตามกฎแล้วขดลวดโซลินอยด์ทำจากทองแดงซึ่งมักจะใช้ลวดอลูมิเนียมน้อยกว่าในอุตสาหกรรมที่มีเทคโนโลยีสูงจะใช้ขดลวดตัวนำยิ่งยวด แกนกลางอาจเป็นเหล็ก เหล็กหล่อ เฟอร์ไรต์หรือโลหะผสมอื่น ๆ ซึ่งมักจะอยู่ในรูปของมัดเป็นแผ่น ๆ หรืออาจไม่มีเลยก็ได้

แกนทำจากวัสดุอย่างใดอย่างหนึ่งทั้งนี้ขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์ของเครื่องไฟฟ้า อุปกรณ์ต่างๆ เช่น ยกแม่เหล็กไฟฟ้า คัดแยกเมล็ดพืช ทำความสะอาดถ่านหิน เป็นต้น ต่อไปเราจะดูตัวอย่างการใช้โซลินอยด์

สายโซลินอยด์วาล์ว

ด้วยการใช้แรงดันไฟฟ้ากับขดลวดโซลินอยด์ แผ่นวาล์วจะถูกกดให้แน่นกับพอร์ตนำด้วยสปริงและสายจะปิด เมื่อกระแสจ่ายไปที่คอยล์วาล์ว กระดองและแผ่นวาล์วที่เกี่ยวข้องจะเพิ่มขึ้น ดึงโดยขดลวด ตรงข้ามกับสปริงและเปิดรูนำร่อง

ความแตกต่างของความดันที่ด้านต่างๆ ของวาล์วทำให้ของไหลเคลื่อนที่ในท่อ และตราบใดที่แรงดันไฟฟ้าถูกส่งไปยังขดลวดของวาล์ว ท่อจะไม่ถูกปิดกั้น

เมื่อโซลินอยด์ถูกปิด สปริงจะไม่รั้งอะไรไว้อีกต่อไป และวาล์วจะพุ่งลงมาปิดกั้นรูนำ ท่อส่งถูกปิดอีกครั้ง

รีเลย์สตาร์ทแม่เหล็กไฟฟ้ารถยนต์

โดยพื้นฐานแล้วมอเตอร์สตาร์ทคือมอเตอร์กระแสตรงทรงพลังที่ขับเคลื่อนโดยแบตเตอรี่ของรถยนต์ ในเวลาสตาร์ทเครื่องยนต์ เฟืองสตาร์ท (ส่วนโค้ง) จะต้องทำงานอย่างรวดเร็วชั่วขณะกับมู่เล่ของเพลาข้อเหวี่ยง และในขณะเดียวกันก็เปิดมอเตอร์สตาร์ท โซลินอยด์ในที่นี้คือคอยล์โซลินอยด์สตาร์ท

รีเลย์รีแทรคเตอร์ติดตั้งอยู่บนตัวเรือนสตาร์ทเตอร์ และเมื่อจ่ายไฟให้กับคอยล์รีเลย์ แกนเหล็กที่เชื่อมต่อกับกลไกที่เคลื่อนเกียร์ไปข้างหน้าจะถูกดึงออกมา หลังจากสตาร์ทเครื่องยนต์แล้ว คอยล์รีเลย์จะตัดการจ่ายไฟและเกียร์จะกลับคืนด้วยสปริง

โซลินอยด์ล็อค

ในล็อคแม่เหล็กไฟฟ้า สลักเกลียวจะถูกขับเคลื่อนด้วยแรงของแม่เหล็กไฟฟ้า ล็อคดังกล่าวใช้ในระบบควบคุมการเข้าออกและระบบประตูน้ำ ประตูที่ติดตั้งล็อคดังกล่าวจะเปิดได้ในช่วงระยะเวลาที่สัญญาณควบคุมมีผลบังคับใช้เท่านั้น หลังจากนำสัญญาณนี้ออกแล้ว ประตูที่ปิดจะยังคงล็อคอยู่ไม่ว่าจะเปิดหรือไม่ก็ตาม

ข้อดีของโซลินอยด์ล็อครวมถึงการออกแบบ ซึ่งง่ายกว่าล็อคเครื่องยนต์มาก ทนทานต่อการสึกหรอมากกว่า อย่างที่คุณเห็น ที่นี่โซลินอยด์จะจับคู่กับสปริงกลับอีกครั้ง

เหนี่ยวนำด้วยโซลินอยด์ด้วยความร้อน

ตัวเหนี่ยวนำแบบหลายทิศทางของโซลินอยด์มักใช้เพื่อให้ความร้อน ขดลวดเหนี่ยวนำทำจากท่อทองแดงระบายความร้อนด้วยน้ำหรือบัสบาร์ทองแดง

ในการติดตั้งความถี่ปานกลาง ขดลวดชั้นเดียวจะถูกใช้ และในขดลวดความถี่อุตสาหกรรม ขดลวดอาจเป็นแบบชั้นเดียวหรือหลายชั้นก็ได้ นี่เป็นเพราะการลดการสูญเสียทางไฟฟ้าที่เป็นไปได้ในตัวเหนี่ยวนำและเงื่อนไขการปฏิบัติตามพารามิเตอร์โหลดและด้วยพารามิเตอร์แรงดันไฟฟ้าและตัวประกอบกำลังของแหล่งจ่ายไฟ เพื่อรับประกันความแข็งแกร่งของขดลวดเหนี่ยวนำ มักใช้ฉาบระหว่างแผ่นซีเมนต์ใยหินขั้นสุดท้าย

ในการติดตั้งที่ทันสมัย การชุบแข็งแบบเหนี่ยวนำและความร้อน โซลินอยด์ทำงานในโหมด AC ความถี่สูง ดังนั้นจึงไม่จำเป็นต้องใช้แกนเฟอร์โรแมกเนติก

มอเตอร์โซลินอยด์

ในมอเตอร์โซลินอยด์แบบขดลวดเดี่ยว การเปิดและปิดการทำงานของคอยล์จะส่งผลให้เกิดการเคลื่อนไหวทางกลของกลไกข้อเหวี่ยง และการคืนกลับทำได้โดยสปริง คล้ายกับที่เกิดขึ้นในโซลินอยด์วาล์วและโซลินอยด์ล็อค

ในมอเตอร์โซลินอยด์แบบหลายขดลวดการเปิดใช้งานแบบสลับของขดลวดจะดำเนินการโดยใช้วาล์ว ในแต่ละขดลวด กระแสจากแหล่งพลังงานจะถูกจ่ายในหนึ่งในครึ่งรอบของแรงดันไฟฟ้าไซน์ แกนกลางถูกดึงดูดอย่างต่อเนื่องโดยคอยล์หนึ่งหรืออีกอันหนึ่ง ทำให้เกิดการเคลื่อนไหวแบบลูกสูบ ขับเพลาข้อเหวี่ยงหรือล้อให้หมุน

โซลินอยด์ในโรงงานทดลอง

การติดตั้งแบบทดลอง เช่น เครื่องตรวจจับ ATLAS ที่ทำงานที่ Large Hadron Collider ที่ CERN ใช้แม่เหล็กไฟฟ้าอันทรงพลังซึ่งรวมถึงโซลินอยด์ด้วย การทดลองทางฟิสิกส์ของอนุภาคมีขึ้นเพื่อค้นหาส่วนประกอบสำคัญของสสารและเพื่อตรวจสอบพลังพื้นฐานของธรรมชาติที่หล่อเลี้ยงจักรวาลของเรา

ขดลวดเทสลา

ในที่สุด ผู้ที่ชื่นชอบมรดกของ Nikola Tesla มักจะใช้โซลินอยด์เพื่อสร้างขดลวด ขดลวดทุติยภูมิของหม้อแปลงเทสลาไม่มีอะไรมากไปกว่าโซลินอยด์ และความยาวของเส้นลวดในขดลวดมีความสำคัญมาก เพราะผู้สร้างขดลวดที่นี่ใช้โซลินอยด์ไม่ใช่แม่เหล็กไฟฟ้า แต่ใช้เป็นท่อนำคลื่น เป็นตัวสะท้อน ซึ่งเช่นเดียวกับในวงจรออสซิลเลชันอื่นๆ ไม่เพียงแต่มี ความเหนี่ยวนำของเส้นลวด แต่ยังรวมถึงความจุที่เกิดขึ้นในกรณีนี้จากระยะห่างอย่างใกล้ชิดถึงเพื่อนที่ผลัดกัน อย่างไรก็ตาม toroid ที่ด้านบนของขดลวดทุติยภูมิได้รับการออกแบบมาเพื่อชดเชยความจุที่กระจายนี้

เราหวังว่าบทความของเราจะเป็นประโยชน์กับคุณ และตอนนี้คุณรู้แล้วว่าโซลินอยด์คืออะไรและมีกี่ส่วนในการใช้งานในโลกสมัยใหม่ เพราะเราไม่ได้แสดงรายการทั้งหมด