Как работает соленоид: СОЛЕНОИД — это… Что такое СОЛЕНОИД?

Содержание

СОЛЕНОИД - это... Что такое СОЛЕНОИД?

(от греч. solen - трубка и eidos - вид) - проволочнаяспираль с током, характеризуемая числом витков на единицу длины п, длиной l, диаметром d; толщина провода и шаг спирали (винтовой линии)малы по сравнению с d и l. Термин «С.» применяют и в болеешироком значении - так называют катушки с произвольным сечением (квадратныйС., прямоуг. С.), и не обязательно цилиндрические (тороидальный С.). Различаютдлинный С. (ld )и короткий (ld). В тех случаях, когда соотношение между d и l специальноне оговаривается, подразумевается длинный С. В теоретич. физике модельюС. служит система поверхностных токов j П, текущих поцилиндрич. поверхности перпендикулярно к образующей (j П= nI, где I -ток моделируемого С.).

С. изобретён в 1820 А. Ампером (A. Ampere) для усиления открытого X.Эрстедом (Н. Oersted) магн. действия тока и был применён Д. Араго (D. Arago)в опытах по намагничиванию стальных стержней. Магн. свойства С. были экспериментальноизучены Ампером в 1822 (тогда же им был введён и термин «С.»), была установленаэквивалентность С. постоянным природным магнитам той же конфигурации, чтоявилось подтверждением электродинамич. теории Ампера, объяснявшей магнетизмвзаимодействием скрытых в телах кольцевых молекулярных токов.

Энергия магн. поля С. с точностью до величины порядка d/l сосредоточенавнутри С. Вдали от концов С. внутр. поле близко к однородному с напряжённостью Н= пI в СИ (в гауссовой системе единиц H = 4pnI/с).Внеш. поле С. близко к полю двух магн. зарядов ±qm, помещённыхна его концах [( - магн. постоянная)в СИ, вгауссовой системе единиц]. Силовые линии магн. поля С. приведены на рис.

С. используются в физике и технике для создания квазподнородных магн. Лит.: Калантаров П. Л., Цейтлин Л. А., Расчет индуктивностей,3 изд., Л., 1986; Фейнман Р., Лейтон Р. , С э н д с М., Фейнмановские лекциипо физике, пер. с англ., [в.] 5, 2 изд., М., 1977. Г. В. Пермитин.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1988.

Соленоид - Solenoid - qaz.wiki

Иллюстрация соленоида

Соленоида ( oʊ л ə п ɔɪ д / , от греческого σωληνοειδής sōlēnoeidḗs , «трубчатый») представляет собой тип электромагнита , целью которого является создание контролируемого магнитного поля через катушку , намотанную в плотно упакованная спираль . Катушка может быть расположена так, чтобы создавать однородное магнитное поле в объеме пространства, когда через нее пропускается электрический ток . Термин соленоид был придуман в 1823 году Андре-Мари Ампером для обозначения спиральной катушки.

При изучении электромагнетизма соленоид представляет собой катушку, длина которой существенно превышает ее диаметр. Спиральная катушка соленоида не обязательно должна вращаться вокруг прямой оси; например, электромагнит Уильяма Стерджена 1824 года состоял из соленоида, изогнутого в форме подковы.

В технике этот термин может также относиться к множеству преобразователей, которые преобразуют энергию в линейное движение. Проще говоря, соленоид преобразует электрическую энергию в механическую работу . Термин также часто используется для обозначения электромагнитного клапана , интегрированного устройства , содержащего электромеханический соленоид , который приводит в действие либо с пневматическим или гидравлическим клапаном, или электромагнитный переключатель, который является типом специфика реле , что внутренне использует электромеханический соленоид для управления электрический выключатель ; например, соленоид автомобильного стартера или линейный соленоид. Также существуют электромагнитные болты , один из видов электромеханического запирающего механизма. В электромагнитной технологии соленоид - это узел исполнительного механизма со скользящим ферромагнитным плунжером внутри катушки.

Без питания плунжер выходит на часть своей длины за пределы катушки; подача энергии втягивает поршень в катушку. Электромагниты с неподвижными сердечниками не считаются соленоидами.

Бесконечный непрерывный соленоид

Бесконечный соленоид имеет бесконечную длину, но конечный диаметр. «Непрерывный» означает, что соленоид образован не дискретными катушками конечной ширины, а множеством бесконечно тонких катушек без промежутков между ними; в этой абстракции соленоид часто рассматривается как цилиндрический лист проводящего материала.

Внутри

Рисунок 1: Бесконечный соленоид с тремя произвольными петлями Ампера, обозначенными a , b и c . Интегрирование по пути c показывает, что магнитное поле внутри соленоида должно быть радиально однородным.

Магнитное поле внутри бесконечно длинного соленоида однородно и его сила ни зависит от расстояния от оси , ни на площадь поперечного сечения соленоида.

Это результат плотности магнитного потока вокруг соленоида, который является достаточно длинным, чтобы можно было игнорировать краевые эффекты. На рисунке 1 мы сразу знаем, что вектор плотности потока указывает в положительном направлении z внутри соленоида и в отрицательном направлении

z вне соленоида. Мы подтверждаем это, применяя правило захвата правой рукой для поля вокруг проволоки. Если мы обхватим правой рукой провод, указав большим пальцем в направлении тока, изгиб пальцев покажет, как ведет себя поле. Поскольку мы имеем дело с длинным соленоидом, все компоненты магнитного поля, не направленные вверх, компенсируются симметрией. Снаружи происходит аналогичная отмена, а поле только направлено вниз.

Теперь рассмотрим воображаемую петлю c, которая находится внутри соленоида. По закону Ампера мы знаем, что линейный интеграл от B (вектора плотности магнитного потока) вокруг этой петли равен нулю, так как она не включает в себя электрические токи (можно также предположить, что циркуляционное электрическое поле, проходящее через петлю, является постоянным при таком условия: постоянный или постоянно меняющийся ток через соленоид). Выше мы показали, что поле направлено вверх внутри соленоида, поэтому горизонтальные участки петли c не вносят никакого вклада в интеграл. Таким образом, интеграл от верхней части 1 равен интегралу обратной стороны 2. Поскольку мы можем произвольно изменять размеры контура и получить тот же результат, единственное физическое объяснение состоит в том, что подынтегральные выражения фактически равны, то есть магнитное поле внутри соленоида радиально однородно. Однако обратите внимание, что ничто не запрещает ему изменяться в продольном направлении, что на самом деле так и есть.

за пределами

Аналогичный аргумент можно применить к контуру а, чтобы сделать вывод, что поле вне соленоида радиально однородно или постоянно. Этот последний результат, который строго выполняется только около центра соленоида, где силовые линии параллельны его длине, важен, поскольку он показывает, что плотность потока снаружи практически равна нулю, поскольку радиусы поля вне соленоида будут стремиться к бесконечность.

Также можно использовать интуитивный аргумент, чтобы показать, что плотность потока вне соленоида фактически равна нулю. Силовые линии магнитного поля существуют только в виде петель, они не могут расходиться или сходиться к точке, как силовые линии электрического поля (см . Закон Гаусса для магнетизма ). Линии магнитного поля следуют продольной траектории соленоида внутри, поэтому они должны идти в противоположном направлении за пределами соленоида, чтобы линии могли образовывать петлю. Однако объем снаружи соленоида намного больше, чем объем внутри, поэтому плотность силовых линий снаружи значительно снижается. Напомним, что внешнее поле постоянно. Чтобы общее количество силовых линий было сохранено, внешнее поле должно стремиться к нулю по мере увеличения длины соленоида.

Конечно, если соленоид выполнен в виде проволочной спирали (как это часто делается на практике), то он излучает внешнее поле так же, как одиночный провод, из-за тока, протекающего по всей длине соленоида.

Количественное описание

На рисунке показано, как закон Ампера можно применить к соленоиду.

Применение закона обмоток Ампера к соленоиду (см. Рисунок справа) дает нам

Bлзнак равноμ0Nя,{\ displaystyle Bl = \ mu _ {0} NI,}

где - плотность магнитного потока , - длина соленоида, - магнитная постоянная , количество витков и сила тока. Отсюда получаем B{\ displaystyle B}л{\ displaystyle l}μ0{\ displaystyle \ mu _ {0}}N{\ displaystyle N}я{\ displaystyle I}

Bзнак равноμ0Nял.{\ displaystyle B = \ mu _ {0} {\ frac {NI} {l}}.}

Это уравнение справедливо для соленоида в свободном пространстве, что означает, что проницаемость магнитного пути такая же, как проницаемость свободного пространства μ 0 .

Если соленоид погружен в материал с относительной проницаемостью μ r , то поле увеличивается на эту величину:

Bзнак равноμ0μрNял.{\ displaystyle B = \ mu _ {0} \ mu _ {\ mathrm {r}} {\ frac {NI} {l}}. }

В большинстве соленоидов соленоид не погружен в материал с более высокой проницаемостью, а скорее некоторая часть пространства вокруг соленоида имеет материал с более высокой проницаемостью, а часть - просто воздух (который ведет себя как свободное пространство). В этом сценарии полный эффект материала с высокой проницаемостью не виден, но будет эффективная (или кажущаяся) проницаемость

μ eff такая, что 1 ≤  μ eff  ≤  μ r .

Включение ферромагнитного сердечника, такого как железо , увеличивает величину плотности магнитного потока в соленоиде и повышает эффективную проницаемость магнитного пути. Это выражается формулой

Bзнак равноμ0μежжNялзнак равноμNял,{\ displaystyle B = \ mu _ {0} \ mu _ {\ mathrm {eff}} {\ frac {NI} {l}} = \ mu {\ frac {NI} {l}},}

где μ eff - эффективная или кажущаяся проницаемость керна. Эффективная проницаемость является функцией геометрических свойств керна и его относительной проницаемости. {\ frac {3} {2}} }}}

Для случаев, когда радиус невелик по сравнению с длиной, эта оценка может быть дополнительно уточнена путем суммирования ее по количеству N витков / витков проволоки в различных положениях вдоль z .

Примеры нестандартных соленоидов (а) редкий соленоид, (б) соленоид с изменяемым шагом, (в) нецилиндрический соленоид

Неправильные соленоиды

В категории конечных соленоидов есть те, которые редко намотаны с одним шагом, редко намотаны с переменным шагом (соленоиды с переменным шагом) или с переменным радиусом для разных петель (нецилиндрические соленоиды). Их называют нерегулярными соленоидами. Они нашли применение в различных областях, таких как соленоиды с редкой намоткой для беспроводной передачи энергии, соленоиды с переменным шагом для магнитно-резонансной томографии (МРТ) и нецилиндрические соленоиды для других медицинских устройств.

Расчет собственной индуктивности и емкости не может быть выполнен с использованием тех, которые используются для традиционных соленоидов, то есть с плотно намотанными соленоидами. Были предложены новые методы расчета собственной индуктивности (коды доступны на) и емкости. (коды доступны по адресу)

Индуктивность

Как показано выше, плотность магнитного потока внутри катушки практически постоянна и определяется выражением B{\ displaystyle B}

Bзнак равноμ0Nял,{\ displaystyle B = \ mu _ {0} {\ frac {NI} {l}},}

где μ 0 - магнитная постоянная , количество витков, ток и длина катушки. Пренебрегая концевыми эффектами, общий магнитный поток, проходящий через катушку, получается путем умножения плотности потока на площадь поперечного сечения : N{\ displaystyle N}я{\ displaystyle I}л{\ displaystyle l}B{\ displaystyle B}А{\ displaystyle A}

Φзнак равноμ0NяАл.{\ displaystyle \ Phi = \ mu _ {0} {\ frac {NIA} {l}}.}

В сочетании с определением индуктивности

Lзнак равноNΦя,{\ displaystyle L = {\ frac {N \ Phi} {I}},}

индуктивность соленоида равна

Lзнак равноμ0N2Ал. {2} A} {l}}.}

Таблица индуктивности для коротких соленоидов с различным соотношением диаметра к длине была рассчитана Деллингером, Уиттмором и Ульдом.

Это, а также индуктивность более сложных форм, может быть получено из уравнений Максвелла . Для жестких катушек с воздушным сердечником индуктивность зависит от геометрии катушки и количества витков и не зависит от тока.

Аналогичный анализ применим к соленоиду с магнитопроводом, но только если длина катушки намного больше, чем произведение относительной проницаемости магнитопровода на диаметр. Это ограничивает простой анализ сердечниками с низкой проницаемостью или очень длинными тонкими соленоидами. Наличие сердечника можно учесть в приведенных выше уравнениях, заменив магнитную постоянную μ 0 на μ или μ 0 μ r , где μ представляет проницаемость, а μ r - относительную проницаемость . Обратите внимание, что, поскольку проницаемость ферромагнитных материалов изменяется в зависимости от приложенного магнитного потока, индуктивность катушки с ферромагнитным сердечником обычно зависит от тока.

Приложения

Электромеханический соленоид

Объяснение 1920 года коммерческого соленоида, используемого в качестве электромеханического привода.

Электромеханические соленоиды состоят из электромагнитно индуктивной катушки, намотанной на подвижную стальную или железную пробку (называемую якорем ). Катушка имеет такую ​​форму, что якорь можно перемещать в пространство в центре катушки и из него, изменяя индуктивность катушки и тем самым становясь электромагнитом . Движение якоря используется для создания механической силы в каком-либо механизме, например, для управления пневматическим клапаном . Несмотря на то, что соленоиды обычно слабы на любых расстояниях, кроме очень коротких, они могут управляться напрямую схемой контроллера и, следовательно, иметь очень быстрое время реакции.

Сила, приложенная к якорю, пропорциональна изменению индуктивности катушки по отношению к изменению положения якоря и току, протекающему через катушку (см . Закон индукции Фарадея ). Сила, приложенная к якорю, всегда будет пе

Как работает вакуумный соленоид EGR

EGR (рециркуляция выхлопных газов)

EGR представляет собой устройство для рециркуляции отработавших газов, используемое с целью снижения выбросов. Цель системы рециркуляции отработавших газов состоит в том, чтобы позволить определенному количеству выхлопных газов возвращаться и смешиваться с поступающим топливом в цилиндры на крейсерской скорости. Это помогает охлаждать цилиндры, обеспечивая более высокую степень воспламенения для сжигания большего количества топлива. Это делает двигатель более эффективным. Если EGR не используется, момент зажигания должен быть несколько замедлен, чтобы не произошло детонации.

Электромагнитный выключатель

Благодаря увеличению момента зажигания и предоставлению топливу большего времени для сжигания, в каталитический нейтрализатор поступает меньше несгоревшего топлива, а следовательно, и меньше выбросов. Система рециркуляции отработавших газов не может функционировать на холостом ходу, иначе это приведет к очень грубому ходу или остановке двигателя. Он предназначен для работы на постоянной скорости около 2000 об/мин. Это достигается с помощью электромагнитного клапана управления вакуумом EGR. Электромагнит управления рециркуляцией отработавших газов может быть двухпозиционным переключателем или может иметь тип широтно-модулированного импульса. У любого типа есть аккумулятор плюс на одной стороне, и компьютер управляет соленоидом, заземляя другую сторону, когда он хочет включить EGR.

EGR имеет четыре провода, три из которых предназначены для компьютера, поэтому он может не только включать вакуум в EGR, но и контролировать его положение. Некоторые системы рециркуляции отработавших газов используют трио мониторов в верхней части рециркуляции отработавших газов для контроля и управления рециркуляцией отработавших газов электронным способом без использования вакуумного соленоида.

Система рециркуляции отработавших газов подвержена засорению углеродом в течение определенного периода времени, и ее следует проверять на наличие грубого холостого хода. Он может быть заблокирован или открыт. Перед тем, как снимать его, проверять, чистить или заменять, убедитесь, что в нем создается вакуум (если он такого типа) и что резиновая мембрана внутри него не протекает, что вызывает утечку вакуума. Проверьте EGR, сжимая диафрагму пальцами вверх, чтобы увидеть, движется ли она.

Обнаружение неисправности электромагнитного клапана

В какой-то момент в их жизни соленоидный клапан выйдет из строя и перестанет работать. Причины отказа клапана обширны и разнообразны: попадание грязи, повреждение, износ, ошибки технического обслуживания или просто электромагнитный клапан не подходит для конкретной области применения.

Вот некоторые начальные ключевые указания перед тем, как приступить к устранению неисправностей:

Электромагнитный клапан открывается только слегка

Попадание грязи под мембрану

Очистите мембранно-поршневые разделители или замените их в случае повреждения.См. Список запасных частей, возможно, перед установкой установлен фильтр Y типа.

Убедитесь, что перепад давления на входе / выходе (перепад) соответствует спецификации клапана. Если слишком низкий клапан, необходимо заменить его на версию с номиналом 0. Помните, что выходная сторона поднимется к более высокому резервуару или системе, поэтому также следует вычесть из давления на стороне подачи. Другие системные требования могут также снизить общее давление подачи и еще больше уменьшить перепады.

Повреждена или погнута трубка якоря

Заменить трубку.См. Доступные запасные части.

Замените поврежденные компоненты и проверьте совместимость среды с клапаном. Не используйте уплотнения из EPDM для масел или жиров, поскольку уплотнения будут набухать и ограничивать поток. Позвоните в службу технической поддержки или замочите уплотнения на ночь, чтобы проверить, не набухнет ли уплотнение.

Отсутствующие компоненты после технического обслуживания

Замените детали в соответствии с перечнем запасных частей.

Электромагнитный клапан не открывается

Проверьте, нормально ли закрыт клапан (питание для открытия) или нормально открытый (питание для закрытия) Слегка используйте подъемную катушку магнитного детектора, чтобы проверить наличие магнитного поля.Не снимайте катушку, если она находится под напряжением, так как ОНА ПРОГОРЕТ Проверьте контакты. Проверьте соединения проводов и разъем DIN. Проверить предохранители.

Убедитесь, что напряжение на катушке соответствует источнику питания. Проверьте отклонения напряжения обычно +/- 10%, однако обратитесь к каталогу электромагнитных клапанов. Некоторые катушки работают по принципу броска тока для открытия клапана. Убедитесь, что ваш источник питания рассчитан на ток катушки. Большинство клапанов будут иметь кабельные заглушки со степенью защиты IP65, убедитесь, что кабельный ввод и диаметр кабеля совпадают, соединительный винт штекера должен быть правильно затянут и позволять кабелю проваливаться под кабельный ввод, чтобы предотвратить попадание капель воды.

Проверьте номинальную мощность катушки, версия с большей мощностью может быть обязательным.Уменьшите давление на входе в соответствии со спецификацией клапана, как показано в каталоге соленоидных клапанов.

Убедитесь, что перепад давления на входе / выходе (перепад) соответствует расчетным условиям клапана. Если слишком низкий клапан, необходимо заменить его на версию с номиналом 0. Помните, что выходная сторона поднимется к более высокому резервуару или системе, поэтому также следует вычесть из давления на стороне подачи. Другие системные требования могут также снизить общее давление подачи и еще больше уменьшить перепады.

Заменить трубку якоря. См. Список запасных частей.

Попадание грязи в трубку якоря

Очистите якорь клапана или замените. Взвешенные частицы грязи можно отфильтровать с помощью сетчатого фильтра, всегда устанавливайте клапан так, чтобы катушка была вертикальной, чтобы уменьшить износ верхней части якоря соленоида, если грязь попадет в среду. Если накипь накапливается в жесткой воде, установите устройство для смягчения воды или сухой арматурный клапан, в противном случае установите сетчатый фильтр типа Y для фильтрации взвешенных частиц.

Замените поврежденные компоненты и проверьте совместимость среды с клапаном. Если якорь поврежден из-за чистящей или дозируемой жидкости? Некоторые кислоты разъедают нержавеющую арматуру 430F, которая устойчива к коррозии, но не гарантирует, что она выдержит все жидкости.

Отсутствующие компоненты после технического обслуживания

Замените детали в соответствии с перечнем запасных частей.

Электромагнитный клапан не закрывается или закрывается частично

Попадание грязи под мембрану или уплотнения поршня.

Очистите мембрану или поршневые уплотнения и удалите весь мусор. Установите фильтр перед клапаном, чтобы предотвратить попадание мусора в клапан.

  • Слегка приподнимите катушку, чтобы проверить наличие магнитного поля.
  • Не снимайте катушку полностью, если она находится под напряжением, так как ОНА ПРОГОРЕТ.
  • Проверьте проводку и схему.
  • Проверьте соединения проводов.

Попадание грязи в пилотное отверстие под якорем змеевика.

Прочистите отверстие штифтом или сжатым воздухом.

  • Проверить положение ручного дублирования и при необходимости отрегулировать.
  • Импульс давления на входе.
  • Проверить технические данные клапана в каталоге соленоидных клапанов и при необходимости заменить.
  • Слишком большой перепад давления на входе / выходе
  • Проверьте давление и расход
  • Давление на выходе иногда выше, чем давление на входе
  • Проверьте другие элементы при установке.

Повреждена или погнута трубка якоря

Заменить трубку.См. Запасные части, доступные в каталоге электромагнитных клапанов

Правильно установите диафрагму или замените ее новой. См. Запасные части клапана.

Попадание грязи в трубку якоря

Очистите якорь клапана или замените. При накоплении накипи в жесткой воде установите устройство для смягчения воды или клапан с сухой арматурой из каталога соленоидных клапанов.

Коррозия в диафрагме пилотного клапана

Замените поврежденные компоненты, обратный клапан соответствует спецификации, см. Каталог электромагнитных клапанов.

Клапан установлен неправильно вокруг

Убедитесь, что направление потока совпадает со стрелкой направления потока или отметками входа / выхода на портах.

Отсутствующие компоненты после технического обслуживания

Замените детали в соответствии с перечнем запасных частей.

Обнаружение неисправности гидравлического удара

Неправильный шум клапана

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, соленоид линейный или пропорциональный , соленоид - это соленоид, положение которого можно точно контролировать. Они используются для управления поршнями и клапанами для точного управления давлением или расходом жидкости в таких приложениях, как трансмиссии 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 коробка передач - 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 плавности и качестве 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, лучший контроль нагрузки и снижение выбросов с минимальными усилиями 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 множества входных сигналов, помимо скорости вала, вакуума и входного сигнала привода. Некоторые из этих параметров включают опережение зажигания, параметры форсунки, датчики входной скорости, выбор переключения передач, скорость двигателя, положение дроссельной заслонки, скорость / блокировку гидротрансформатора, температуру ATF, температуру двигателя, датчики проскальзывания колес и инерционные датчики.Комбинирование этих видов входных данных позволяет получить широкий спектр точек оптимизации переключения, адаптированных к общим условиям эксплуатации. Чтобы использовать эти входные данные наиболее эффективно, 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 за счет применения точного количества гидравлической жидкости.

Определение положения соленоида

Положение линейного соленоида регулируется по контуру обратной связи. Например, давление на выходе клапана можно отслеживать и использовать в качестве сигнала обратной связи для сравнения с заданным значением, 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 нагрузкой пружинного типа и магнитным полем соленоида, который можно определить путем измерения тока через соленоид.

ШИМ-управление соленоидом

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 времени на формы волны к периоду импульса. Изменения ширины импульса и механической нагрузки соленоида вызывают изменение среднего тока, протекающего через соленоид. Средний ток указывает на величину движения соленоида и, следовательно, на давление и поток жидкости.

Взаимосвязь между перемещением соленоида и средним током для конкретной формы сигнала ШИМ устанавливается с помощью 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, подключенном последовательно с соленоидом, батареей и переключателем.Существует несколько различных способов настройки этой последовательной цепи для переключения и измерения напряжения.

Датчик тока низкой стороны с приводом высокого давления

В схеме на Рисунке 1 показан 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 отключается от .Использование заземления для шунта позволяет использовать недорогой операционный усилитель с разными характеристиками синфазного сигнала в электронном блоке управления (ЭБУ) для измерения напряжения на шунте.

Рис. 1. Электронный блок управления с переключением на стороне высокого и 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 в верхнем положении, его дороже покупать и ездить. Привод PWM требует тщательного преобразования уровня между логическим выходом микроконтроллера и вентилем.
  3. Необходима 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 (Рисунок 1) не обнаружено.
  4. Измерение может быть нестабильным, потому что на практике заземление не является идеальным универсальным соединением , графически отображенным как маленький перевернутый треугольник. В реальном применении «земля» на самом деле не может быть заземлением . 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 нижнего уровня.

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

Рис. 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 замыкание на землю, поскольку через шунт протекает ток на стороне высокого напряжения, 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 неожиданной активации соленоида и чрезмерной коррозии, показана на рисунке 3, где и переключатель, и шунт подключены на стороне высокого напряжения.Это снимает напряжение батареи с соленоида, когда переключатель выключен с , предотвращая повреждение из-за потенциального короткого замыкания на землю, и позволяет включить рециркулирующий ток в измерение. 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 разброс синфазного напряжения, от напряжения на верхней 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 напряжения (Рисунок 2), можно измерить 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 - 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.

ОСНОВНОЕ РУКОВОДСТВО ПО ЭЛЕКТРИЧЕСТВУ - РЕЛЕ

& nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp Еще одно практическое применение реле - это включение одной цепи, когда другая цепь была выключена или сломан.Какое возможное приложение требует такого странного переключения договоренность? Как насчет охранной сигнализации?

& nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp Ссылаясь на приведенную выше диаграмму, давайте проследим электрический поток. Поскольку провод контура сигнализации соединяет точки «V2» с «C», легко увидеть, что электричество течет от отрицательной батареи терминал, переходит к V1, затем к V2, затем (поскольку шлейф сигнализации не разорван) он переходит к C и, наконец, к положительной клемме аккумуляторной батареи. В этой схеме ток течет через электромагнит, в результате чего SPDT переключатель, чтобы установить контакт с клеммой B.Из-за этого сирена НЕ звучит, потому что в точку А НЕТ тока.

& nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp Теперь предположим, что шлейф сигнализации сломан. Провод не обязательно разрезать чтобы вызвать тревогу. Возможно, можно подключить один или несколько магнитных переключателей. последовательно в шлейфе сигнализации, и когда один магнит движется, это вызывает переключение контакт, чтобы разорвать, и тогда раздастся сигнал тревоги. Электричество сейчас течет через точки C и A к сирене, а НЕ к электромагниту.

& nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp Цепь сигнализации 1 действительно страдает от одного серьезного недостаток. Вы видите, что это такое? При повторном подключении шлейфа сигнализации сирена Выключается. Это НЕ рекомендуется для любой серьезной системы сигнализации. В конце концов, если дверь с магнитным выключателем открывается силой, взломщику придется сделать это закрыть дверь. Сирена гаснет! Есть ли лучший способ подключить сигнализацию? Конечно.

& nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp Цепь сигнализации 2 очень похожа на Цепь 1, с той лишь разницей, что одна сторона шлейфа сигнализации теперь переходит в точка B вместо точки C.Что происходит, когда на это подается ток цепь? Сирена сразу выдает сигнал и горит постоянно. Хммм, это действительно похоже на раздражающую сигнальную цепь. (Сделал ли Тим Конвей отец проводил это? Если вы не поняли эту шутку, см. Часть I).

& nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp Теперь о красоте этой умной трассы. Используя кусок провода, временно соедините точку B с точкой C. будильник отключается немедленно. Если разорвать шлейф сигнализации, сработает сирена. снова.Что произойдет, если снова подключить шлейф сигнализации? Сирена все еще взрывается. Теперь , это намного лучшая сигнальная цепь! Посмотрим как оно работает. Временное соединение точек B и C вызывает протекание тока через электромагнит, который притягивает переключатель к точке B. поскольку шлейф сигнализации остается непрерывным, сигнализация остается беззвучной. Сломать шлейф сигнализации, звучит сигнал тревоги. В отличие от контура 1, повторное подключение сигнализации петля больше не вызывает протекание тока через электромагнит.В только способ активировать электромагнит - соединить точки B и C. Хорошо!

& nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp В «реальном мире» реле, мощность питание (аккумулятор) и сирена должны быть недоступны для всех, кроме те, кто уполномочен «ставить» и «разоружать» его. Вы легко видите, что сигнализация могла быть саботирована несколькими способами, если неуполномоченные лица имел к нему доступ. Кстати, такой тип схемы называется охраняемая сигнализация.Зачем? Если бы сигнальный шлейф был разорван, вы бы никогда не смогли его поставить на охрану. Поэтому в реальном приложении, если сигнализация не может быть поставлена ​​на охрану, вы будет знать, что что-то не так (дверь может быть открыта, провод может быть битые и тд). Кроме того, в реальных приложениях будильник был бы намного больше. сложнее, чем показано здесь. Вероятно, процесс постановки на охрану будет завершен с ключевым переключателем. Сигнализация также может иметь мигающие огни, автоматический дозвон в полицию и так далее. В Показанные схемы предназначены только для демонстрационных и образовательных целей и НЕ предназначены для использования вместо профессиональных систем сигнализации.

& nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp Должна быть показана еще одна схема, потому что в в реальной жизни, тот же источник питания, вероятно, , а не , будет управлять контур сигнализации, а также контур предупреждения. Диаграмма для такого Расположение показано ниже в цепи аварийной сигнализации 3.

& nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp Что касается строительства научный проект, мы рекомендовал бы Alarm Circuit 2, который, вероятно, можно было бы построить примерно за 5 долларов. (Да, вы можете добавить несколько магнитных переключателей к сигнальному шлейфу, но помните это очень быстро увеличит стоимость).Хоть и недорого и состоящий всего из 3 частей, Схема 2 демонстрирует некоторые важные электрические концепции. Во что бы то ни стало, проведите дополнительное исследование реле, сигнализация и тд.
И удачи с проектом !!!

**************************************** & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp Еще несколько слов о реле. Как и корпус с заменой многих механических устройств их электронными эквиваленты, реле постепенно выводятся из эксплуатации твердотельными реле (SSR).Механические реле имеют свои недостатки по сравнению с SSR:
& nbsp & nbsp & nbsp 1) переключение происходит намного медленнее
& nbsp & nbsp & nbsp 2) контакты изнашиваются
& nbsp & nbsp & nbsp 3) они шумят при переключении
& nbsp & nbsp & nbsp 4) их магнитные поля могут вызывать проблемы для близлежащих
& nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp компоненты

& nbsp & nbsp & nbsp & nbsp В настоящее время их единственным преимуществом является их способность переключать цепи высокого напряжения и высокого тока.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *