Сопротивление соленоида: Соленоиды. Виды и устройство. Работа и особенности

Содержание

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.

По назначению соленоиды разделяют на два класса:

Стационарные. То есть, для магнитных полей стационарного вида, которые долго держатся при некоторых значениях.
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:

Соленоид.
Источник тока.
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.

лабораторная работа 49

Цель работы - определение индуктивности соленоида по его сопротивлению переменному току.

Приборы и принадлежности: исследуемый соленоид, звуковой генератор, электронный осциллограф, миллиамперметр переменного тока, соединительные провода.

Явление самоиндукции. Индуктивность

Явление электромагнитной индукции наблюдается во всех случаях, когда изменяется магнитный поток, пронизывающий проводящий контур. В частности, если электрический ток течет в проводящем контуре, то он создает пронизывающий этот контур магнитный поток Ф.

При изменении силы тока I в любом контуре изменяется и магнитный поток Ф, вследствие этого в контуре возникает электродвижущая сила (ЭДС) индукции, которая вызывает дополнительный ток (рис.

1, где 1 - проводящий замкнутый контур, 2 — силовые линии магнитного поля, создаваемого током контура). Это явление называется самоиндукцией, а дополнительный ток, вызываемый ЭДС самоиндукции, – экстратоком самоиндукции.

Явление самоиндукции наблюдается в любой замкнутой электрической цепи, в которой протекает элетрический ток, при замыкании или размыкании этой цепи.

Рассмотрим, от чего зависит величина ЭДС ε_s самоиндукции. Магнитный поток Ф, пронизывающий замкнутый проводящий контур, пропорционален магнитной индукции В магнитного поля, создаваемого током, протекающим в контуре, а индукция В пропорциональна силе тока.

Рис. 1

Тогда магнитный поток Ф пропорционален силе тока, т.е.

Ф = L · I, (1)

где L — индуктивность контура, Гн (Генри).

Из (1) получим

L = Ф/I . (2)

Индуктивностью контура L называется скалярная физическая величина, равная отношению магнитного потока Ф, пронизывающего данный контур, к величине силы тока, текущего в контуре.

Генри — это индуктивность такого контура, в котором при силе тока в 1А возникает магнитный поток 1Вб, т.е. 1 Гн = 1.

Согласно закону электромагнитной индукции

. (3)

Подставляя (1) в (3), получим ЭДС самоиндукции:

. (4)

Формула (4) справедлива при L=const.

Опыт показывает, что при увеличении индуктивности L в электрической цепи сила тока в цепи увеличивается постепенно (см. рис. 2), а при уменьшении L сила тока уменьшается так же медленно (рис. 3).

Сила тока в электрической цепи при замыкании изменяется по закону , а при размыкании – по закону .

Кривые изменения силы тока показаны на рис. 2 и 3.

Рис. 2 Рис.3

Индуктивность контура зависит от формы, размеров и деформации контура, от магнитного состояния среды, в которой находится контур, а также от других факторов.

Найдем индуктивность соленоида. Соленоид — это цилиндрическая трубка, изготовленная из немагнитного непроводящего материала, на которую плотно, виток к витку, намотана тонкая металлическая проводящая проволока. На рис. 4 показан разрез соленоида вдоль цилиндрической трубки по диаметру (1 — силовые линии магнитного поля).

Рис. 4

Длина l соленоида намного больше, чем диаметр d, т. е.
l>> d. Если l< d, то соленоид можно рассматривать как короткую катушку.

Диаметр тонкой проволоки намного меньше, чем диаметр соленоида. Для увеличения индуктивности внутрь соленоида помещают ферромагнитный сердечник с магнитной проницаемостью μ. Если l>>d, то при протекании тока внутри соленоида возбуждается однородное магнитное поле, индукция которого определяется формулой

В=μ_о μnI, (5)

где μ_о = 4π·10^-7 Гн/м – магнитная постоянная; n = N/l – число витков единицы длины соленоида; N – число витков соленоида.

Вне соленоида магнитное поле практически равно нулю. Поскольку соленоид имеет N витков, то полный магнитный поток ψ (потокосцепление), пронизывающий поперечное сечение S соленоида, равен

Ψ = NФ = NВS, (6)

где Ф = BS – поток, пронизывающий один виток соленоида.

Подставляя (5) в (6) и с учётом того, что N = nl, получим

Ψ = μ_о μn² lSI . (7)

С другой стороны,

Ψ = LI . (8)

Сравнивая (7) и (8), получим

L = μ_о μn²lS = μ_о μS. (9)

Площадь сечения соленоида равна

. (10)

С учётом (10) формула (9) запишется в виде

L = μ_о μ. (11)

Определить индуктивность соленоида можно, подключив соленоид в электрическую цепь переменного тока с частотой ω.

Тогда полное сопротивление (импеданс) определится формулой

, (12)

где R – активное сопротивление, Ом; = х_L– индуктивное сопротивление; = х_с – ёмкостное сопротивление конденсатора с

ёмкостью С.

Если в электрической цепи отсутствует конденсатор, т.е. электроёмкость цепи мала, то х_с<< х_L и формула (12) будет иметь вид

. (13)

Тогда закон Ома для переменного тока запишется в виде

, (14)

где I_m , U_m – амплитудные значения силы тока и напряжения.

Так как ω = 2πν, где ν – частота колебаний переменного тока, то (14) примет вид

. (15)

Из (15) получим рабочую формулу для определения индуктивности:

. (16)

Ход работы

Для выполнения работы собрать цепь по схеме рис. 5.

1. Установить на звуковом генераторе частоту колебаний, указанную преподавателем.

2. Измерить с помощью осциллографа амплитуду напряжения U_m и частоту .

3. С помощью миллиамперметра определить действующее значение силы тока в цепи ; пользуясь соотношением и решая его относительно I

e, определить амплитуду тока в цепи.

Рис. 5

4. Данные занести в таблицу.

Таблица

ν,

Гц

I_e,

мА

I_m,

мА

U_m,

Ом

Гн

L_пров,

Гн

ΔL=L-L_пров,

Гн

6. По формуле (16) рассчитать индуктивность соленоида.

7. По формуле (11) рассчитать проверочное значение индуктивности соленоида, исходя из его геометрии и числа витков.

Справочные данные: активное сопротивление соленоида
R = 56 Ом; длина соленоида l = 40 см; диаметр соленоида
d = 2 см; число витков соленоида N = 2000.

Рекомендуемая частота переменного тока .

Вопросы для допуска к работе

1. Сформулируйте цель работы.

2. Дайте определение индуктивности?

3. Какова единица измерения индуктивности?

4. Запишите рабочую формулу для определения индуктивности соленоида.

Вопросы для защиты работы

1. Получите формулу для определения индуктивности соленоида, исходя из его геометрических размеров и числа витков.

2. Что называется импедансом?

3. Как связаны между собой максимальное и действующее значения силы тока и напряжения в цепи переменного тока?

4. Выведите рабочую формулу индуктивности соленоида.

5. Опишите явление самоиндукции.

6. Каков физический смысл индуктивности?

Журнал Gears — Методы испытаний соленоидов

Разнообразие и форма соленоидов, используемых в современных трансмиссиях, меняются с каждой новой моделью. При любом восстановлении соленоиды являются подозрительной деталью, и их следует либо протестировать и проверить на предмет правильной работы, либо заменить. Некоторые магазины предпочитают просто заменить все соленоиды на корпусе клапана. На некоторых моделях это имеет смысл, так как сменные соленоиды довольно недороги. Для других моделей стоимость соленоидов делает целесообразным тестирование и замену только тех, которые изношены или неисправны.

Когда вы проверяете соленоид, гидравлическая машина для испытания соленоидов со специальными адаптерами для каждого соленоида, безусловно, является лучшим и наиболее точным способом проверки. Большинство этих машин будут иметь документацию, которая проведет вас через процесс тестирования. В рамках этой статьи я не буду подробно останавливаться на машинах. Вместо этого я сосредоточусь на некоторых основных терминах, на том, как вы можете идентифицировать типы соленоидов и какие методы испытаний вы будете использовать для точной проверки различных соленоидов.

Начнем с некоторых характеристик и терминологии, используемых при разговоре о соленоидах.

СОЛЕНОИДНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ

Одним из ключевых измерений соленоида является использование мультиметра для измерения сопротивления катушки. Это быстрая и простая проверка, с помощью которой вы можете определить, есть ли у вас короткое замыкание, обрыв цепи или возможность частичного замыкания катушки соленоида. Важно помнить, что когда вы измеряете сопротивление, вы измеряете сопротивление катушки, которая представляет собой очень, очень длинный кусок провода. В отличие от настоящего резистора, сопротивление которого остается постоянным в широком диапазоне температур, сопротивление соленоидной катушки будет заметно изменяться в зависимости от температуры (например, при комнатной температуре по сравнению с 200°).

НОРМАЛЬНО ОТКРЫТЫЙ ИЛИ НОРМАЛЬНО ЗАКРЫТЫЙ

Относится к гидравлическому состоянию соленоида, когда он выключен без подачи электричества. Нормально открытый соленоид позволяет маслу течь от входа к выходу. Нормально закрытый соленоид блокирует масло между входом и выходом. Подача питания на соленоид переключит его в противоположное состояние.

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ АКТИВАЦИЯ СОЛЕНОИДА

Это относится к тому, как соленоид приводится в действие электрически, когда на него подается питание. Самый простой способ — подать на него напряжение зажигания и позволить ему потреблять полный ток. Следующим наиболее распространенным методом является использование широтно-импульсной модуляции (ШИМ). ШИМ включает и выключает соленоид много раз в секунду, и количество времени включения и количество времени выключения варьируется, чтобы изменить величину среднего тока, потребляемого соленоидом. Есть еще один метод, который называется «пик и удержание». Я подробно расскажу об этом в другой статье.

Обычно соленоиды можно разделить на два типа. Первый — это включение/выключение, при котором соленоид либо допускает полное давление на выходе, либо блокирует давление на выходе. Второй представляет собой соленоид, регулирующий давление, где выходное давление соленоида регулируется до требуемого клапана путем изменения потребляемого тока соленоида.

СОЛЕНОИДЫ ВКЛЮЧЕНИЯ/ВЫКЛЮЧЕНИЯ

Соленоиды включения/выключения обычно имеют меньшую конструкцию.
Соленоиды включения/выключения имеют более высокое сопротивление. Если вы измеряете сопротивление, оно обычно больше 10 Ом.
Непрерывный ток через эти соленоиды составляет около 0,4–0,7 А. Они предназначены для обработки такого количества тока в течение неопределенного времени.
Эти соленоиды в основном использовались в качестве соленоидов муфты переключения передач и гидротрансформатора на ранних этапах их применения. Поскольку трансмиссии и стратегии переключения стали более сложными, они были заменены регулирующими соленоидами.
Эти соленоиды не могут регулировать давление и создают полное давление на выходе.

ПРОВЕРКА ВКЛЮЧАЮЩИХ/ВЫКЛЮЧАЮЩИХ СОЛЕНОИДОВ

Проверка соленоидов включения/выключения проста. Давление должно подаваться на вход, а если он нормально закрыт, то давления на выходе не должно быть. После подачи питания вы должны увидеть давление на выходе. Для нормально открытого соленоида верно обратное. Давление на входе должно быть видно на выходе. Когда он находится под напряжением, на выходе не должно быть давления.

Одним из наиболее важных аспектов проверки двухпозиционного соленоида является отсутствие утечек через соленоид, когда он находится в закрытом состоянии. Хотя соленоид может казаться неисправным, износ или внутренние трещины могут привести к утечке небольшого количества жидкости. Если вы видите утечку, соленоид нельзя использовать повторно.

РЕГУЛИРУЮЩИЕ СОЛЕНОИДЫ

Они имеют большую конструкцию и имеют внутренний регулирующий клапан.
Они имеют различные названия, такие как электронный контроль давления (EPC), линейные соленоиды или триммерные соленоиды.
Имеют более низкое сопротивление. Если вы измеряете сопротивление, оно обычно меньше 10 Ом.
Непрерывный ток через эти соленоиды варьируется и может составлять от 0 до чуть более 1 ампера.
Эти соленоиды являются наиболее распространенным типом, используемым сегодня в трансмиссиях, и обеспечивают плавное включение сцепления при переключении передач, а также плавное управление муфтой гидротрансформатора.
Эти соленоиды регулируют давление на выходе. Давление пропорционально току и повторяемо.

ПРОВЕРКА РЕГУЛИРУЮЩИХ СОЛЕНОИДОВ

Проверка регулирующих соленоидов немного сложнее. Давление прикладывается к входу, а давление на выходе следует наблюдать при изменении тока на соленоиде. Давление должно либо увеличиваться, либо уменьшаться вместе с током в зависимости от того, нормально открыт соленоид или нормально закрыт. Эти соленоиды будут иметь максимальное выходное давление. Приложение избыточного давления на входе не требуется и может привести к неправильным результатам проверки, если соленоид находится под избыточным давлением.

Наиболее важным аспектом при проверке регулирующего соленоида является то, что давление изменяется плавно при изменении тока и что выходное давление всегда одинаково при заданном токе. Изношенные соленоиды покажут разницу выходного давления при данном токе. Эти соленоиды также могут заедать и иметь мертвую зону, в которой даже при изменении тока выходное давление остается прежним. Наконец, если выходное давление нестабильно и быстро колеблется при заданном токе, это указывает на то, что у соленоида могут быть проблемы с регулировкой.

Лучший способ визуально увидеть, как работает регулирующий соленоид, — измерить ток и построить график его зависимости от давления. Развертка от нуля до максимума (1-1,3 ампера) и обратно до нуля должна показать плавный график, на котором давление изменяется по мере увеличения и уменьшения тока. Следует отметить один ключевой момент: давление при заданном текущем значении почти такое же, как при увеличении и уменьшении тока, а затем возвращается к тому же текущему клапану. Эта разница называется гистерезисом. В этом значении давления будет некоторая разница (или гистерезис), но она должна быть минимальной. По мере износа регулирующих соленоидов гистерезис заметно увеличивается.

И последнее, что важно для регулирующих соленоидов, это то, что некоторые из них имеют регулировочный винт. Это позволяет регулировать зависимость давления от текущего соотношения, т. е. вы будете измерять большее или меньшее давление для всех текущих значений при регулировке винта внутрь или наружу. Этот регулировочный винт не должен быть установлен на произвольное значение, а должен быть установлен в соответствии с известным «откалиброванным» соленоидом. TCM в автомобиле ожидает, каким должно быть соотношение между давлением и текущим состоянием, и вы можете легко настроить его за пределами ожидаемого диапазона. При регулировке за пределами ожидаемого диапазона соленоид технически работает правильно, но теперь зависимость давления от силы тока выходит за пределы ожидаемого TCM, и это может вызвать проблемы с переключением передач и коды неисправностей.

Когда дело доходит до работы и тестирования соленоидов, нужно многое переварить и понять. Мы рассмотрим это понемногу и расскажем больше в следующих статьях.

Гаррет Хернинг — директор по технической поддержке и продажам Hydra-Test USA. Он инженер-электрик и механик с опытом работы в автомобильных испытаниях и разработке испытательного оборудования в таких компаниях, как Axil-line, Zoom Technology и Power Test. Он живет недалеко от Милуоки, штат Висконсин, с женой и двумя детьми в возрасте 11 и 2 лет.

Параметры катушки соленоида – их влияние и измерение (сопротивление, индуктивность, реактивное сопротивление, импеданс и количество витков)

Несколько параметров катушки соленоида влияют на работу электромагнитных клапанов. К ним относятся сопротивление, индуктивность, реактивное сопротивление, импеданс и количество витков. Измерение этих параметров может иногда необходимы для прогнозирования характеристик клапана (сила срабатывания, время отклика, мощность рассеивание, размер дугогасителя и т. д.).

Индуктивность, реактивное сопротивление, импеданс и количество витков — это параметры, которые обычно не указываются на чертежах катушек или в спецификациях. Они не являются контролируемыми характеристиками конструкции катушки. Но эти параметры могут быть измерены или рассчитаны при необходимости.

Сопротивление и импеданс

Условия Сопротивление и Полное сопротивление часто используются взаимозаменяемо, но это не совсем одно и то же. соленоид клиент клапана может иногда запрашивать импеданс, когда он/она действительно имеет в виду Сопротивление. Сопротивление катушки обычно указывается на чертежах или в спецификациях.

Сопротивление катушки (в Ом) составляет просто отношение приложенного постоянного напряжения к постоянному току в помещении температура (~20°C или 25°C). Сопротивление будет увеличиваться с увеличением катушки температуры из-за температурного коэффициента сопротивления меди*. Полное сопротивление катушка — отношение приложенного переменного напряжения к переменному току для переменного тока. катушка.

*Нажмите здесь, чтобы получить более подробную информацию о сопротивлении катушек соленоида в зависимости от температуры.

Сопротивление большинства катушек постоянного и переменного тока можно измерить напрямую. цифровым мультиметром (DMM). Сопротивление катушек переменного тока со встроенным мостом выпрямителя в катушке нельзя измерить напрямую с помощью цифрового мультиметра. Какая-то катушка Катушки переменного тока производителя на самом деле являются катушками постоянного тока с двухполупериодным мостовым выпрямителем. встроенный в катушку, как показано на рисунке ниже. Для определения сопротивления катушки переменного тока этого типа можно подключить источник постоянного напряжения (~ 12 В постоянного тока или 24 В постоянного тока) и цифровой мультиметр для измерения тока, как показано ниже.

Рис. 1. Измерение сопротивления катушки переменного тока со встроенным мостовым выпрямителем.

Источником постоянного напряжения может быть источник питания постоянного тока или батарея. Приблизительное сопротивление катушки можно рассчитать по приведенной ниже формуле. скорректировать падение напряжения в мостовом выпрямителе.

Rcoil = (Vdc -1.5V) / Adc

Для катушек переменного тока без интегральный мостовой выпрямитель Полное сопротивление представляет собой комбинацию сопротивления и Реактивное сопротивление. Сопротивление — это постоянная часть импеданса, а реактивное сопротивление — это переменная часть. часть импеданса (см. ниже).

Рис. 2. Треугольник импеданса (Z, R и X).

Реактивное сопротивление, индуктивность и количество витков

Реактивное сопротивление есть функция индуктивности, емкости, частоты и магнитных свойств привода электромагнитного клапана. Частота обычно составляет 60 или 50 Гц. В соленоидная катушка емкостью пренебрежимо мала, поэтому реактивное сопротивление полностью индуктивное Реактивное сопротивление (Х _L ), а емкостное реактивное сопротивление (X _C ) равно нулю. Полное сопротивление представляет собой векторную сумму сопротивления и индуктивности. реактивное сопротивление ( Z ² = R ² + X ² ). угол Ɵ — отставание по фазе формы волны тока от формы волны напряжения.

Индуктивность (L) катушки соленоида — это функция количества витков (N), размеры катушки по длине (L) и площади поперечного сечения (A), а также Проницаемость (µ) магнитопровода клапана. Индуктивность можно измерить измерителем LCR. Индуктивное сопротивление равно меньше на низких частотах и больше на высоких частотах.

Рисунок 3 – Формула индуктивности.

Индуктивное сопротивление дано по:

Х _Д = 2 π f L

X _L = реактивное сопротивление в омах (Ом)

f = частота в герцах (Гц) 90 185 L = индуктивность в генри (Гн)

Переменный ток и мощность переменного тока для катушек переменного тока в основном определяются индуктивной реактивное сопротивление катушки соленоида. И индуктивность катушки переменного тока зависит от условия катушки.

Характеристики тока катушки переменного тока

Для В катушках переменного тока индуктивность играет основную роль в ограничении тока через катушка. Положение якоря клапана влияет на индуктивность катушек. С якорь полностью установлен, индуктивность будет максимальной и ограничит ток до его «удерживающего» значения. При перемещении арматуры к обесточенном положении, индуктивность будет уменьшена, а ток быть на максимуме. Это «пусковой» ток, который возникает, когда соленоид изначально находится под напряжением.

Типично работа электромагнитного клапана, продолжительность пускового тока очень мала (от 20 до 50 мс). Несмотря на то продолжительность коротка, источник напряжения для соленоида должен быть в состоянии подача пускового тока. Ток упадет до нижнего значения тока удержания после полной посадки якоря.

Ток катушки постоянного тока Характеристики

Для устойчивое напряжение постоянного тока (нулевая частота), XL равно нулю (нет оппозиции), что означает, что катушки индуктивности пропускают постоянный ток, но сопротивляются переменному току. Итак, для постоянного тока катушка, управляющая клапаном ВКЛ/ВЫКЛ, индуктивность не влияет на установившееся состояние текущий поток. Он просто обеспечивает короткую задержку текущего ответа. (Ан экспоненциальный отклик с постоянной времени Ƭ = Л/П) .

Рис. 4. Эквивалентная схема катушки соленоида постоянного тока.

Рис. 5. Экспоненциальная зависимость тока соленоида постоянного тока от времени.

Постоянная времени для катушек постоянного тока обычно несколько миллисекунд только для оголенной катушки, но значительно увеличивается, когда устанавливаются на клапаны. Эта задержка в текущей реакции ограничивает максимальный цикл скорость электромагнитного клапана ВКЛ/ВЫКЛ.

Индуктивность катушки также приводит к переходному индуктивному напряжению, когда ток катушки отключен. Этот скачок напряжения приводит к возникновению дуги, которая может повредить электронику. переключатели или электромеханические переключатели или контакты, которые управляют катушкой. устройства, приводящие в движение катушку, обычно защищают от этого повреждения, помещая диод или ограничитель TVS на катушке. Эти диоды или супрессоры могут быть встроенный в катушку или установленный снаружи в электрическую цепь или электронный система контроля. Более полное обсуждение гашения дуги в соленоидных катушках будет представить в отдельной статье.

Когда широтно-импульсная модуляция (PWM) драйвер используется для управления током соленоида, индуктивность катушки имеет влияние на средний ток и ток пульсаций. Подробнее о влиянии индуктивность тока катушки соленоида для приложений PWM будет обеспечена в отдельная статья. Индуктивность катушки можно измерить с помощью LCR метр. Обороты катушки можно измерить с помощью специального прибора для подсчета оборотов.

Об авторе — Роберт М. Хейни, ЧП

Роберт М. Хейни, ЧП (Рокфорд, Иллинойс), консультант по электротехнике и вспомогательный инструктор с почти 40-летним опытом проектирования, применения и полевой поддержки электронных средств управления и контрольно-измерительного оборудования. Он много писал о своих областях знаний, включая « Solenoid Control, Testing and Servicing », опубликованный McGraw Hill (доступен на Amazon.com). Роберт является зарегистрированным профессиональным инженером в Иллинойсе со степенью BSEE Института General Motors (теперь Университет Кеттеринга) и MSEE Университета Маркетт. В дополнение к опыту управления промышленными двигателями, внедорожным оборудованием, генераторами электроэнергии, станками и автоматикой, он преподавал схемы постоянного и переменного тока, электронику и техническую математику в колледже Рок-Вэлли и математику в колледже Расмуссена в Эмбри. — Авиационный университет Риддла и Университет Верхней Айовы. Г-н Хейни занимал инженерные должности в компаниях United Technologies, Caterpillar, Delco Electronics и Barber Colman, а также должности консультантов в Delta Power Company, Collins Aerospace, M’TE Hydraulics и Dynacorp. Он имеет патент на систему управления тягой трактора, переуступленный Дж.И. Случай, в котором в качестве датчиков используются соленоидные катушки (патент США № 4,064,9).