Solenóides — dispositivo, operação, aplicação

Este artigo se concentrará em solenóides. Primeiro vamos considerar o lado teórico deste tópico, depois o prático, onde observaremos as áreas de aplicação dos solenóides em diferentes modos de trabalho.

Um solenóide é uma bobina cilíndrica cujo comprimento é muito maior que seu diâmetro. A própria palavra solenóide é formada a partir de uma combinação de duas palavras - solen e eidos, a primeira das quais se traduz como tubo, a segunda - semelhante. Ou seja, um solenóide é uma bobina em forma de tubo.

Solenóides em um sentido amplo são indutores enrolados por um fio em uma estrutura cilíndrica, que pode ser de camada única ou multicamada... Como o comprimento da bobina de um solenóide excede muito seu diâmetro, quando uma corrente contínua é aplicada através de tal bobina, dentro dela, na cavidade interna, forma-se um campo magnético quase uniforme.

Os solenóides são frequentemente referidos a alguns atuadores em um princípio eletromecânico de operação, como uma válvula solenóide de transmissão automática em um carro ou um relé de retração de partida.Como regra, o núcleo ferromagnético atua como uma parte retraída e o próprio solenóide equipado com um núcleo magnético no exterior, o chamado jugo ferromagnético.

Se não houver material magnético no projeto do solenóide, então, quando uma corrente direta flui através do fio, um campo magnético é formado ao longo do eixo da bobina, cuja indução é numericamente igual a:

Onde, N é o número de voltas no solenóide, l é o comprimento da bobina do solenóide, I é a corrente no solenóide, μ0 é a permeabilidade magnética do vácuo.

Nas extremidades do solenóide, a indução magnética é metade daquela dentro dele, porque ambas as metades do solenóide em sua junção fazem uma contribuição igual ao campo magnético criado pela corrente do solenóide. Isso pode ser dito para um solenóide semi-infinito ou para uma bobina longa o suficiente para o diâmetro do quadro. A indução magnética nas bordas será igual a:

Como o solenóide é principalmente uma bobina indutiva, como qualquer bobina com indutância, o solenóide é capaz de armazenar energia em um campo magnético numericamente igual ao trabalho que a fonte realiza para criar uma corrente na bobina que gera o campo magnético do solenóide:

Uma mudança na corrente na bobina levará ao aparecimento de um EMF de auto-indução, e a tensão nas extremidades do fio da bobina do solenóide será igual a:

A indutância do solenóide será igual a:

Onde V é o volume do solenóide, z é o comprimento do fio na bobina do solenóide, n é o número de voltas por unidade de comprimento do solenóide, l é o comprimento do solenóide, μ0 é a permeabilidade magnética do vácuo.

Quando uma corrente alternada flui através do fio do solenóide, o campo magnético do solenóide também será alternado. A resistência CA de um solenóide é complexa por natureza e inclui componentes ativos e reativos determinados pela indutância e resistência ativa da bobina.

Uso prático de solenoides

Solenóides são usados ​​em muitas aplicações industriais e civis. Freqüentemente, os acionamentos lineares são apenas um exemplo de operação do solenóide CC. Verifique as tesouras nas caixas registradoras, válvulas do motor, relé de partida, válvulas hidráulicas, etc. Na corrente alternada, os solenóides atuam como indutores fornos de cadinho.

As bobinas solenóides, via de regra, são feitas de cobre, com menos frequência de fio de alumínio.Nas indústrias de alta tecnologia, são usadas bobinas supercondutoras. Os núcleos podem ser de ferro, ferro fundido, ferrita ou outras ligas, geralmente na forma de um feixe de folhas, ou podem não estar presentes.

Dependendo da finalidade da máquina elétrica, o núcleo é feito de um ou outro material. Dispositivos como levantamento de eletroímãs, classificação de sementes, limpeza de carvão, etc. A seguir veremos alguns exemplos de uso de solenoides.

Válvula solenóide de linha

Ao aplicar tensão à bobina solenóide, o disco da válvula é pressionado firmemente contra a porta piloto por uma mola e a linha é fechada. Quando a corrente é aplicada à bobina da válvula, a armadura e o disco da válvula associado sobem, puxados pela bobina, opondo-se à mola e abrindo o orifício piloto.

A diferença de pressão em diferentes lados da válvula faz com que o fluido se mova na tubulação e, desde que a tensão seja aplicada à bobina da válvula, a tubulação não é bloqueada.

Quando o solenóide é desligado, a mola não retém mais nada e a válvula desce, bloqueando o orifício piloto. O pipeline é fechado novamente.

Relé de partida eletromagnético do carro

Um motor de partida é essencialmente um poderoso motor DC alimentado pela bateria do carro. No momento da partida do motor, a marcha de partida (bendix) deve ser rapidamente engatada por um tempo com o volante do virabrequim e, ao mesmo tempo, o motor de partida é ligado. O solenóide aqui é a bobina do solenóide de partida.

O relé retrator é montado na carcaça do motor de partida e quando a energia é aplicada à bobina do relé, um núcleo de ferro conectado a um mecanismo que move a engrenagem para frente é puxado. Após a partida do motor, a alimentação é cortada pela bobina do relé e a engrenagem é devolvida graças à mola.

Bloqueio solenóide

Nas fechaduras eletromagnéticas, o ferrolho é acionado pela força de um eletroímã. Tais fechaduras são usadas em sistemas de controle de acesso e sistemas de comportas. Uma porta equipada com tal fechadura só pode ser aberta durante o período de validade do sinal de controle. Após retirar este sinal, a porta fechada permanecerá travada, independentemente de ter sido aberta.

As vantagens das fechaduras solenóides incluem seu design - é muito mais simples que as fechaduras do motor, mais resistentes ao desgaste. Como você pode ver, aqui o solenóide é novamente emparelhado com uma mola de retorno.

Indutor com solenóide por aquecimento

Os indutores solenóides multivoltas são geralmente usados ​​para aquecimento. A bobina do indutor é feita de tubo de cobre refrigerado a água ou barramento de cobre.

Em instalações de média frequência, são utilizados enrolamentos de camada única e, em enrolamentos de frequência industrial, o enrolamento pode ser de camada única ou multicamada. Isso se deve a uma possível redução das perdas elétricas no indutor e com as condições de conformidade dos parâmetros de carga e com os parâmetros de tensão e fator de potência da fonte de alimentação. Para garantir a rigidez da bobina indutiva, sua massa é mais frequentemente usada entre as placas finais de fibrocimento.

Em instalações modernas endurecimento e aquecimento por indução Os solenóides operam no modo CA de alta frequência, portanto, geralmente não precisam de um núcleo ferromagnético.

motor solenóide

Nos motores solenóides monocilíndricos, o acionamento e desligamento da bobina de acionamento resulta em um movimento mecânico do mecanismo de manivela, e o retorno é feito por uma mola, semelhante ao que ocorre em uma válvula solenóide e trava solenóide.

Nos motores solenoides de vários enrolamentos, o acionamento alternado das bobinas é feito com a ajuda de válvulas, sendo que a cada bobina é fornecida a corrente da fonte de alimentação em um dos meios ciclos da tensão senoidal. O núcleo é atraído sucessivamente por uma ou outra bobina, fazendo um movimento recíproco, fazendo girar o virabrequim ou a roda.

Solenóides em instalações experimentais

Instalações experimentais, como o detector ATLAS operando no Large Hadron Collider no CERN, usam eletroímãs poderosos que também incluem solenóides. Experimentos de física de partículas são conduzidos para descobrir os blocos de construção da matéria e investigar as forças fundamentais da natureza que sustentam nosso universo.

Bobinas de Tesla

Finalmente, os conhecedores do legado de Nikola Tesla sempre usam solenóides para construir bobinas. O enrolamento secundário de um transformador Tesla nada mais é do que um solenóide. E o comprimento do fio na bobina acaba sendo muito importante, porque os construtores das bobinas aqui usam solenóides não como eletroímãs, mas como guias de onda, como ressonadores, nos quais, como em qualquer circuito oscilante, não existe apenas o indutância do fio, mas também a capacitância formada neste caso de próximo a amigo nas voltas. A propósito, o toróide no topo do enrolamento secundário é projetado para compensar essa capacitância distribuída.

Esperamos que nosso artigo tenha sido útil para você e agora você saiba o que é um solenóide e quantas áreas de sua aplicação existem no mundo moderno, porque não listamos todas.