Solenoides: dispositivo, operación, aplicación

Este artículo se centrará en los solenoides. Primero consideraremos el lado teórico de este tema, luego el práctico, donde notaremos las áreas de aplicación de los solenoides en diferentes modos de trabajo.

Un solenoide es una bobina cilíndrica cuya longitud es mucho mayor que su diámetro. La palabra solenoide en sí está formada por una combinación de dos palabras: solen y eidos, la primera de las cuales se traduce como tubo, la segunda, similar. Es decir, un solenoide es una bobina con forma de tubo.

Los solenoides en un sentido amplio son inductores enrollados por un cable en un marco cilíndrico, que puede ser de una sola capa o de varias capas... Dado que la longitud de la bobina de un solenoide supera con creces su diámetro, cuando se aplica una corriente continua a través de una bobina de este tipo, en su interior, en la cavidad interna, se forma un campo magnético casi uniforme.

Los solenoides a menudo se refieren a algunos actuadores con un principio de funcionamiento electromecánico, como una válvula solenoide de transmisión automática en un automóvil o un relé de retracción del motor de arranque.Por regla general, el núcleo ferromagnético actúa como parte retraída y el propio solenoide equipado con un núcleo magnético en el exterior, el llamado yugo ferromagnético.

Si no hay material magnético en el diseño del solenoide, cuando una corriente continua fluye a través del cable, se forma un campo magnético a lo largo del eje de la bobina, cuya inducción es numéricamente igual a:

Donde, N es el número de vueltas en el solenoide, l es la longitud de la bobina del solenoide, I es la corriente en el solenoide, μ0 es la permeabilidad magnética del vacío.

En los extremos del solenoide, la inducción magnética es la mitad que en su interior, porque ambas mitades del solenoide en su unión contribuyen por igual al campo magnético creado por la corriente del solenoide. Esto se puede decir de un solenoide semi-infinito o de una bobina lo suficientemente larga para el diámetro del marco. La inducción magnética en los bordes será igual a:

Dado que el solenoide es principalmente una bobina inductiva, como cualquier bobina con una inductancia, el solenoide puede almacenar energía en un campo magnético numéricamente igual al trabajo que realiza la fuente para crear una corriente en la bobina que genera el campo magnético del solenoide:

Un cambio en la corriente en la bobina conducirá a la aparición de un EMF de autoinducción, y el voltaje en los extremos del cable de la bobina del solenoide será igual a:

La inductancia del solenoide será igual a:

Donde V es el volumen del solenoide, z es la longitud del cable en la bobina del solenoide, n es el número de vueltas por unidad de longitud del solenoide, l es la longitud del solenoide, μ0 es la permeabilidad magnética al vacío.

Cuando una corriente alterna fluye a través del cable del solenoide, el campo magnético del solenoide también será alterno. La resistencia de CA de un solenoide es de naturaleza compleja e incluye componentes activos y reactivos determinados por la inductancia y la resistencia activa de la bobina.

Uso práctico de solenoides.

Los solenoides se utilizan en muchas aplicaciones industriales y civiles. A menudo, los accionamientos lineales son solo un ejemplo de operación de solenoide de CC. Revise las cizallas en las cajas registradoras, válvulas del motor, relé de arranque, válvulas hidráulicas, etc. En corriente alterna, los solenoides actúan como inductores. hornos de crisol.

Las bobinas de solenoide, por regla general, están hechas de cobre, con menos frecuencia de alambre de aluminio.En las industrias de alta tecnología, se utilizan bobinas superconductoras. Los núcleos pueden ser de hierro, fundición, ferrita u otras aleaciones, a menudo en forma de un haz de láminas, o pueden no estar presentes en absoluto.

Según la finalidad de la máquina eléctrica, el núcleo se fabrica de uno u otro material. Dispositivos como levantar electroimanes, clasificar semillas, limpiar carbón, etc. A continuación, veremos algunos ejemplos del uso de solenoides.

Válvula solenoide de línea

Al aplicar voltaje a la bobina del solenoide, el disco de la válvula se presiona firmemente contra el puerto del piloto mediante un resorte y la línea se cierra. Cuando se aplica corriente a la bobina de la válvula, la armadura y el disco de la válvula asociado se elevan, tirados por la bobina, oponiéndose al resorte y abriendo el orificio piloto.

La diferencia de presión en los diferentes lados de la válvula hace que el fluido se mueva en la tubería y, siempre que se aplique voltaje a la bobina de la válvula, la tubería no se bloquea.

Cuando se apaga el solenoide, el resorte ya no retiene nada y la válvula se precipita hacia abajo, bloqueando el orificio piloto. El oleoducto se cierra de nuevo.

Relé de arranque electromagnético para coche

Un motor de arranque es esencialmente un potente motor de CC alimentado por la batería del automóvil. Al momento de arrancar el motor, el engranaje de arranque (bendix) debe engranarse rápidamente por un tiempo con el volante del cigüeñal, y al mismo tiempo se enciende el motor de arranque. El solenoide aquí es la bobina del solenoide de arranque.

El relé del retractor está montado en la carcasa del motor de arranque y cuando se aplica energía a la bobina del relé, se extrae un núcleo de hierro conectado a un mecanismo que mueve el engranaje hacia adelante. Después de arrancar el motor, la bobina del relé corta la fuente de alimentación y el engranaje regresa gracias al resorte.

Bloqueo de solenoide

En las cerraduras electromagnéticas, el cerrojo es accionado por la fuerza de un electroimán. Tales cerraduras se utilizan en sistemas de control de acceso y sistemas de compuertas. Una puerta equipada con una cerradura de este tipo solo se puede abrir durante el período de validez de la señal de control. Después de eliminar esta señal, la puerta cerrada permanecerá bloqueada, independientemente de si se abrió.

Las ventajas de las cerraduras de solenoide incluyen su diseño: es mucho más simple que el de las cerraduras de motor, más resistente al desgaste. Como puede ver, aquí el solenoide está nuevamente emparejado con un resorte de retorno.

Inductor con solenoide por calentamiento

Los inductores de múltiples vueltas de solenoide generalmente se usan para calentar. La bobina del inductor está hecha de tubo de cobre enfriado por agua o barra colectora de cobre.

En las instalaciones de media frecuencia se utilizan devanados monocapa, y en los devanados de frecuencia industrial el devanado puede ser monocapa o multicapa. Esto se debe a una posible reducción de pérdidas eléctricas en el inductor y con las condiciones de cumplimiento de los parámetros de carga y con los parámetros de tensión y el factor de potencia de la fuente de alimentación. Para garantizar la rigidez de la bobina inductiva, su masilla se usa con mayor frecuencia entre las placas finales de cemento de asbesto.

En modernas instalaciones templado y calentamiento por inducción Los solenoides funcionan en modo CA de alta frecuencia, por lo que normalmente no necesitan un núcleo ferromagnético.

Motor solenoide

En los motores de solenoide de bobina simple, el encendido y apagado de la bobina de operación da como resultado un movimiento mecánico del mecanismo de manivela, y el retorno lo realiza un resorte, similar a lo que sucede en una válvula de solenoide y una cerradura de solenoide.

En los motores solenoides de devanados múltiples, la activación alterna de las bobinas se realiza con la ayuda de válvulas.A cada bobina se suministra la corriente de la fuente de alimentación en uno de los semiciclos de la tensión sinusoidal. El núcleo es atraído sucesivamente por una u otra bobina, realizando un movimiento alternativo, haciendo girar el cigüeñal o la rueda.

Solenoides en instalaciones experimentales

Las instalaciones experimentales, como el detector ATLAS que funciona en el Gran Colisionador de Hadrones del CERN, utilizan potentes electroimanes que también incluyen solenoides. Los experimentos de física de partículas se llevan a cabo para descubrir los componentes básicos de la materia y para investigar las fuerzas fundamentales de la naturaleza que sostienen nuestro universo.

bobinas de tesla

Finalmente, los conocedores del legado de Nikola Tesla siempre usan solenoides para construir bobinas. El devanado secundario de un transformador Tesla no es más que un solenoide. Y la longitud del alambre en la bobina resulta ser muy importante, porque los constructores de las bobinas aquí usan solenoides no como electroimanes, sino como guías de ondas, como resonadores, en los que, como en cualquier circuito oscilante, no solo está el inductancia del cable, pero también la capacitancia formada en este caso de espiras estrechamente espaciadas a amigas. Por cierto, el toroide en la parte superior del devanado secundario está diseñado para compensar esta capacitancia distribuida.

Esperamos que nuestro artículo le haya sido útil y ahora sepa qué es un solenoide y cuántas áreas de su aplicación hay en el mundo moderno, porque no las enumeramos todas.