Изготовление соленоида (электромагнитный возвратно-поступательный механизм) — Электроника

Кто изготавливал лично соленоиды? Столкнулся с трудностями в расчетах и решил выложить вопросы с рассуждениями сюда, заодно пригодится может кому.

 

Соленоид это електромагнит с подвижным якорем. Якорь играет роль возвратно поступательного механизма. Используются в електрозамках дверей машин и других областях. В моем случае соленоид выполняет функцию плавного регулятора давления в системе: Дроссель, електромагнит и левый конец пружины статически зафиксированы, правый конец пружины и рычаг крана соеденены. При подачи тока в катушку якорь втягивается, соотвественно тянет за собой рычаг, рычаг тянет пружыну и осуществляется плавный ход если добавлять ток. Если ток сбросит — рычаг вернется в исходное положение, которое задает пружина и поток будет перекрыт.

 

Альтернативой есть актуатор, это електродвигатель + винтовая передача. Видео на ютубе ищите. Минус в том, что оно слишком медленное.

 

В общем перелопатил я весь интернет в поисках информации по соленоидам и електромагнитам нашел тонны знаний, но без особой конкретики, или это мне так тяжело собрать все в кучу. Тем не менее точных понятных доступных формул я так и не нашел. Даже строители гаусганов пользуются фиксироваными парамтерами и подбирают все методом проб.

 

Вот что есть на данный момент:

 

R=U\I

R-требуемое сопротивление исходя из параметров источника питания

 

L=(SR)\g

L-длинна катушки

S-площадь проводника

g-удельное сопротивление меди 0,0175 ом*мм2/м

 

В нашем случае для примера источником питания является «крона», 9 вольт напряжение и 500мАч емкость (I не указано на корпусе, взял стандарт с гугла)

 

Провод медный сечение 0.8мм, значит радиус 0.4, площадь =piR2= 3.14*0.4*0.4 = 0.5024мм2

 

Ток в аккумуляторах высчитывается по формуле= емкость делено на 20 часов. Это значит, что полный расход произойдет за 20 часов с напряжением 9 вольт и током 0.025 А, I = 500\20=0.025A

 

Сопротивление системы равно = R=9\0.025=360Om

 

Значит длинна провода

 

L= (0.5024*360)\0,0175= 10335 мм = 10м

 

Надо так много провода на относительно маломощный соленоид. Что ж, попробуем.

 

В итоге получилась высота катушки 5см, внутренний диаметр 0.5см, внешний где-то 2см, и 6.5 слоев намотки провода. Витки не считал.

 

Результат вообще нулевой, вставив гвоздь в середину ели притянулась к гвоздю шайбочка маленькая. Отчаявшись решил сделать простой електромагнит — намотал 1 метр провода прямо на гвоздь в несколько слоев, так же результат мизерный.

 

Игорь Мухин сделал программу (http://imlab.narod.ru/M_Fields/Coil10/Coil10.htm ) для расчетов соленоида, исходные данные:

R1 — внутренний радиус соленоида

R2 — внешний радиус соленоида

H — высота соленоида

D — диаметр обмоточного провода

и напряжение

 

Результативные данные: Ток, Индуктивность, Сопротивление, Количество витков, индукция то есть тяга

(в софте надо изменить точки на запятые что бы заработало)

 

Вот в моем случае внутренний внешний радиусы не существенны, главное ток и длинна на которую тянет. Ток же нельзя регулировать, надо его вписать в исходные значения, а в программе нельзя. Написал автору на почту с просьбой скинуть формулы — ответа пока что нету…

 

Тема интересная, думаю пригодится не только мне

Помогите рассчитать соленоид с необходимыми параметрами — Даром преподаватели…

Уважаемый,al&an, Вы сечение провода выбрали неверно: сечение, как минимум должно быть не менее d=0,4 мм. При Вашем выбранном сечении соленоид выйдет из строя, т.к. плотность тока будет очень высокой:

A/мм. кв

Количество витков, тоже, я считаю, посчитано неверно.

В посте выше приводится формула расчёта индуктивности соленоида:

Округляем до 0,37, по таблице 6-2 (см. выше)

Потокосцепление соленоида:

С другой стороны, для катушки:

Приравняв их друг другу и произведя преобразования, получим простую формулу:

где H=3000A/M, a=150 мм, I=0,6 A

(витка)

Диаметр провода берём d=0,4 мм , удельная плотность тока будет:

A/мм кв.

Для меди =3 — 5 A/мм кв

Сопротивление такого провода , одного метра r=0,14 (ом)

Общее сопротивление провода будет: R=0,14*151=21,14 (ом)

Напряжение, соответствено получим: U=R*I= 21,14*0,6=12,684(В)

Провод, с изоляцией, будет d=0,44(мм)

В один слой, у ВАс уместится 341 виток, поэтому мотать придётся в 3 слоя.

Изменено 07.09.2015 03:34 пользователем Kompas

Электромагниты | Все своими руками

     Однажды, в очередной раз, перелистывая книгу, которую нашел у мусорного бачка, обратил внимание на простой, приблизительный расчет электромагнитов. Титульный лист книги показан на фото1.

      Вообще их расчет это сложный процесс, но для радиолюбителей, расчет, приведенный в этой книге, вполне подойдет. Электромагнит применяется во многих электротехнических приборах. Он представляет собой катушку из проволоки, намотанной на железный сердечник, форма которого может быть различной. Железный сердечник является одной частью магнитопровода, а другой частью, с помощью которой замыкается путь магнитных силовых линий, служит якорь. Магнитная цепь характеризуется величиной магнитной индукции — В, которая зависит от напряженности поля и магнитной проницаемости материала. Именно поэтому сердечники электромагнитов делают из железа, обладающего высокой магнитной проницаемостью. В свою очередь, от магнитной индукции зависит силовой поток, обозначаемый в формулах буквой Ф. Ф = В • S — магнитная индукция — В умноженная на площадь поперечного сечения магнитопровода — S. Силовой поток зависит также от так называемой магнитодвижущей силы (Ем), которая определяется числом ампервитков на 1см длины пути силовых линий и может быть выражена формулой:

Ф = магнитодвижущая сила (Ем) • магнитное сопротивление (Rм)
Здесь Ем = 1,3•I•N, где N — число витков катушки, а I — сила текущего по катушке тока в амперах. Другая составляющая:
Rм = L/M•S, где L — средняя длина пути силовых магнитных линий, М — магнитная проницаемость, a S — поперечное сечение магнитопровода. При конструировании электромагнитов весьма желательно получить большой силовой поток. Добиться этого можно, если уменьшить магнитное сопротивление. Для этого надо выбрать магнитопровод с наименьшей длиной пути силовых линий и с наибольшим поперечным сечением, а в качестве материала — железоматериал с большой магнитной проницаемостью. Другой путь увеличения силового потока путем увеличения ампервитков не является приемлемым, так как в целях экономии проволоки и питания следует стремиться к уменьшению ампервитков. Обычно расчеты электромагнитов делаются по специальным графикам. В целях упрощения в расчетах мы будем также пользоваться некоторыми выводами из графиков. Предположим, требуется определить ампервитки и силовой поток замкнутого железного магнитопровода, изображенного на рисунке 1,а и сделанного из железа самого низкого качества.

     Рассматривая график (к сожалению я его в приложении не нашел) намагничивания железа, нетрудно убедиться, что наиболее выгодной является магнитная индукция в пределах от 10 000 до 14 000 силовых линий на 1 см2, что соответствует от 2 до 7 ампервиткам на 1 см. Для намотки катушек с наименьшим числом витков и более экономичных в смысле питания для расчетов надо принимать именно эту величину (10 000 силовых линий на 1 см2 при 2 ампервитках на 1 см длины). В этом случае расчет может быть произведен следующим образом. Так, при длине магнитопровода L =L1+L2 равной 20 см + 10 см = 30 см, потребуется 2×30=60 ампервитков.
Если диаметр D сердечника (Рис.1,в)примем равным 2 см, то его площадь будет равна: S = 3,14xD2/4 = 3,14 см2. 0тсюда возбуждаемый магнитный поток будет равен: Ф = B х S= 10000 x 3,14=31400 силовых линий. Можно приближенно вычислить и подъемную силу электромагнита (P). P = B2 • S/25 • 1000000 = 12,4 кг. Для двухполюсного магнита этот результат следует удвоить. Следовательно, Р=24,8 кг = 25 кг. При определении подъемной силы необходимо помнить, что она зависит не только от длины магнитопровода, но и от площади соприкосновения якоря и сердечника. Поэтому якорь должен точно прилегать к полюсным наконечникам, иначе даже малейшие воздушные прослойки вызовут сильное уменьшение подъемной силы. Далее производится расчет катушки электромагнита. В нашем примере подъемная сила в 25 кг обеспечивается 60 ампервитками. Рассмотрим, какими средствами можно получить произведение N•J = 60 ампервиткам.

Очевидно, этого можно добиться либо путем использования большого тока при малом количестве витков катушки, например 2 А и 30 витков, либо путем увеличения числа витков катушки при уменьшении тока, например 0,25 А и 240 витков. Таким образом, чтобы электромагнит имел подъемную силу в 25 кг, на его сердечник можно намотать и 30 витков и 240 витков, но при этом изменить величину питающего тока. Конечно, можно выбрать и другое соотношение. Однако изменение величины тока в больших пределах не всегда возможно, так как оно обязательно потребует изменения диаметра применяемой проволоки. Так, при кратковременной работе (несколько минут) для проводов диаметром до 1 мм допустимую плотность тока, при которой не происходит сильного перегревания провода, можно принять равной 5 а/мм2. В нашем примере проволока должна быть следующего сечения: для тока в 2 а — 0,4 мм2, а для тока в 0,25 а — 0,05 мм2, диаметр проволоки будет 0,7 мм или 0,2 мм соответственно. Каким же из этих проводов следует производить обмотку? С одной стороны, выбор диаметра провода может определяться имеющимся ассортиментом проволоки, с другой — возможностями источников питания, как по току, так и по напряжению. Действительно, две катушки, одна из которых изготовлена из толстой проволоки в 0,7 мм и с небольшим числом витков — 30, а другая — из проволоки в 0,2 мм и числом витков 240, будут иметь резко различное сопротивление. Зная диаметр проволоки и ее длину, можно легко определить сопротивление. Длина проволоки L равна, произведению общего числа витков на длину одного из них (среднюю): L = N x L1 где L1 — длина одного витка, равная 3,14 x D. В нашем примере D = 2 см, и L1 = 6,3 см. Следовательно, для первой катушки длина провода будет 30 x 6,3 = 190 см, сопротивление обмотки постоянному току будет примерно равно ? 0,1 Ом, а для второй — 240 x 6,3 = 1 512 см, R ? 8,7 Ом. Пользуясь законом Ома, нетрудно вычислить необходимое напряжение. Так, для создания в обмотках тока в 2А необходимое напряжение равно 0,2В, а для тока в 0,25А — 2,2В.
Таков элементарный расчет электромагнитов. Конструируя электромагниты, надо не только производить указанный расчет, но и уметь выбрать материал для сердечника, его форму, продумать технологию изготовления. Удовлетворительными материалами для изготовления сердечников в кружках являются прутковое железо (круглое и полосовое) и различные. железные изделия: болты, проволока, гвозди, шурупы и т. д. Чтобы избежать больших потерь на токах Фуко, сердечники для приборов переменного тока необходимо собирать из изолированных друг от друга тонких листов железа или проволоки. Для придания железу «мягкости» его необходимо подвергать отжигу. Большое значение имеет и правильный выбор формы сердечника. Наиболее рациональные из них кольцевые и П-образные. Некоторые из распространенных сердечников показаны на рисунке 1.

Обсудить эту статью на — форуме «Радиоэлектроника, вопросы и ответы».

Просмотров:34 744

Онлайн калькулятор для расчета электромагнитной силы

В процессе эксплуатации электрического оборудования львиная доля логических схем используют в своей работе в качестве исполнительного органа катушку с магнитным сердечником. Принцип работы данного устройства заключается в появлении магнитной силы внутри витков, которая притягивает соленоид и совершает механическую работу.

За счет такого воздействия происходит перемещение контактов реле, открытие или закрытие клапанов, механическое включение кнопок и прочие манипуляции. Возможность перемещения того или иного ферромагнитного сердечника определяется параметрами катушки, которые и обуславливают величину электромагнитной силы.

Катушка с сердечником

Чтобы рассчитать электромагнитную силу катушки, с которой та воздействует на соленоид, используется онлайн калькулятор. Для расчета силы введите данные в соответствующие поля калькулятора:

• Укажите величину тока в амперах;
• Внесите площадь сечения сердечника в квадратных метрах;
• Проставьте значение количества витков в катушке;
• Укажите величину зазора между магнитопроводом и соленоидом катушки;
• Нажмите кнопку «Рассчитать» и в графе электромагнитной силы появится результат вычислений.

Если в результате расчета вы получили недостаточную величину силы и необходимо подобрать другие параметры для катушки, то просто сбросьте данные. Для этого используйте кнопку «Сбросить», которая обнулит нынешнее значение.

В калькуляторе для расчета электромагнитной силы используется такая формула:

Где

• F – величина электромагнитной силы, создаваемой катушкой;
• n – количество витков в этой катушке;
• I – сила тока, протекающего по катушке;
• m – магнитная постоянная;
• S – величина площади поперечного сечения магнитопровода;
• l_ср – величина зазора между элементами магнитной цепи.

Вышеприведенные расчеты применяются в случае выхода со строя катушки с магнитным сердечником, выполнявшей роль исполнительного органа какой-либо логической цепи, когда возникает вопрос о необходимости замены катушки или намотки новой. Калькулятор для расчета электромагнитной силы позволяет подбирать оптимальные параметры индуктивного элемента путем изменения каких-либо ее характеристик.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:

Магнитное поле однослойного соленоида

Соленоид – это цилиндрическая обмотка из провода по которой протекает постоянный или переменный электрический ток. Обмотка может наноситься в один или несколько слоёв виток к витку. Если длинна соленоида значительно превышает его диаметр, то поле, создаваемое постоянным током сосредоточено внутри него и практически однородно.

Рис. 1: Магнитное поле, создаваемое серией кольцевых токов

Для вычисления индукции магнитного поля $\vec B$ внутри однослойного соленоида представим его в виде суперпозиции кольцевых токов лежащих на одной оси – оси соленоида (Рис. 1) и воспользуемся теоремой о циркуляции:

\[\oint_{ABCD} B_l\,dl=\int_{AB} B_l\,dl + \int_{BC} B_l\,dl + \int_{CD} B_l\,dl + \int_{DA} B_l\,dl = \mu_0 \sum_{i=1}^{N} I_i.\]

(1)

Если пренебречь краевыми эффектами, то первое и третье слагаемые в (1) будут равны нулю, так как магнитное поле перпендикулярно контуру и $B_l=0$. Если контур выбрать так, что $AD$ будет лежать на большом расстоянии от соленоида, где поле стремиться к нулю, то и четвёртое слагаемое в (1) также превратиться в нуль. Тогда, учитывая приближение однородности поля получим:

где $L$ – длина соленоида, $N$ – количество витков. Если ввести понятие плотности витков (число витков на единицу длины) $n=N/L$, то индукцию магнитного поля внутри соленоида (2) можно записать в виде:

Рис. 2: Соленоид с произвольными размерами $L$ и $R$.

Чтобы получить точное выражение для индукции магнитного поля в любой точке на оси конечного соленоида необходимо воспользоваться законом Био-Савара-Лапласа (Рис. 2), который приводит к следующему выражению:

\[B=\frac12\mu_0 nI (\cos\alpha_2-\cos\alpha_1).\]

(4)

В частном случае, в середине соленоида, где магнитное поле максимально выражение для индукции будет иметь вид:

\[B_{max}=\frac{\mu_0 nIL}{\sqrt{4R^2+L^2}},\]

(5)

где $R$ – радиус соленоида. А на краю полубесконечного соленоида:

\[B=\frac12 \mu_0 nI.\]

(6)

Калькулятор

Индукция магнитного поля бесконечного соленоида (3)

---

Индукция магнитного поля конечного соленоида (5)

---

Распределение индукция магнитного внутри конечного соленоида (4)

---