Solénoïdes — appareil, fonctionnement, application

Cet article se concentrera sur les solénoïdes. Nous examinerons d'abord le côté théorique de ce sujet, puis le côté pratique, où nous noterons les domaines d'application des solénoïdes dans différents modes de travail.

Un solénoïde est une bobine cylindrique dont la longueur est bien supérieure à son diamètre. Le mot solénoïde lui-même est formé d'une combinaison de deux mots - solen et eidos, dont le premier se traduit par tube, le second - similaire. Autrement dit, un solénoïde est une bobine en forme de tube.

Les solénoïdes au sens large sont des inducteurs enroulés par un fil sur un cadre cylindrique, qui peut être monocouche ou multicouche... Puisque la longueur de la bobine d'un solénoïde dépasse largement son diamètre, alors lorsqu'un courant continu est appliqué à travers une telle bobine, à l'intérieur de celle-ci, dans la cavité interne, un champ magnétique presque uniforme se forme.

Les solénoïdes font souvent référence à certains actionneurs sur un principe de fonctionnement électromécanique, comme une électrovanne de transmission automatique dans une voiture ou un relais de rétraction de démarreur.En règle générale, le noyau ferromagnétique agit comme une partie rétractée et le solénoïde lui-même équipé d'un noyau magnétique à l'extérieur, la culasse dite ferromagnétique.

S'il n'y a pas de matériau magnétique dans la conception du solénoïde, alors lorsqu'un courant continu traverse le fil, un champ magnétique se forme le long de l'axe de la bobine, dont l'induction est numériquement égale à:

Où, N est le nombre de tours dans le solénoïde, l est la longueur de la bobine du solénoïde, I est le courant dans le solénoïde, μ0 est la perméabilité magnétique du vide.

Aux extrémités du solénoïde, l'induction magnétique est la moitié de celle à l'intérieur, car les deux moitiés du solénoïde à leur jonction apportent une contribution égale au champ magnétique créé par le courant du solénoïde. Cela peut être dit pour un solénoïde semi-infini ou pour une bobine suffisamment longue pour le diamètre du cadre. L'induction magnétique aux bords sera égale à :

Étant donné que le solénoïde est principalement une bobine inductive, comme toute bobine avec une inductance, le solénoïde est capable de stocker de l'énergie dans un champ magnétique numériquement égal au travail que la source fait pour créer un courant dans la bobine qui génère le champ magnétique du solénoïde :

Une modification du courant dans la bobine entraînera l'apparition d'une FEM d'auto-induction, et la tension aux extrémités du fil de la bobine du solénoïde sera égale à :

L'inductance du solénoïde sera égale à :

Où V est le volume du solénoïde, z est la longueur du fil dans la bobine du solénoïde, n est le nombre de tours par unité de longueur du solénoïde, l est la longueur du solénoïde, μ0 est la perméabilité magnétique sous vide.

Lorsqu'un courant alternatif circule dans le fil du solénoïde, le champ magnétique du solénoïde sera également alternatif. La résistance CA d'un solénoïde est de nature complexe et comprend à la fois des composants actifs et réactifs déterminés par l'inductance et la résistance active de la bobine.

Utilisation pratique des solénoïdes

Les solénoïdes sont utilisés dans de nombreuses applications industrielles et civiles. Souvent, les entraînements linéaires ne sont qu'un exemple de fonctionnement d'un solénoïde CC. Vérifiez les cisailles dans les caisses enregistreuses, les soupapes du moteur, le relais de démarrage, les soupapes hydrauliques, etc. En courant alternatif, les solénoïdes agissent comme des inducteurs fours à creuset.

En règle générale, les bobines de solénoïde sont en cuivre, moins souvent en fil d'aluminium.Dans les industries de haute technologie, des bobines supraconductrices sont utilisées. Les noyaux peuvent être en fer, en fonte, en ferrite ou en d'autres alliages, souvent sous la forme d'un faisceau de tôles, ou ils peuvent ne pas être présents du tout.

Selon le but de la machine électrique, le noyau est constitué de l'un ou l'autre matériau. Des appareils tels que les électroaimants de levage, le tri des graines, le nettoyage du charbon, etc. Ensuite, nous examinerons quelques exemples d'utilisation de solénoïdes.

Électrovanne de ligne

En appliquant une tension à la bobine de solénoïde, le disque de vanne est pressé fermement contre l'orifice pilote par un ressort et la ligne est fermée. Lorsqu'un courant est appliqué à la bobine de soupape, l'armature et le disque de soupape associé montent, tirés par la bobine, s'opposant au ressort et ouvrant le trou pilote.

La différence de pression sur les différents côtés de la vanne provoque le déplacement du fluide dans la canalisation, et tant que la tension est appliquée à la bobine de la vanne, la canalisation n'est pas bloquée.

Lorsque le solénoïde est éteint, le ressort ne retient plus rien et la soupape se précipite vers le bas, bloquant le trou pilote. Le pipeline est à nouveau fermé.

Relais de démarrage électromagnétique de voiture

Un démarreur est essentiellement un puissant moteur à courant continu alimenté par la batterie de la voiture. Au moment du démarrage du moteur, le pignon de démarrage (bendix) doit être rapidement engagé pendant un moment avec le volant du vilebrequin, et en même temps le démarreur est allumé. Le solénoïde ici est la bobine du solénoïde du démarreur.

Le relais du rétracteur est monté sur le boîtier du démarreur et lorsque l'alimentation est appliquée à la bobine du relais, un noyau de fer connecté à un mécanisme qui fait avancer l'engrenage est tiré. Après le démarrage du moteur, l'alimentation est coupée par la bobine du relais et la vitesse est ramenée en arrière grâce au ressort.

Serrure à solénoïde

Dans les serrures électromagnétiques, le pêne est entraîné par la force d'un électroaimant. Ces serrures sont utilisées dans les systèmes de contrôle d'accès et les systèmes de vannes. Une porte équipée d'une telle serrure ne peut être ouverte que pendant la durée de validité du signal de commande. Après suppression de ce signal, la porte fermée restera verrouillée, qu'elle ait été ouverte ou non.

Les avantages des serrures à solénoïde incluent leur conception - elle est beaucoup plus simple que celle des serrures à moteur, plus résistante à l'usure. Comme vous pouvez le voir, ici le solénoïde est à nouveau associé à un ressort de rappel.

Inductance avec solénoïde par chauffage

Les inductances solénoïdes multitours sont généralement utilisées pour le chauffage. La bobine d'inductance est constituée d'un tube de cuivre refroidi à l'eau ou d'une barre omnibus en cuivre.

Dans les installations à moyenne fréquence, des enroulements monocouches sont utilisés, et dans les enroulements à fréquence industrielle, l'enroulement peut être monocouche ou multicouche. Ceci est dû à une éventuelle réduction des pertes électriques dans l'inductance et aux conditions de respect des paramètres de charge et des paramètres de tension et du facteur de puissance de l'alimentation. Pour assurer la rigidité de la bobine inductive, son mastic est le plus souvent utilisé entre les plaques finales en amiante-ciment.

Dans les installations modernes trempe et chauffage par induction Les solénoïdes fonctionnent en mode AC haute fréquence, ils n'ont donc généralement pas besoin d'un noyau ferromagnétique.

Moteur solénoïde

Dans les moteurs à solénoïde à simple bobine, l'activation et la désactivation de la bobine de fonctionnement entraîne un mouvement mécanique du mécanisme à manivelle, et le retour est effectué par un ressort, similaire à ce qui se passe dans une électrovanne et une serrure à solénoïde.

Dans les moteurs à solénoïde à plusieurs enroulements, l'activation alternative des bobines est effectuée à l'aide de vannes.À chaque bobine, le courant de la source d'alimentation est fourni dans l'un des demi-cycles de la tension sinusoïdale. Le noyau est successivement attiré par l'une ou l'autre bobine, effectuant un mouvement de va-et-vient, entraînant en rotation le vilebrequin ou la roue.

Solénoïdes dans les installations expérimentales

Des installations expérimentales telles que le détecteur ATLAS fonctionnant au Grand collisionneur de hadrons du CERN utilisent de puissants électroaimants qui comprennent également des solénoïdes. Des expériences de physique des particules sont menées pour découvrir les éléments constitutifs de la matière et pour étudier les forces fondamentales de la nature qui soutiennent notre univers.

Bobines Tesla

Enfin, les connaisseurs de l'héritage de Nikola Tesla utilisent toujours des solénoïdes pour construire des bobines. L'enroulement secondaire d'un transformateur Tesla n'est rien de plus qu'un solénoïde. Et la longueur du fil dans la bobine s'avère très importante, car les constructeurs des bobines utilisent ici des solénoïdes non pas comme des électroaimants, mais comme des guides d'ondes, comme des résonateurs, dans lesquels, comme dans tout circuit oscillant, il n'y a pas que le l'inductance du fil, mais aussi la capacité formée dans ce cas de spires rapprochées à amies. Soit dit en passant, le tore au sommet de l'enroulement secondaire est conçu pour compenser cette capacité distribuée.

Nous espérons que notre article vous a été utile et maintenant vous savez ce qu'est un solénoïde et combien de domaines d'application il existe dans le monde moderne, car nous ne les avons pas tous répertoriés.