Соленоидом называется проводник, свитый спиралью, по которому пропущен электрический ток (рисунок 1, а ).
Если мысленно разрезать витки соленоида поперек, обозначить направление тока в них, как было указано выше, и определить направление магнитных индукционных линий по "правилу буравчика", то магнитное поле всего соленоида будет иметь такой вид, как показано на рисунке 1, б .
Рисунок 1. Соленоид (а ) и его магнитное поле (б )
Рисунок 2. Компьютерная модель соленоида
На оси бесконечно длинного соленоида, на каждой единице длины которого намотано n 0 витков, напряженность магнитного поля внутри соленоида определяется формулой:
H = I × n 0 .
В том месте, где магнитные линии входят в соленоид, образуется южный полюс, где они выходят - северный полюс.
Для определения полюсов соленоида пользуются "правилом буравчика", применяя его следующим образом: если расположить буравчик вдоль оси соленоида и вращать его по направлению тока в витках катушки соленоида, то поступательное движение буравчика покажет направление магнитного поля (рисунок 3).
Видео про соленоид:
Электромагнит
Соленоид, внутри которого находится стальной (железный) сердечник, называется электромагнитом (рисунок 4 и 5). Магнитное поле у электромагнита сильнее, чем у соленоида, так как кусок стали, вложенный в соленоид, намагничивается и результирующее магнитное поле усиливается. Полюсы у электромагнита можно определить, так же как и у соленоида, по "правилу буравчика".
Рисунок 5. Катушка электромагнита
Электромагниты широко применяются в технике. Они служат для создания магнитного поля в электрических генераторах и двигателях, в электроизмерительных приборах, электрических аппаратах и тому подобном.
В установках большой мощности для отключения поврежденного участка цепи вместо плавких предохранителей применяются автоматические, масляные и воздушные выключатели. Для приведения в действие отключающих катушек автоматических выключателей применяются различные реле. Реле называются приборы или автоматы, реагирующие на изменение тока, напряжения, мощности, частоты и прочих параметров.
Из большого числа реле, различных по своему назначению, принципу действия и конструкции, кратко рассмотрим устройство электромагнитных реле. На рисунке 6 представлены конструкции этих реле. Работа реле основана на взаимодействии магнитного поля, создаваемого неподвижной катушкой, по которой проходит ток, и стального подвижного якоря электромагнита. При изменении условий работы в цепи главного тока катушка реле возбуждается, магнитный поток сердечника подтягивает (поворачивает или втягивает) якорь, который замыкает контакты цепи, отключающей катушки привода масляных и воздушных выключателей или вспомогательных реле.
Рисунок 6. Электромагнитное реле
Реле нашли себе применение также в автоматике и телемеханике.
Магнитный поток соленоида (электромагнита) увеличивается с увеличением числа витков и тока в нем. Намагничивающая сила зависит от произведения тока на число витков (числа ампер-витков).
Если, например, взять соленоид, по обмотке которого проходит ток 5 А и число витков которого равно 150, то число ампер-витков будет 5 × 150 = 750. Тот же магнитный поток получится если взять 1500 витков и пропустить по ним ток 0,5 А, так как 0,5 × 1500 = 750 ампер-витков.
Увеличить магнитный поток соленоида можно следующими путями: 1) вложить в соленоид стальной сердечник, превратив его в электромагнит; 2) увеличить сечение стального сердечника электромагнита (так как при данных токе, напряженности магнитного поля, и стало быть, магнитной индукции увеличение сечения ведет к росту магнитного потока); 3) уменьшить воздушный зазор сердечника электромагнита (так как при уменьшении пути магнитных линий по воздуху уменьшается магнитное сопротивление).
Видео про электромагнит:
Самый частый вопрос владельцев АКПП: «АКПП стала плохо переключаться, Компьютер показывает проблему в соленоиде В (С, D...). Скажите какой соленоид мне заменить, чтобы все опять заработало? » Кажется, что стоит заменить какой-то небольшой клапан-соленоид и машина опять будет как прежде. Ответ по диагностике и выводам - .
Что же такое Соленоид?
Соленоид в АКПП это электромеханический кран-регулятор в АКПП, который в ответ на электроимпульс компьютера открывает или закрывает канал в гидроплите для управления потоками гидравлической жидкости.
Соленоиды управляют гидравлическими переключениями режимов работы современных АКПП, вариаторов и ДСГ. (Исключениями являются электрический Степ-мотор и Электроприводы некоторых ДСГ с сухим )
Соленоиды пришли на смену Говернору - примитивному механико-гидравлическому клапану, переключавшему скорости в гидравлически управляемых трансмиссиях, типа того, что в унитазе открывает и закрывает воду для заполнения смывного бака.
Конструкция соленоидов использует школьный опыт с магнитным стержнем внутри медной обмотки, по которой пропускается постоянный ток.
Магнитное поле обмотки толкает намагниченный стержень в одну сторону, а при перемене направления тока - движение сердечника внутри катушки меняется на обратное. Но в соленоидах АКПП противоположное движение сердечника обеспечивается не изменением направления тока, а возвратной пружиной (на картинке слева).
Где находятся соленоиды в АКПП
Соленоид (электроклапан ) как ему и положено стоит в гидравлической клапанной плите или, как ее называют мастера - в .
Соленоид вставлен в канал гидроблока, крепится болтом (или прижимной пластиной) а с другого конца через штекер электропроводки (шлейф) подсоединяется к электронному блоку управления АКПП (слева ниже
).
Штекер и шлейф-проводка, кстати, во многих автоматах довольно часто являются причиной неисправной работы соленоидов и являются такими же расходниками, как и сам соленоид.
В некоторых коробках гидроблок и крышка поддона находятся не снизу коробки, а - сбоку.
Соленоид соединяет гидравлическую систему коробки с электрической системой. И часто в этой цепочке именно в соленоидах компьютер находит ошибку. (коды ошибок неисправностей - )
Конструкция
On-Off Соленоиды.
Первые соленоиды для американских АКПП стали массово использоваться с 80-х годов и выглядели именно как соленоид , то есть: катушка с медной обмоткой. (слева вскрытый блок электроклапанов от Крайслера, до сих пор устанавливаемый на джипы и пикапы. )
Их функцией было - толкать стержень-плунжер в гидроплите, открывающий (или закрывающий) канал, по которым насос гонит масло в систему. Когда ток не подается на обмотку катушки, пружина возвращает стержень обратно. Такой соленоид имеет два положения: "Закрыт" и "Открыт". Так называемый: "on-off соленоид", соленоид-клапан .
В таких системах встречались проблемы или обрыва обмотки, ломалась возвращающая пружина. И ремонт старых соленоидов обычно заключался в перемотке оборванных или сгоревших проводов, пропайке, чистке или замене ослабевших пружин.
Справа - следующее поколение соленоида- электроклапана. ( Вольво -№206421B до 2006-го года устанавливался на европейские Вольво S80 и ХС90 и до сих пор устанавливается на множество американских представительских машин - Бьюик, Олдсмобил, Понтиак, Шевроле .)
Этот соленоид - конструктивно более сложный. Это не просто катушка с сердечником, у него уже имеется канал для масла (из белого пластика) с двумя выходами и металлический шариковый клапан, открывающий или закрывающий этот канал.
Такой соленоид сам уже является гидравлическим клапаном . Гидравлика и электрика в одном приборе. Этот тип соленоидов стали называть "электромагнитный клапан". Его уже гораздо легче менять, отсоединив от гидравлической системы, в которой он держит давление за счет резиновых колец-прокладок и от электического питания, отсоединив штекер (тоже иногда находят здесь проблему).
Положения электро-клапана называют: "нормально-открытым" или "нормально-закрытым". В обесточенном состоянии работает пружина. При подаче напряжения - работает магнитное поле обмотки, противодействуя пружине. В канал соленоида позже стали устанавливать фильтр-сетку, который предотвращает попадание внутрь клапана намагниченной железной пыли из масла.
Следующее поколение, появившееся в 90-х:
3-way соленоиды
Первые соленоиды были только "включателем" ON-OFF
. Но довольно быстро авто-дизайнеры создали 3-WAY
соленоиды
, которые работают "переключателями".
Они соединяют уже не 2, а 3 канала: В одном положении (On) шарик открывает проход из первого во 2-й канал, а в другом (Off) - открывают проход из 2-го в 3-й канал. (слева ). Обычно второе положение служит для сброса давления из пакета сцепления. Это позволило одним прибором и включать пакет фрикционов сцепления и управлять отключением. Раньше эту функцию выполнял лишний механический клапан в сцеплении.
PWM- пропорциональные соленоиды, VBS, VFS
В середине 90-х у конструкторов разгорелся аппетит и они потребовали еще более интеллектуальных инструментов управления гидравликой. Были разработаны соленоиды-регуляторы .
Конструктивно "электро-регуляторы" работают по принципу: "Вентиля". В отличии от принципа "Крана" он-офф соленоидов, у которых есть или полностью открытое или полностью закрытое положение.
Такие соленоиды-регулятор приоткрывают или призакрывают сечение по кривой в зависимости от характера поступающего импульсного напряжения от компьютера. (Ток подается прерывисто, с разной длительностью этого прерывания )
Механическая часть соленоидов -электромеханических регуляторов 21 века становится все более разнообразной.
Они уже бывают как шариковые так и золотниковые 3-WAY, и даже 4-... 5-WAY,...
На первом этапе были разработаны PWM соленоиды с клапаном шарикового типа (слева), который довольно прост и дешев в изготовлении.
Позже появились довольно редкие VBS соленоиды (Various Bleed), в которых отверстие открывает-закрывает плоский клапан. Эти соленоиды уже могут адаптироваться к изменениям давления масла, но используются для узкого круга задач с низким давлением масла в линии. Самые сложные - VFS соленоиды, которые справляются и с высоким давлением масла в линии и малочувствительны по вариациям подающего давления. Они могут иметь клапан - золотник.
Пропорциональные (линейные) Соленоиды
Этот тип соленоидов выбрал японский гигант АТ - , поставщик автоматов для Тойоты-VAG-Volvo...
Внутри конструкции линейных соленоидов ходит золотник-плунжер по муфте с отверстиями типа тех, что ранее были частью гидроблока. То есть самый изнашиваемый участок плиты , который всегда был предметом ремонта, сейчас . И теперь во многих случаях уже не нужно восстанавливать или менять саму гидроплиту, а достаточно заменить износившийся соленоид с встроенным клапаном. Сама гидроплита стала служить гораздо дольше, и таким образом решили главную проблему всех современных АКПП - износ каналов гидроплиты ().
Именно такова особенность ремонта гидроблока современной 6-ти ступенчатой трансмиссии японской Aisin :
Здесь из 9-ти соленоидов чаще всего меняются 4 пропорциональных соленоида (указаны на схеме справа синими цифрами ). Остальные 5 соленоидов - простые "включатели" ON-OFF - практически не выходят из строя до конца жизни коробки.
VFS, VBS (Various Bleed) Соленоиды
На следующем этапе были разработаны VFS (Variable Force Solenoid) соленоиды. Их очень полюбил немецкий ZF.
Их конструкция относительно простая и дешевая. Но простота в изготовлении компенсируется чрезвычайно сложной системой управления.
Клапан по мере повышения давления и из-за износа (небольшого собственного веса) меняет степень открытия канала. И требуется точная обратная связь компьютеру, чтобы под эти изменения подстраиваться. Поэтому капризность тонко настроенных соленоидов VFS значительно выше и ресурс короче, чем срок службы пропорциональных соленоидов Айсин.
У европейского бестселлера 21-го века ZF 6HP21 - 6HP28 практически стали расходником, планово заменяемым после 3-5 лет напряженной службы.
Преимущество конструкции PWM соленоида - возможность использовать более прочные и износостойкие - анодированные (и следовательно - более дорогие) материалы для "узких мест" канала-муфты, по которому происходят поступательные движения клапана в грязном и горячем масле.
Материалом гидроплиты (и соленоидов) в последние десятилетия служит легкий и мягкий алюминиевый сплав. (Вместо вечного чугуна на старых добрых гидроплитах "золотого века" Америки ). А когда под давлением через эти "краны"-регуляторы гонится горячая смесь масла и фрикционной грязи и канал открывается не сразу на полное сечение, как раньше, а частично, то в этой узкой щели и происходит самый быстрый износ металла.
Для механической части (манифольда и золотника/плунжера) соленоидов здесь стали применять алюминиевый сплав, анодированные высокопрочными и грязеотталкивающими материалами.
Функциональные различия соленоидов
Соленоиды классифицируют еще и по своему назначению.
Наиболее распространены такие функции соленоидов:
- Соленоид EPC или LPC (Line Pressure Control). Соленоид контроля линейного давления.
Самый первый и главный из появившихся в гидроплите электроклапанов. Это соленоид-"вождь", который единолично распределяет все масло на остальные соленоиды и каналы. И в 4-х ступках ЕРС соленоид первым выходил из строя.
- Соленоид ТСС - Torque Converter Clutch (или SLU - Solenoid Lock-Up -блокировки муфты ) Соленоид управления блокировкой . Этот электроклапан делает самую "грязную" работу - он заставляет муфту гидротрансформатора подключаться - блокироваться, чтобы повысить кпд и удовлетворить запрос водителя на "спортивный режим" разгона. И именно через этот соленоид в первую очередь идет грязное и горячее масло из гидротрансформатора. Поэтому во многих гидроблоках соленоид ТСС/SLU - самое слабое звено.
Гидротрансформатор блокируется-разблокируется каждый раз, когда машина тормозит или разгоняется, кроме того, его фрикцион в современных акпп работает в так называемом режиме " регулируемого " когда гидротрансформатор еще интенсивнее греет масло в коробке и загрязняет его своей фрикционной накладкой. А в последнее время в эти перенагруженные фрикционы бубликов стали добавлять графитовые (или кевларовые) связующие, что влияет на здоровье соленоидов и гидроблока так же, как жирная пища - на сердце и сосуды полных людей. ( ).
- Shift solenoid - рядовой соленоид-переключатель, отвечающий за переключения скоростей, "шифтовик". Таких регуляторов давления в гидроплите обычно несколько и вся работа по переключению скоростей вверх или вниз в основном выполняется именно ими. Обычно на схеме они обозначаются как S1, S2, (SL1 ...- линейный шифтовик) или буквами А, В...
Для переключения скоростей работают одновременно сразу несколько соленоидов. Например в классических 4-х ступках 2 соленоида шифтовика, и мануалы выдают такие комбинации:
S1-открыт +S2-закрыт - включена 1 скорость (D)
S1-закр.+S2-закр. - переключение 1-2 скорость
S1-откр.+S2-откр. переключение 2-3 скорость
... итд.
И это - расписано в мануалах для простых 4-х ступок. Для 5-ти и 6-ти ступенчатых АКПП - все гораздо . (как читать ?)
Так что распространенный среди водителей миф: "если пропала 3-я скорость, то можно найти и заменить соленоид 3-й скорости" - обычно ни к чему кроме затрат времени и денег не приводит (кроме самообучения на ошибках) .
Такие таблицы есть в мануалах для каждой АКПП. По таблицам мастера определяют - какие соленоиды (или обгонные муфты) работают при проблемном переключении и на которые стоит обратить внимание при тестировании.
Новые типы соленоидов:
Управляющий (клапанами гидроблока) соленоид. Функционально соленоиды могут управлять клапанами плиты как транзистор в электросхеме.
Такие соленоиды только подают управляющее давление (с низким расходом) на клапан гидроблока, который уже сам подает или сбрасывает давление на поршни и фрикционы и служат для незаметного переключения передач.
- "Соленоид качества переключения передач " (работает только в момент переключения передачи для мягкого переключения с "проскальзыванием") ,
- "Соленоид управления охлаждением масла
" (как термостат открывает канал для охлаждения масла через внешний радиатор), и др.
Специфика и конструкция соленоидов постоянно расширяется и усложняется, а диагностика и ремонт соленоидов упрощается до банальной замены.
Типичные проблемы соленоидов. Срок службы
Обычно на соленоиды как причину аварии указывает компьютер своим "кодами неисправности" типа "19146"-VAG (или OBDII: P2714 ). Расшифровка кодов неисправностей - .
Проблема №1 : соленоиды забиваются нагаром из масла, склеенным из мельчайшей пыли (бумажной, алюминиевой, стальной, бронзовой...) от изношенных и разбитых узлов и расходников. Проявляется в том, что "нахолодную" клапан-золотник соленоида (или гидроблока) работает нормально, а в горячем масле - клинит. Или наоборот.
Поэтому мастера очень не любят, когда фрикционная накладка съедается до клеевой основы и добавляет клеющие смолы в эту горячую масляную взвесь.
Для устранения нагара соленоиды-клапана (и детали гидроблка) промывают в различных растворителях и прочищают разными хитрыми способами с использованием ультразвука или переменного тока 12в. Рекомендовано при капремонте также проводить демагнетизацию (размагничивание) стальных деталей соленоида.
Проблема №2:
Износ деталей плунжера, манифольда, входного отверстия, протечки, связанные с износом.
PWM соленоиды имеют "умное управление". Компьютер учитывает "старость" соленоида №1 и увеличивает с помощью управляющего соленоида №2 расход масла для открытия канала такого изношенного соленоида №1. Но когда износ и "старческая деменция" достигают предела давления, компьютер бракует такой соленоид, что проявляется кодом ошибки. Естественно, что чем грязнее масло, тем быстрее изнашиваются каналы соленоидов, и тем напряженнее насос гонит через гидробок масло ATF, тем интенсивнее работают и изнашиваются клапана. Цепная реакция.
Проблемы №3, 4, ...8:
Ослабление возвращающей пружины, трещины корпуса, поломки конструкции, падение сопротивления обмотки (обрыв или КЗ). Здесь популярны пропайка контактов, перемотка, замена втулок, деталей.
Главная причина "преждевременной смерти" современных соленоидов - износ каналов манифольда, втулок, клапана и плунжера или шарика . (справа показан износ примыкания закрывающего шарика к отверстию )
Это начинается с засорения плунжера продуктами износа. Плунжер сначала клинит, что приводит к проблемам переключения (в зависимости от функции первого засорившегося соленоида), а затем этот нагар начинает истирать трущиеся поверхности плунжера, втулок плунжера и клапанов. После 2003-2004 годов и клапана и манифольды обычно делаются из анодированных сплавов, которые выдерживают большие истирающие нагрузки. Истираются в основном бронзовые втулки соленоидов.
Иногда мастера ремонтируют изношенные линейные соленоиды, "перевтуливая" плунжер. Выпускаются наборы 136419 для замены втулок соленоидов, что дает им еще жизни на 30-60 ткм (в зависимости от состояния остальных компонентов электрорегулятора) .
Ресурс качественных соленоидов измеряется количеством циклов открывания-закрывания. По этому показателю например "хендаевские" соленоиды привычно стоят чуть позади соответствующих американских соленоидов и еще подальше от продуктов лидеров Aisin, Jatco или ZF.
Но даже у самых надежных соленоидов ресурс не превышает 300 000 - 400 000 циклов. Это может наступить и после 400 ткм, а может и значительно раньше. В зависимости от того как нагружают их водитель и , подчиняющееся педали газа. Конструктивно в ранних версиях АКПП (например DP0, 01N, ...) режим их работы был организован таким образом, что одни соленоиды (обычно - ЕРС) работают в два-три раза напряженнее других и поэтому вырабатывают свой ресурс первыми.
Американский авторемонтный мир предпочитает планово ремонтировать соленоиды, заменяя втулки и очищая все внутренности соленоидов и гидроблока от нагара при каждом капремонте АКПП. Своевременная чистка и "перевтуливание" линейных соленоидов увеличивает ресурс соленоидов и гидроблока на 40-70%. Но обязательно при этом заменяются все изношенные уплотнения, кольцы и втулки, через которые теряется давление масла, иначе соленоиды сразу начинают работать на полное сечение.
Ремонт ГДТ с заменой муфты - тоже входит в эту работу по продлению жизни соленоидов и самой АКПП.
Как самому купить и заменить соленоиды? Вообще - поможет это?
Существует всего несколько АКПП с проблемами соленоидов, которые можно решить, лишь заменив соленоиды: 
Например DP0, у которой срок жизни соленоидов EPC и TCC достаточно короток по сравнению с остальными расходниками. В некоторых случаях ремонта 4-х ступок замена обоих соленоидов (144431 ) может оживить машину и на некоторое время (пока скопятся деньги и желание на капремонт и установку ) позволит забыть о причинах выхода из строя трансмиссии (замена тефлоновых колец и )
В эту же группу входят некоторые АКПП Хёндай-Мицубиши, Лексуса и даже 6-ти ступки ZF.
Но к сожалению просто заменить соленоид это - "временный костыль", который очень часто является лишней тратой времени и средств. Обычно к этому времени и сам гидроблок нуждается в переборке-чистке и гидротрансформатор и коробка. Мастера очень не любят брать в ремонт коробку, в которой до этого делался "косметический" ремонт или менялась только часть необходимых деталей. Потому что распутывать клубки проблем автомата, в котором до тебя кто-то неудачно покопался, берутся только акпп-фанаты или мазохисты. Такая настоящая головоломка, для "шерлохолмсов".
Как идентифицировать-заказать-купить соленоиды?
1. Определите тип своей АКПП . (Ответственность за правильное определение типа лежит только на мастере, который берется лечить этот сложный агрегат ). Для этого перейдите на страницу " ". Если указано несколько вариантов для вашего авто (или ни одного) - скорее всего из-за того, что было выпущено много небольших серий вашего автомобиля в разных странах. Попробуйте почитать по каждой АКПП - внизу каждой страницы АКПП есть дополнительная таблица. Но надежнее - искать эту информацию не в справочниках, а на табличке самой АКПП (или на кузове). Можно определить тип АКПП по форме поддона или по фото фильтра . В общем - изучайте литературу, если хотите самостоятельно и успешно выполнить эту операцию.
2. На странице своей АКПП - изучите все, что написано в мануалах по соленоидам и гидроблоку.
Нажав на номер соленоида на оранжевом фоне, вы узнаете его цену, наличие на складе и полное описание детали, с указанием- для каких авто она используется. Но часто приходится подбирать соленоиды по ВИН-коду авто. Звоните и заказывайте.
3. Замена соленоида. Стоит изучить все, что пишет интернет по вашей АКПП. Или лучше (если вы не стремитесь сами стать профессионалом в этом увлекательном деле) - найти мастера, который уже имеет опыт и сделав положенные ошибки, сэкономит вам время и деньги.
Тест. Как проверить исправность соленоидов?
Даже если коды указали на какой-то соленоид, его нужно проверить с использованием диагностического оборудования. И лучше, если этим займется специалист.
У соленоидов имеется такая определяющая "жизнеспособность" характеристика как "вилка" сопротивления (при 20º C). Поэтому первый тест соленоидов - это проверка их сопротивления омметром. На странице популярных в ремонте АКПП можно найти такие таблицы по соленоидам.
Причина : От времени и из-за агрессивных условий работы метал проводов стареет, сопротивление обмотки увеличивается и когда омметр показывает, что сопротивление обмотки вышло за пределы максимально допустимого, то компьютер обнаруживает такой соленоид и "требует" его замены с помощью .
Если соленоид-электроклапан показывает нормальное сопротивление и щелкает при подаче на него напряжения, то мастера чистят-промывают его и оставляют служить дальше.
Кроме самих соленоидов и их клемм, часто причиной неисправностей является запитывающая проводка-шлейф (справа - 105446 ).
Современные соленоиды-электрорегуляторы уже невозможно "на коленке" проверить с помощью омметра и "пощелкиваний". PWM соленоиды уже требуют компьютера для проверки кривой, по которой меняется давление в зависимости от подаваемого тока, а с этим и квалифицированного электрика. И уже неразумно приговаривать соленоиды к замене по одним только кодам ошибок OBD-II. Если это, конечно, не типичные для данной АКПП проблемные соленоиды, которыми являются описанные ниже соленоиды-бестселлеры.
Встречаются проблемы и с самим ЭБУ (особенно часто - №340450 слева )
Что будет, если вовремя не заменить выработавшие свой ресурс соленоиды?
Соленоиды закрывают или открывают канал, блокирующий сцепление фрикционов. Не так страшно, если передачи переключаются с толчками. Это даже может быть полезным как "маркер", указывающий на необходимость делать ремонт АКПП.
Хуже, если канал недозакрыт или недооткрыт, что можно сравнить с недоотжатым сцеплением в МКП. Такой недовключенный пакет сцепления начинает проскальзывать от недостатка давления и жечь фрикционы и масло. Или недостаток давления приводит к работе всухую, от которой изнашивается "железо" и втулки, которые к этому времени уже изношены и травят масло и убьют новые соленоиды тем, что будут заставлять их сразу же работать на полное сечение.
Рекордсмен по замене втулок - новейшие ZF-бестселлеры и 6HP19 (№182030 - выше справа ). А после втулок вибрации всухую настолько разбивают все валы и сочленения, что восстанавливать коробку иногда уже не имеет смысла.
Это - самое неприятное и незаметное из всех многочисленных проявлений нештатной работы соленоидов. Сравнимо с тем, как переносить тяжелую ангину на ногах - вроде как работаешь, но сердце можно повредить на всю жизнь.
В чем заключается "ремонт" соленоидов:
Хорошее видео по чистке и ремонту гидроблока и соленоидов появились на ю-тьюбе . Там скрыты некоторые детали, но в целом дает представление - в чем заключается ремонт чистка соленоидов.
Являются замкнутыми, это свидетельствует о том, что в природе нет магнитных зарядов. Поля, силовые линии которых замкнуты, называют вихревыми поля-ми . То есть магнитное поле — это вихревое поле. Этим оно отличается от электрического поля , создаваемого зарядами.
Соленоид.
Соленоид — это проволочная спираль с током.
Соленоид характеризуется числом витков на единицу длины n , длиной l и диаметром d . Толщина провода в соленоиде и шаг спирали (винтовой линии) малы по сравнению с его диаметром d и длиной l . Термин «соленоид» применяют и в более широком значении — так называют катушки с произвольным сечением (квадратный соленоид, прямоугольный соленоид), и не обязательно ци-линдрической формы (тороидальный соленоид). Различают длинный соленоид (l ≫ d ) и короткий соленоид (l ≪ d ). В тех случаях, когда соотношение между d и l специально не оговаривается, подразуме-вается длинный соленоид.
Соленоид был изобретен в 1820 г. А. Ампером для усиления открытого X. Эрстедом магнитного действия тока и применен Д. Араго в опытах по намагничиванию стальных стержней. Магнит-ные свойства соленоида были экспериментально изучены Ампером в 1822 г. (тогда же им был вве-ден термин «соленоид»). Была установлена эквивалентность соленоида постоянным природным магнитам, что явилось подтверждением электродинамической теории Ампера, которая объясняла магнетизм взаимодействием скрытых в телах кольцевых молекулярных токов.
Силовые линии магнитного поля соленоида:
Направление этих ли-ний определяют с помощью второго правила правой руки .
Если обхватить соленоид ладонью правой руки, направив четыре пальца по току в витках, то отставленный большой палец укажет направление магнитных линий внутри соленоида.
Сравнив магнитное поле соленоида с полем постоянного магнита (рис. ниже), можно заметить, что они очень похожи.
Как и у магнита, у соленоида есть два полюса — северный (N ) и южный (S ). Северным полюсом называют тот, из которого магнитные линии выходят; южным полюсом — тот, в который они входят. Северный полюс у соленоида всегда располагается с той стороны, на которую указывает большой палец ладони при ее расположении в соответствии со вторым правилом правой руки.
Соленоид в виде катушки с большим числом витков используют в качестве магнита.
Исследования магнитного поля соленоида показывают, что магнитное действие соленоида увеличивается с увеличением силы тока и числа витков в соленоиде. Кроме того, магнитное действие соленоида или катушки с током усиливается при введении в него железного стержня, который называют сердечником .
Электромагниты.
Современные электромагниты могут поднимать грузы массой несколько десятков тонн. Они используются на заводах при перемещении тяжелых изделий из чугуна и стали. Электромагниты используются также в сельском хозяйстве для очистки зерен ряда растений от сорняков и в дру-гих отраслях промышленности.
Соленоиды используются во многих устройствах для обеспечения линейного или вращательного приведения в действие механических систем.Хотя управление соленоидом может быть таким же простым, как включение и выключение нагрузки (например, выключатель), часто более высокая производительность может быть получена с помощью специализированной интегральной микросхемы (ИС) для его управления.
В этой статье мы рассмотрим, как система управления электропривода влияет на электромеханические характеристики соленоидов. Будет сравниваться две различные схемы: простой коммутатор и драйвер регулирования тока. Также будут рассмотрены технологии энергосбережения, которые ограничивают рассеивание мощности в соленоиде.
Принцип работы соленоида
Самая примитивная конструкция соленоида представляет собой катушку, создающую магнитное поле. Устройства, которые мы называем соленоидами, состоят из катушки и движущегося сердечника из железа или другого материала. При подаче тока в катушку сердечник втягивается и приводит в движение механический объект, соединенный с сердечником. Простой соленоид показан ниже:
Для приведения в движение сердечника на катушку подается напряжение. Поскольку индуктивное сопротивление катушки довольно велико для ускорения процессов срабатывания на катушку подают повышенное напряжение. Втягивающая сила сердечника пропорциональна току.
Для удержания механического устройства в активной зоне необходим гораздо меньший ток. Если ток в катушке после доведения механического устройства до конечной точки не уменьшить, то это вызовет соленоида.
Для решения этой проблемы можно использовать драйвер постоянного тока. Ток можно контролировать по времени для обеспечения минимальных тепловых потерь при максимально необходимом удерживающем моменте.
Испытательная установка
Чтобы сравнить электромеханические характеристики различных схем привода соленоида, была создана простая тестовая установка с использованием сервоусилителя, подключенного к соленоиду с изгибом для измерения движения соленоида. Движение, наряду с напряжением и током, было зафиксировано с помощью осциллографа. Для управления соленоидом использовалась MPS MPQ6610 IC.
Простые драйверы для соленоидов
Самый простой способ управлять соленоидом — включить и выключить ток. Это часто делается с помощью переключателя MOSFET с низкой стороны и токового защитного диода (рисунок ниже). В этой схеме ток ограничен только напряжением питания и постоянным сопротивлением соленоида.
Электромеханические характеристики простого привода соленоида ограничены. Поскольку полное напряжение и ток применяются в течение 100% времени, ток втягивания ограничивается постоянной мощностью рассеяния соленоида. Большая индуктивность катушки ограничивает скорость нарастания тока при включении соленоида.
В тесте измерялось движение, напряжение и ток соленоида включаемого с помощью простого переключателя (рисунок ниже). В этом случае время включения соленоида (15 Ом, рассчитанного на 12 В) занимало 30 мс, чтобы приводить в действие механический привод и рассеивать мощность 10 Вт.
Если вы задаетесь вопросом о «впадине» в текущей форме волны, то это уменьшение тока связано с обратной ЭДС, создаваемой движущимся сердечником соленоида. Обратная ЭДС увеличивается по мере того, как сердечник разгоняется до тех пор, пока соленоид не втянется и не остановится.
Высокопроизводительный драйвер соленоида
В большинстве применений полный ток необходим только для втягивания соленоида. После завершения движения уровень тока в соленоиде может быть снижен, что приводит к экономии энергии и значительно меньшему количеству тепла, выделяемого в катушке. Это также позволяет использовать более высокое напряжение питания, что обеспечивает форсировку тока втягивания, чтобы сделать процесс втягивания сердечника соленоида более быстрым и обеспечить большую силу втягивания.
Мощный полумост MPS MPQ6610 вместе с несколькими внешними компонентами может выполнить эту задачу (рисунок ниже). MPQ6610 рассчитан на 60 В и 3 А и доступен в небольших пакетах TSOT и SOIC.
Результирующие сигналы возбуждения показаны на рисунке ниже. Желтая линия — это сигнал OUT, управляющий соленоидом, а зеленый — ток соленоида. Первоначально полное напряжение питания 24 В (в этом случае приводится в движение соленоид). После задержки ток уменьшается путем широтно-импульсной модуляции выхода. Время втягивания сокращается до 16 мс, а рассеиваемая мощность удержания значительно ниже (около 600 мВт вместо 10 Вт).
Эта схема работает следующим образом:
Первоначально входной сигнал низкий. Это разряжает C1-D1 и удерживает контакт ISET с низким значением Q1.
Входной сигнал нарастает, что позволяет MPQ6610 «нарастить» выходной сигнал до высокого уровня, применяя полное напряжение питания к соленоиду. C1 начинает заряжаться через R1. Ток поступает из штыря ISET, пропорционального току, протекающему в соленоиде. С зарядом C1 напряжение на штыре ISET может увеличиться.
Предполагая, что в соленоиде имеется достаточный ток, напряжение на шине ISET продолжает расти, пока не достигнет своего порога регулирования тока (1,5 В). На этом этапе MPQ6610 начинает регулировать ток соленоида. Регулируемый ток удержания устанавливается значением R2.
Время задержки (когда соленоид приводится в 100% рабочий цикл) устанавливается значениями R1 и C1. Для стандартного логического уровня 3,3 В время составляет приблизительно 0,33 × RC. Для примера выше, с R1 = 100 кОм и C1 = 2,2 мкФ, 0,33 × RC = 75 мс.
Выводы
Представленные в этой статье измерения показывают, что улучшенная производительность и значительно более низкое потребление энергии могут быть достигнуты с использованием управляющего током драйвера для управления соленоидами. Небольшие драйверы на интегральных микросхемах, такие как MPS MPQ6610, могут обеспечить это преимущество производительности по низкой цене и занимать очень небольшую площадь на печатной плате.
И кому интересно как работает соленоид:
Особый интерес представляет магнитное поле внутри соленоида, длина которого значительно превосходит его диаметр. Внутри такого соленоида магнитная индукция имеет повсюду одно и то же направление, параллельное оси соленоида, и значит, линии поля параллельны между собой.
Измеряя каким-нибудь способом магнитную индукцию в разных точках внутри соленоида, мы можем убедиться в том, что если витки соленоида расположены равномерно, то индукция магнитного поля внутри соленоида имеет во всех точках не только одинаковое направление, но и одинаковое числовое значение. Итак, поле внутри длинного равномерно навитого соленоида однородно. В дальнейшем, говоря о поле внутри соленоида, мы всегда будем иметь в виду подобные «длинные» равномерные соленоиды и не будем обращать внимания на отступления от однородности поля в областях, близких к концам соленоида.
Подобные измерения, выполненные с разными соленоидами при различной силе тока в них, показали, что магнитная индукция поля внутри длинного соленоида пропорциональна силе тока и числу витков, приходящихся на единицу длины соленоида, т. е. величине , где – полное число витков соленоида, – его длина. Таким образом,
где – коэффициент пропорциональности, называемый магнитной постоянной (ср. с электрической постоянной , § 11). Числовое значение магнитной постоянной
Впоследствии (§ 157) выяснится, что единица, в которой выражена величина , может быть названа «генри на метр», где генри (Гн) – единица индуктивности. Следовательно, можно написать, что
Гн/м. (126.2)
В силу своей простоты поле соленоида используется в качестве эталонного поля.
Для характеристики магнитного поля, кроме магнитной индукции , используют также векторную величину , называемую напряженностью магнитного поля. В случае поля в вакууме величины и просто пропорциональны друг другу:
так что введение величины не вносит ничего нового. Однако в случае поля в веществе связь с имеет вид
где – безразмерная характеристика вещества, называемая относительной магнитной проницаемостью или просто магнитной проницаемостью вещества. При рассмотрении магнитных полей в веществе, например в железе, величина оказывается полезной. Подробнее об этом идет речь в § 144.
Из формул (126.1) и (126.3) следует, что в случае, когда соленоид находится в вакууме, напряженность магнитного поля
т. е., как говорят, равна числу ампер-витков на метр.
С помощью измерений магнитной индукции поля, создаваемого током, текущим по очень длинному тонкому прямолинейному проводнику, было установлено, что
где – сила тока в проводнике, – расстояние от проводника.
Согласно формуле (126.3) напряженность поля, создаваемого прямолинейным проводником, находящимся в вакууме, равна
В соответствии с формулой (126.7) единица напряженности магнитного поля носит название ампер на метр (А/м). Один ампер на метр есть напряженность магнитного поля на расстоянии одного метра от тонкого прямолинейного бесконечно длинного проводника, по которому течет ток силой ампер.
126.1. Магнитная индукция поля внутри соленоида равна 0,03 Тл. Какой силы ток проходит в соленоиде, если длина его равна 30 см, а число витков равно 120?
126.2. Как изменится магнитная индукция поля внутри соленоида из предыдущей задачи, если соленоид растянуть до 40 см или сжать его до 10 см? Что произойдет, если сложить соленоид пополам так, чтобы витки одной его половины легли между витками второй половины?
126.3. По соленоиду длины 20 см, состоящему из 60 витков диаметра 15 см, идет ток. Что произойдет с магнитным полем внутри соленоида, если уменьшить диаметр его витков до 5 см, сохранив прежнюю длину соленоида и использовав тот же самый кусок провода? Каким способом можно получить прежнюю магнитную индукцию поля, сохранив неизменными длину и диаметр витков соленоида?
126.4. Внутри соленоида длины 8 см, состоящего из 40 витков, расположен другой соленоид с числом витков на 1 см длины соленоида, равным 10. Через оба соленоида проходит одинаковый ток 2 А. Какова магнитная индукция поля внутри обоих соленоидов, если северные концы их обращены: а) в одну сторону; б) в противоположные стороны?
126.5. Имеются три соленоида длины 30 см, 5 см и 24 см с числом витков 1500, 1000 и 600 соответственно. По первому соленоиду идет ток 1 А. Какие токи должны идти по второму и третьему соленоидам, чтобы магнитная индукция внутри всех трех соленоидов была одной и той же?
126.6. Вычислите магнитную индукцию поля в каждом из соленоидов задачи 126.5.
126.7. В соленоиде длины 10 см нужно получить магнитное поле с напряженностью, равной 5000 А/м. При этом ток в соленоиде должен быть равен 5 А. Из скольких витков должен состоять соленоид?
126.8. Какова магнитная индукция поля внутри соленоида, длина которого равна 20 см, а полное число витков равно 500, при токе 0,1 А? Как изменится магнитная индукция, если соленоид будет растянут до 50 см, а ток уменьшен до 10 мА?
