Los campos magnéticos uniformes pueden ser generados por una bobina larga y recta de alambre de cobre. Si se coloca una pieza de hierro cerca del solenoide, ésta es atraída por las fuerzas magnéticas generadas por la bobina, produciendo una fuerza mecánica. Este es el principio de funcionamiento del solenoide. Este artículo detallará el funcionamiento de este importante componente.
Como dijimos, si se coloca una pieza de hierro cerca del solenoide, ésta es arrastrada por las fuerzas magnéticas generadas por la bobina, como se muestra en la figura 1.
La fuerza que tira del núcleo depende de varios factores.
a. De la corriente que pasa a través de la bobina
b) El número de vueltas en la bobina
c) El material del núcleo
d) El recorrido (distancia que mueve el núcleo)
Los solenoides comunes alimentados con suministros de 3 a 48 VCC tienen corrientes en el rango de 50 mA a 2 A. Algunos solenoides pueden liberar varios kilogramos de fuerza cuando se activan. Los solenoides también pueden alimentarse con fuentes AC.
TIPOS DE SOLENOIDES
La figura 2 muestra algunos de los principales tipos de solenoides, como se enumeran a continuación.
a) Laminado lineal, tiro
b) Lineal tubular, empuje
c) Lineal tubular, con muela
d) Giratorio
USANDO EL SOLENOIDE
Los solenoides se utilizan cuando sólo se necesita un empuje o empuje corto, moviendo el núcleo a una distancia corta como se muestra en la figura 3.
Simplemente tiene que conectar el solenoide a la pieza a mover, teniendo en cuenta la fuerza requerida y el desplazamiento del núcleo.
Para satisfacer los requisitos de varias aplicaciones prácticas para solenoides, están disponibles en diferentes formas y tamaños.
La figura 4 muestra algunas aplicaciones para los solenoides en mecatrónica de la siguiente manera:
a. Acción de empuje
b. segundo. Acción de tirar
c.. Utilizando una palanca
d. Utilizando un solenoide lineal para obtener movimiento rotatorio
e. Solenoide giratorio
f. Acción doble
g. Proyección de objetos
CARACTERÍSTICAS
Las principales especificaciones de un solenoide son las que se describen a continuación.
a) La Fuerza / Golpe creado. La fuerza creada por el émbolo de un solenoide es una función de la tensión aplicada (y la corriente que fluye a través del dispositivo). La fuerza nominal es la fuerza generada cuando se aplica la tensión nominal. Esta fuerza se expresa normalmente en Newtons (N) para solenoides lineales y en términos de par expresado en newton-metros (Nm) para solenoides rotativos. Otros factores que influyen en la relación fuerza / carrera del solenoide son la temperatura y el ciclo de trabajo.
b) La tensión nominal (Vn).
La tensión que se puede aplicar a la bobina de un solenoide para producir la fuerza nominal es el voltaje nominal o la tensión de operación. Los tipos comunes pueden tener especificaciones de tensión nominal entre 3 y 48 V.
c) Tipo de tensión. Los solenoides se pueden alimentar con fuentes de CA o CC. Los solenoides de CA tienen una construcción diferente, ya que deben incluir recursos para amortiguar las vibraciones causadas por los cambios en la dirección de la corriente que fluye a través del devanado de la bobina.
re. La corriente nominal (In). Esto se refiere a la corriente que fluye a través de la bobina cuando se aplica la tensión nominal. Esta corriente puede variar entre 100 mA y varios amperios para solenoides comunes.
d) La resistencia nominal (Rn). La resistencia nominal es la resistencia del arrollamiento de la bobina. Esta resistencia, junto con la tensión aplicada, determinará la corriente nominal de un solenoide. Para tipos comunes, esta resistencia varía de una fracción de un ohm a varios cientos de ohms.
e) Potencia máxima de disipación (PH). El calor se genera en la bobina de un solenoide cuando la corriente fluye a través de él. Si un solenoide se sobrecalienta, puede quemarse. Una importante especificación del solenoide es su máxima potencia de disipación. Esta potencia puede oscilar entre varios miliwatts y varios watts. A continuación, mostramos cómo calcular esta potencia cuando no es proporcionada por el fabricante .
Otras características de importancia para algunas aplicaciones son la vida mecánica y las curvas fuerza / recorrido.
Fórmulas:
La tensión nominal, la corriente nominal y las resistencias nominales son interdependientes. Si se conocen dos de ellas, la tercera se puede calcular usando la ley de Ohm.
Las siguientes son fórmulas útiles para calcular estos valores.
a) Determinación de la resistencia cuando se conocen la tensión y la corriente:
R = V / I
segundo. Determinación de la corriente cuando se conocen tensión y resistencia:
I = V / R
b) Determinación de la tensión cuando se conocen la corriente y la resistencia:
V = R x I
dónde
R = resistencia de la bobina (ohm)
V = tensión nominal (V)
I = corriente nominal (A)
a) Operación continua. La potencia disipada por la bobina de un solenoide cuando se alimenta con la tensión nominal se calcula mediante la siguiente fórmula:
P = V x I
P = R x I2
P = V2 / R
dónde
P = potencia disipada por el solenoide (W)
R = resistencia de la bobina (ohm)
V = tensión nominal (V)
I = corriente nominal (A)
b) Funcionamiento pulsado (considerando el ciclo de trabajo).
P = ( V x I x DT ) / 100
Dónde:
P = potencia disipada por el solenoide (W)
R = resistencia de la bobina (ohm)
V = tensión nominal (V)
I = corriente nominal (A)
DT = ciclo de trabajo (%)
En cualquier aplicación, P debe ser inferior a Pd (la máxima potencia de disipación) para evitar el sobrecalentamiento del solenoide.
CICLO DE TRABAJO
El ciclo de trabajo de un solenoide es la relación entre el tiempo transcurrido y el tiempo total del ciclo operativo. Para un funcionamiento óptimo, el ciclo de trabajo debe ser minimizado.
Fórmula:
El ciclo de trabajo puede expresarse como:
DT = 100 x [ Ton / (Ton + Ton) ]
dónde
DT = ciclo de trabajo en porcentaje
Ton = tiempo en que el solenoide está encendido
T off = tiempo en que el solenoide está apagado