نوع دیگری از عملگرهای الکترومغناطیسی که سیگنال الکتریکی را به میدان مغناطیسی تبدیل می‌کند و می‌تواند به وسیله‌ی میدان مغناطیسی یک حرکت خطی به وجود بیاورد سلونوئیدهای خطی هستند.
۱. راه‌اندازهای سلونوئید خطی
سلونوئیدهای خطی بر اساس همان اصلی کار می‌کنند که برای رله صادق است و همانند رله‌ها می‌توانند مدار را سوییچ یا کنترل کنند.
سلونوئید خطی یک المان الکترومغناطیسی می‌باشد که انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی تبدیل می‌کند.
سلونوئیدهای خطی به صورت پایه از یک سیم پیچ تشکیل شده‌اند که دور یک سیلندر پیچیده شده است. در داخل سیلندر یک هسته ی متحرک فرومغناطیس وجود دارد. از سلونوئیدها می‌توان برای باز و بسته کردن در، حرکت اجزای ربات و راه‌اندازی سوییچ‌های الکتریکی از طریق تحریک سیم‌پیچ آن‌ها استفاده کرد .
سلونوئیدها در انواع مختلفی در دسترس می‌باشند، اما پرکاربردترین نوع آن‌ها سلونوئیدهای خطی می‌باشد که به اکچویتورهای الکترومکانیکی خطی نیز معروف‌اند که حرکتی خطی را ایجاد می‌کنند. نوع دیگری از سلونوئیدها وجود دارند که حرکت دوار دارند و به دور یک محور ثابت می چرخند.
از سلونوئیدها می‌توان برای کنترل حرکت نسبی نیز استفاده نمود در این حالت موقعیت هسته وابسته به میزان ولتاژ ورودی است .
هنگامی که جریان الکتریکی از یک هادی عبور می‌کند دور ماده هادی یک میدان مغناطیسی شکل می‌گیرد. جهت این میدان مغناطیسی توسط جهت جریانی که از هادی می‌گذرد تعیین میشود و ماده‌ی هادی تبدیل به یک آهنربای الکتریکی میشود که همانند آهنربای دائمی دارای قطب شمال و جنوب است.
قدرت این میدان مغناطیسی می‌تواند از طریق کنترل جریانی که از هادی می‌گذرد کنترل شود مثالی از یک آهنربای مغناطیسی در شکل زیر آورده شده است :
میدان مغناطیسی که توسط سیم پیچ یک سلونوئيد به وجود آمده
۲. میدان مغناطیسی که توسط سیم پیچ یک سلونوئيد به وجود آمده
هنگامی که یک جریان الکتریکی از سیم‌پیچ عبور می‌کند، این سیم‌پیچ مانند یک آهنربای الکتریکی عمل می‌کند و هسته فرومغناطیسی که در داخل سیم‌پیچ قرار دارد به سمت مرکز سیم‌پیچ حرکت می‌کند حرکت هسته باعث فشرده شدن یک فنر کوچک میشود که به یکی از سرهای هسته متصل است نیرو و سرعت هسته‌ی فرومغناطیس با شدت میدان مغناطیسی که توسط سیم‌پیچ ایجاد شده رابطه‌ی مستقیم دارد.
اگر جریان تغذیه قطع شود، میدان مغناطیسی که اطراف سیم‌پیچ به وجود آمده به تدریج افت می‌کند و با جابه‌جایی فنر هسته فرومغناطیس به نقطه‌ی اولش بازمی‌گردد. حرکت مداوم هسته به سمت عقب و جلو به ضربات سلونوئید معروف است.
ساختار سلونوئید خطی
هسته این از سلونوئیدها دارای حرکت خطی می‌باشد و به دو زیر دسته تقسیم می‌شوند :
(۱) نوع کششی (Pull_Type) که با عبور جریان، المانی که به آن‌ها متصل هستند را به سمت خودشان می‌کشند.
(۲) نوع فشاری (Push_Type) که با عبور جریان، المانی که به سلونوئید متصل است را از خود دور می‌کند.
ساختار هر دو نوع سلونوئیدهای خطی شبیه به هم است تنها تفاوت در محل اتصال فنر و طراحی هسته می‌باشد.
سلونوئید خطی کششی
۳. سلونوئید خطی نوع کششی
سلونوئیدهای خطی برای کنترل بسیاری از حرکات دوجهته مناسب می‌باشد. مانند کنترل باز و بسته شدن درها و کنترل شیرها و … سلونوئیدها در اشکال مختلف از جمله بدون بدنه، دارای بدنه و مدل‌های بسته تیوب شکل در دسترس می‌باشد.
سلونوئید چرخشی
اکثر سلونوئیدهای الکترومغناطیسی المان هایی خطی هستند که تنها حرکت رو به جلو یا عقب دارند به هر حال گونه‌ی دیگری از سلونوئیدها وجود دارد که حرکت دوار ( ساعتگرد ، پاد ساعتگرد یا در هر دو جهت ) دارند.
۴. سلونوئید چرخشی
از سلونوئیدهای چرخشی، روتاری یا دوار می‌توان به عنوان جایگزین برای موتورهای DC کوچک یا استپ موتورها استفاده نمود اکثر سلونوئیدهای دوار دارای زوایه گردش ۲۵ ، ۳۵ ، ۴۵ ، ۶۰ و ۹۰ درجه می‌باشند برخی از سلونوئیدها حرکتی پاندولی دارند ( می‌توانند از ۰ به ۴۵- یا از ۰ به ۴۵+ حرکت کنند )
سلونوئیدهای دوار می‌توانند در زمان شارژ یا در زمان دشارژ یا در زمان تغییر جهت میدان مغناطیسی حرکت داشته باشند.
در این نوع سلونوئیدها یک سیم‌پیچ اطراف یک چارچوب از جنس استیل قرار گرفته و یک دیسک فرومغناطیسی به یک محور که در بالای سیم‌پیچ متصل شده چسبیده است.
هنگامی که جریان الکتریکی از سیم‌پیچ عبور می‌کند میدان مغناطیسی تولید میشود و با به وجود آمدن قطب های جنوب و شمال متعدد که قطب‌های آهنربای دائمی دیسک را دفع یا جذب می‌کنند، باعث حرکت دورانی در جهتی می‌شوند که توسط ساختار مکانیکی سلونوئید تعیین شده.
از سلونوئیدهای دوار برای دستگاه‌های فروش و بازی، کنترل شیرها، شاتر دوربین‌ها با سرعت فوق‌العاده بالا، پرینترهای ماتریسی و ماشین‌های اتوماتیک استفاده میشود.
سوییچ سلونوئيد
به طور کلی سلونوئیدها چه خطی چه دوار با اعمال یک ولتاژ DC راه‌اندازی می‌شوند. البته با استفاده از یک مدار یکسوکننده تمام موج می‌توان آن‌ها را با ولتاژ سینوسی AC نیز تغذیه کرد.
سلونوئیدهای کوچک DC به راحتی می‌توانند توسط ترانزیستور دوقطبی یا ماسفت کنترل شوند و برای ساخت ربات المانی های ایده آلی می‌باشند .
به هر حال همان‌طور که در مقاله مربوط به رله دیدیم، سلونوئیدهای خطی از دسته‌ی بارهای القای می‌باشند بنابراین محافظت الکتریکی باید انجام گیرد تا ولتاژ معکوس ناشی از نیورمحرکه القایی به قطعات نیمه‌رسانای مدار آسیب وارد نکند به همین دلیل یک دیود هرزگرد، زنر یا وریستور موازی با سلونوئید در مدار قرار می‌گیرد.
سلونوئیدهای سوییچینگ که از یک ترانزیستور استفاده می‌کنند
۵. سلونوئیدهای سوییچینگ که از یک ترانزیستور استفاده می‌کنند
کاهش مصرف انرژی
یکی از معایب سلونوئیدها ( به‌خصوصی خطی آن ) این است که المان‌هایی القایی هستند که از سیم پیچ ساخته شده‌اند. این بدان معناست که دارای مقاومت هستند و می‌توانند بخشی از انرژی الکتریکی را به گرما تبدیل کنند.
اگر سلونوئید برای مدت زیادی به منبع تغذیه متصل باشد حرارت سیم پیچ بالا می‌رود و به تدریج با بالا رفتن حرارت میزان مقاومت الکتریکی سلونوئید نیز بیشتر میشود که متعاقباً باعث کاهش جریان عبوری و قدرت میدان مغناطیسی میشود.
در شرایطی که جریان به طور پیوسته از سیم‌پیچ عبور می‌کند هیچ فرصتی وجود نخواهد داشت تا سلونوئید خنک شود. به منظور کاهش این نوع حرارت یا باید زمانی که سلونوئید به منبع تغذیه متصل است را محدود کرد یا شدت جریان ورودی را پایین آورد.
یکی از متدهایی که برای کاهش جریان به کار می‌رود اعمال نمودن ولتاژ بالا به سلونوئید است. این ولتاژ بالا میدان مغناطیسی مورد نیاز را برای کارکرد سلونوئید تأمین می‌کند. به محض اینکه این ولتاژ بالا توانست فنر را فشرده کند یک مقاومت نگه دارنده وارد عمل میشود که ضمن نگه داشتن فنر در جای خود باعث میشود تا قادر باشیم ولتاژ ورودی را نیز کاهش دهیم برای درک بهتر به شکل زیر نگاه کنید.
کاهش دادن توان مصرفی سلونوئید
۶. کاهش دادن توان مصرفی سلونوئید
در اینجا کانتکت های سوییچ بسته هستند مقاومت در پایین‌ترین حد خودش قرار دارد و جریان حداکثری به سلونوئید اعمال شده هنگامی که سلونوئید شارژ شد و فنر به طور کامل عقب رفت مقاومت نگه‌دارنده (RH) به صورت سری با سلونوئید وارد مدار میشود پ.
با استفاده از این روش پ، سلونوئید می‌تواند بدون محدودیت به منبع تغذیه متصل باقی بماند چرا که میزان توان مصرفی توسط سیم‌پیچ و گرمای تولیدی تا حد زیادی کاهش پیدا کرده با وجود این، توان مصرفی توسط مقاومت نیز گرما تولید می‌کند و در طراحی مدار این نکته را باید در نظر داشته باشید .پ
دیوتی سایکل سلونوئید
یکی دیگر از راه‌هایی که می‌توان از آن برای کاهش توان تلفاتی استفاده نمود تغییر دیوتی سایکل منبع تغذیه می‌باشد اگر دیوتی سایکل کاهش یابد ، فنر در لحظه ی دریافت پالس سطح بالا فشرده میشود اما مدت زمان پالس سطح پایین به قدری نیست که فنر فرصت پیدا کند سرجای اولش بازگردد این روش توان مصرفی توسط سیم‌پیچ را تا حد زیادی پایین می‌آرود .
دیوتی سایکل یک سلونوئید (ED%) نسبت زمان روشن بودن آن به مجموع زمان روشن و خاموش بودن منبع تغذیه برای یک سیکل کامل است دیوتی سایکل به صورت درصد بیان میشود به عنوان مثال :
۷. دیوتی سایکل سلونوئید
بنابراین اگر یک سلونوئید برای ۳۰ ثانیه روشن بماند و ۹۰ ثانیه خاموش باشد مجموع زمان کل سیکل ۱۲۰ ثانیه خواهد بود و دیوتی سایکل سلونوئید به صورت ۳۰/۱۲۰ محاسبه می‌گردد که برابر با ۲۵٪ خواهد بود اگر شما دیوتی سایکل و بازه زمانی خاموش سلونوئید را بدانید می‌توانید بازه‌ای که سلونوئید در آن روشن است را بیابید.
به عنوان مثال اگر زمان خاموش بودن مدار ۱۵ ثانیه و دیوتی سایکل ۴۰ درصد باشد زمان روشن بودن برابر با ۱۰ ثانیه است اگر دیوتی سایکل ۱۰۰ درصد باشد، به این معناست که سلونوئید می‌تواند همواره روشن بماند یعنی این سلونوئید بدون اینکه دچار افزایش بیش از اندازه دما و آسیب شود قابلیت روشن ماندن را دارد.
در این مقاله به سلونوئیدهای خطی و چرخشی پرداختیم که از اکچویتورهای الکترومغناطیسی هستند و به عنوان المان خروجی برای کنترل یک فرایند فیزیکی به کار می‌روند. در مقاله‌ی بعدی به موتورهای DC می‌پردازیم که آن‌ها نیز با استفاده از میدان مغناطیسی سیگنال الکتریکی را تبدیل حرکت می‌کنند.
دیدگاه خود را بنویسید