Соленоиды семейства JF: руководство по использованию

Электромеханические соленоиды предназначены для совершения толкающих движений по поступательно-возвратному принципу: открывать и закрывать, толкать и втягивать, извлекать и вставлять. Например, электромеханический толкатель пригодится при изготовления умных электрозамков, в оборудовании квеструмов или управления роботизированными конечностями. Соленоиды так же могут быть использованы в качестве толкателя для нажатия/отжатия на любую механическую кнопку, например на выключатель или рубильник. А ещё их можно найти в пейнтбольных ружьях, принтерах, клапанах и даже автомобилях.

Список моделей

В нашем магазине мы предлагаем целую линейку соленоидов на любой вкус и цвет.

Общие сведения

Электромеханический соленоид — это электромагнитное устройство, которое преобразует электрическую энергию в механическое толкающее движение по поступательно-возвратному принципу.

В основе соленоида — цилиндр вокруг которого намотаны витки индукционной катушки. Если на катушку подать напряжение, внутри цилиндра возникнет магнитное поле. Это поле втянет шток внутрь катушки, совершая механическую работу. Как только ток пропадёт, возвратная пружина переместит шток в исходное положение.

Конструкция соленоида

Катушка

Катушка соленоида выполнена в цилиндрической форме, витки которой намотаны вплотную, а длина значительно больше диаметра. Такое соотношение длины намотки к диаметру цилиндра, позволяет при подачи напряжения на обмотку создать внутри катушки относительно равномерное магнитное поле. При снятии напряжения — магнитное поле катушки естественно пропадает.

Для надёжности соленоидная катушка обмотана изолентой, а к выходам обмотки припаяны монтажные провода, которые выведены наружу. Далее вся конструкция помещена в специальный металлический каркас. В итоге мы получаем привычный облик соленоида.

Каркас

Катушка соленоида установлена в специальном металлическом каркасе, который даёт устройству одновременно надёжный и защищённый вид. На нижней стороне металлической рамы обычно расположены монтажные отверстия для крепления соленоида к стенам, потолкам и другим поверхностям.

Габариты соленоида и размеры отверстий смотрите в описании товара и чертежа на интересующую модель устройства.

Выходные провода

На выходе соленоида расположено два провода, для подключения электромеханического устройства к питанию или коммутирующему устройству, например к реле или силовому ключу. При подаче питания — шток втягивается в катушку, при отпускании — шток возвращается в исходное состояние. Полярность значения не имеет.

Шток

Шток — это подвижная часть соленоида, который может быть в двух состояниях:

• Втянут: на соленоид приложено напряжение. Режим ON.
• Выдвинут: на соленоид не приложено напряжение. Режим OFF.

Расстояния, которое совершает шток в переходе между режимами ON и OFF, называется ход штока.

Стопорные ограничители

Для ограничения движения штока в соленоиде предусмотрены ограничители:

• Стопорное кольцо: ограничит движение штока в режиме ON.
• Стопорная гайка: ограничит движение штока в режиме OFF.

Характеристики соленоида

Режимы работы

Соленоид может быть только в двух состояниях:

• Режим ON. При подаче напряжения, внутри цилиндра возникнет магнитное поле, которое втянет шток внутрь катушки.
• Режим OFF. При снятии напряжения, внутри цилиндра пропадёт магнитное поле, которое больше не будет удерживать шток внутри катушки. А возвратная пружина переместит шток в исходное положение.

Осевое усилие

Осевое усилие — это максимальная нагрузка в ньютонах, которую шток соленоида способен перемещать. В нашем магазине представлены модели с осевым усилием от 4 до 55 Н.

Рабочий цикл

Соленоидная катушка в режиме ON преобразует часть электрической энергии в «нагрев» из-за сопротивления проволоки. Другими словами, при длительном подключении к источнику электропитания проволока в катушке нагревается. Также, при увеличении температуры катушки, её электрическое сопротивление уменьшается, позволяя течь ещё большему току, повышая ещё больше её температуру.

Чтобы уменьшить самогенерируемый эффект нагрева, необходимо уменьшить количество времени, в течение которого катушка находится под напряжением. Т.е. чередовать режимы ON и OFF — использовать так называемый рабочий цикл.

Рабочий цикл соленоида — это доля времени в процентах работы соленоида в режиме ON от общей продолжительности полного цикла ON + OFF. Например, показатель рабочего цикла равный 10% означает, что соленоид способен быть в режиме ON в течение 1 минуты из каждых 10 минут. Средний статистический рабочий цикл соленоидов от 10 до 25%.

Питание

В зависимости от модификации, соленоиды семейства JF бывают расчитаны на три типа значения напряжения: 6 В, 12 В и 24 В. Рабочее напряжения конкретно вашего соленоида ищите в описании товара на интересующую модель устройства.

Примеры работы

Рассмотрим несколько примеров работы с электромеханическими соленоидами.

Простой пульт

Работать с соленоидами можно даже без микроконтроллера. Соберём простую схему, где кнопка сможет рулить электромеханическим девайсом. Такой вариант можно использовать для создания самого просто электрозамка.

Что понадобится

• 1× Соленоид JF-0520B
• 1× Источник питания на 12 В
• 1× Корпусная кнопка
• 1× Чёрная изолента

Схема устройства

Результат работы

В зависимости от состояния кнопки, шток соленоида будет менять своё положение:

• При зажатой кнопке → цепь будет замкнута → шток соленоида будет втянут.
• При отжатой кнопке → цепь будет разомкнута → шток соленоида будет вытянут.

Автоматика с реле

Автоматизируем процесс, заставим соленоид совершать движения по заданному алгоритму. На роль контроллера для работы с соленоидом рассмотрим платформу Arduino Uno, а на роль коммутатора — реле.

• 1× Соленоид JF-0520B
• 1× Источник питания на 12 В
• 1× Arduino Uno
• 1× Реле (Trema-модуль)
• 1× Кабель USB (A — B)
• 1× Соединительные провода «папа-мама»

Рекомендуем также обратить внимание на дополнительные платы расширения:

• Trema Shield поможет подключить реле к Arduino с помощью шлейфов из комплекта.
• Trema Set Shield поможет подключить реле к Arduino без проводов вовсе.

Схема устройства

Схема устройства с Trema Shield

Схема устройства с Trema Set Shield

Программная настройка

Настройте плату Arduino Uno в среде Arduino IDE.

Исходный код

// GPIO пин, к которому подключён реле
constexpr uint8_t RELAY_PIN = 3;

void setup() {
  // Назначаем пин с реле в режим выхода
  pinMode(RELAY_PIN, OUTPUT);
}
  
void loop() {
  // Подаём на реле высокий уровень
  // Соленоид в режиме ON
  digitalWrite(RELAY_PIN, HIGH);
  // Ждём 1 секунду
  delay(1000);
  // Подаём на реле низкий уровень
  // Соленоид в режиме OFF
  digitalWrite(RELAY_PIN, LOW);
  // Ждём 1 секунду
  delay(1000);
}

Результат работы

После прошивки Arduino, шток линейного привода каждую секунду будет перемещаться между состояниями втянут и вытянут.

Автоматика с силовым ключом

Повторим прошлый эксперимент. На роль контроллера для работы с соленоидом рассмотрим всё туже платформу Arduino Uno, а на роль коммутатора теперь возьмём силовой ключ.

• 1× Соленоид JF-0520B
• 1× Источник питания на 12 В
• 1× Arduino Uno
• 1× Силовой ключ (Trema-модуль)
• 1× Кабель USB (A — B)
• 1× Соединительные провода «папа-мама»

Рекомендуем также обратить внимание на дополнительные платы расширения:

• Trema Shield поможет подключить реле к Arduino с помощью шлейфов из комплекта.
• Trema Set Shield поможет подключить реле к Arduino без проводов вовсе.

Схема устройства

Схема устройства с Trema Shield

Схема устройства с Trema Set Shield

Программная настройка

Настройте плату Arduino Uno в среде Arduino IDE.

Исходный код

// GPIO пин, к которому подключён силовой ключ
constexpr uint8_t MOSFET_PIN = 3;

void setup() {
  // Назначаем пин с силовым ключом в режим выхода
  pinMode(RELAY_PIN, OUTPUT);
}
  
void loop() {
  // Подаём на силовой ключ высокий уровень
  // Соленоид в режиме ON
  digitalWrite(MOSFET_PIN, HIGH);
  // Ждём 1 секунду
  delay(1000);
  // Подаём на силовой ключ низкий уровень
  // Соленоид в режиме OFF
  digitalWrite(MOSFET_PIN, LOW);
  // Ждём 1 секунду
  delay(1000);
}

Результат работы

После прошивки Arduino, шток линейного привода каждую секунду будет перемещаться между состояниями втянут и вытянут.

Габаритный чертёж

Размеры соленоидов отличаются между собой. Габариты на конкретно ваш модуль, читайте в описании товара на интересующую модель устройства.

Ресурсы

• Электромеханические соленоиды в магазине:
  • JF-0520B (4 Н, 12 В)
  • JF-0530B (5 Н, 12 В)
  • JF-0630B (6 Н, 12 В)
  • JF-0826B (20 Н, 12 В)
  • JF-0837B (15 Н, 12 В)
  • JF-1253B (42 Н, 12 В)
  • JF-1253B (42 Н, 24 В)
  • JF-1264B (55 Н, 24 В)
  • JF-1564B (55 Н, 12 В)
  • JF-1564B (55 Н, 24 В)