אמצעי שליטה ובקרה הם נושא חשוב מאוד בתחום המכונות למיניהן ולא רק. כשם שהחשמל הכניס מהפכה גדולה בנושאים כאלה בכלל, כך גם הסולנואיד הזניק קדימה את תחום השליטה והבקרה. מהו רכיב זה? כיצד הוא פועל? והיכן וכיצד הוא מיושם? הינה סקירה קצרה שתכניס אתכם לעניינים.
מה זה סולנואיד?
סולנואיד, או solenoid באנגלית, הוא בבסיסו רכיב פשוט למדי. מדובר בסליל די קומפקטי, במנגנון להעברת זרם חשמלי בסליל זה וב”ליבה” פרומגנטית הנמצאת בתוך הסליל, אם כי לא במרכזו (בהמשך נסביר מדוע). מעבר לכך, יהיו גם רכיבים הנובעים מהאופן שבו מעוניינים לנצל את תנועת הסולנואיד. סולנואיד הוא רכיב אלקטרו-מכניקה נפוץ מאוד, מאחר שהיכן שיש מכונות, דרושה שליטה נוחה בהפעלתן ובקרה על פעילותן, וזו היא אחת הדרכים הנוחות והיעילות להשיג זאת.
איך הוא עובד?
רעיון פעולת הסולנואיד הוא כזה: כאשר רוצים להפעיל אותו מעבירים זרם בסליל, למשל באמצעות שינוי מצב מתג או לחיצה על כפתור לשם הפעלה זמנית. גם ייתכן מצב שבו מערכת אלקטרומכנית אחרת מפעילה את הסולנואיד באופן אוטומטי. כעת הזרם בסליל יוצר סביבו שדה מגנטי, ובכך הסליל הופך למעשה לאלקטרומגנט. שדה זה גורם לליבה לנוע למרכז הסליל במהירות ובכך מקבלים תנועה קווית. תנועה זו היא למעשה המטרה של הסולנואיד. כוח ומהירות התנועה של הליבה נשלטים מעוצמת הזרם בסליל. כאשר הזרם מופסק, הליבה בדרך כלל תחזור למקומה באמצעות קפיץ או כוח המשיכה. כעת, כשהבנו מה זה סולנואיד, ברור יותר מדוע הוא חשוב עבור מערכות שליטה ובקרה ובמסגרת תהליכים כגון פיתוח מכונות הרכבה לדוגמה.
איפה הסולנואיד פוגש אותנו בכלים שאנחנו משתמשים היום?
סולנואידים עשויים להשתלב באין-ספור מכשירים ומכונות. אם זה במהלך תכנון מכונות לסוגיו, בניית מכונות הרכבה או בניית מכונות למעבדות. באופן מיוחד רואים אותם במקרים רבים משמשים כפתרון שליטה ובקרה על ברזים ועל מפסקים חשמליים. ברכבים וגם בחדרי בתי מלון, נעילת הדלתות עשויה להתבצע באמצעות סולנואיד. תיבת הילוכים אוטומטית היא דוגמה נוספת למנגנון שבו הם משולבים. בתחום הרפואה, מכונות דיאליזה הן דוגמה למכשיר המנצל את יכולת השליטה המדויקת שאפשרית עם סולנואיד. באופן דומה, מכונות קפה שולטות על הפעלת זרימת הקפה לכוס ועל עצירתה המדויקת באמצעות סולנואיד. בתחום החקלאות, בקרי השקיה מסוגלים לנהל השקיה באופן מבוקר מאוד, אך לשם כך דרוש להם כלי עזר להפעלת המים ולהפסקתם וזהו שוב הסולנואיד.
איך המציאו את הסולנואיד?
ההנחה המקובלת היא שהסולנואיד הומצא בשנת 1820 על ידי אנדרה מרי אמפר, הוא גם מי שנתן לו את שמו. אמפר היה דמות בולטת מאוד בהיסטוריה של מחקר תחום החשמל וגם של השימוש המעשי בו. היחס בין זרם חשמלי למגנטיות הוא בפני עצמו היבט בסיסי וחשוב מאוד בהבנת הפיזיקה של נושאים אלה. כעקרון, כבר בשלב מוקדם למדי הבינו שזרם חשמלי במוליך יוצר מסביבו שדה מגנטי. כמו כן, התגלה האפקט ההפוך – שדה מגנטי שיוצר זרם במוליך. רואים זאת למשל בגנרטורים הממירים תנועה לחשמל, ההפך מהסולנואיד אשר כפי שהסברנו ממיר זרם חשמלי לתנועה.
לסיכום
כל עוד נדרשת במכונות תנועה, יהיה צורך באמצעי בקרה ושליטה עליה. הסולנואיד מוכיח עצמו עם השנים כפתרון מתאים מאוד לכך ולכן יש להניח, שעוד נראה אותו בעתיד בשימוש נרחב.
