المغناطيسية المتبقية: ما هي، ولماذا، وكيفية التحكم بها

هناك بعض العملاء الذين يرغبون في زيادة المغناطيسية المتبقية في مشاريع الملفات اللولبية ، بينما استفسر آخرون عن معنى المغناطيسية المتبقية في الملفات اللولبية وأهميتها. وقد اتضح لنا أن المغناطيسية المتبقية موضوع تقني للغاية. لذا، نود كتابة مقال حول المغناطيسية المتبقية لمهندسي المشاريع والمبتدئين على حد سواء.

الفصل الأول: ما هي المغناطيسية المتبقية؟

المجال المغناطيسي المتبقي هو المجال المغناطيسي الذي يبقى في الأجسام المغناطيسية الحديدية بعد اختفاء المجال المغناطيسي الأصلي. بعبارة أخرى، المغناطيسية المتبقية هي بقايا المغناطيسية بعد إيقاف تشغيل مصدر الطاقة.

مبادئ عمل المغناطيسية في المغناطيسات الكهربائية والملفات اللولبية:

– ينتج التيار الكهربائي مجالاً مغناطيسياً؛

– إذا تم فصل مصدر الطاقة، يجب أن يختفي المجال المغناطيسي؛

- سيبقى دائماً قدر من المغناطيسية المتبقية.

بعبارات بسيطة: المغناطيسية المتبقية هي المغناطيسية المتبقية بعد إيقاف تشغيل الطاقة.

الفصل الثاني: لماذا توجد المغناطيسية المتبقية؟

 

تحدث المغناطيسية المتبقية بسبب خصائص المواد المغناطيسية الحديدية.

2.1 محاذاة المجالات المغناطيسية

– المجالات المغناطيسية هي مناطق صغيرة داخل المواد المغناطيسية.

– قبل تمرير تيار كهربائي عبر مغناطيس كهربائي أو ملف لولبي، تكون المجالات المغناطيسية موجهة بشكل عشوائي.

– يؤدي تمرير التيار عبر ملف كهرومغناطيسي أو ملف لولبي إلى محاذاة المجالات لإنتاج مجال مغناطيسي.

– عندما يتوقف التيار الكهربائي عن التدفق، تبقى بعض المجالات المغناطيسية في مكانها.

2.2 التخلف المادي

– يستغرق المجال المغناطيسي وقتاً حتى يتبدد.

– يتسبب تخزين الطاقة في المجال المغناطيسي في حدوث تدفق متبقٍ.

2.3 العوامل المؤثرة على قوة المغناطيسية المتبقية

– مواد ذات نفاذية عالية مثل الحديد المطاوع والفولاذ منخفض الكربون.

– وجود دوائر مغناطيسية مغلقة في التصميم.

– فترة تنشيط أطول، مجال مغناطيسي أقوى، وتيار أعلى.

– عدم وجود فجوات هوائية في المسارات المغناطيسية.

الفصل الثالث: أهم خصائص المغناطيسية المتبقية

- ضعيف وقابل للقياس - دائمًا أضعف بكثير من المجال المغناطيسي الأصلي.

- مُثابر - لن يزول إلا إذا بُذلت جهود للقضاء عليه.

– إجراء إزالة المغناطيسية ضروري للإزالة، التيار المتردد أو الصدمة الجسدية.

تأثيرات المغناطيسية المتبقية في الملفات اللولبية

تؤثر المغناطيسية المتبقية في الملفات اللولبية على وظائفها.

3.1 إطلاق بطيء للذراع (التأثير الأكثر شيوعًا)

– بعد إيقاف التيار، قد يتحرك المحرك ببطء للخلف أو يعلق ويتعطل أثناء دورة سريعة.

– مهم للغاية عند التعامل مع الأنظمة الآلية، والملفات اللولبية عالية التردد، والأجهزة الطبية.

3.2 التشويش

- قد لا يكون للزنبرك قوة كافية لفصل المحرك إذا كانت المغناطيسية المتبقية قوية للغاية.

– في الحالة القصوى، يفشل الملف اللولبي في تحرير المحرك على الإطلاق.

3.3 انخفاض الدقة ومعدل التكرار

– قد يؤدي ذلك إلى عدم اتساق الشوط، وقوة خرج متغيرة، وعدم موثوقية الدورات.

– أمر بالغ الأهمية عند استخدامه في معدات القياس وغيرها من التطبيقات الدقيقة.

3.4 مقاومة أعلى، واستهلاك أكبر للطاقة، وتآكل متزايد

– قد تزيد المغناطيسية المتبقية من مقاومة الإجهاد الميكانيكي، وتستهلك طاقة إضافية، وتسرع من تآكل المكونات.

الفصل الرابع: تطبيقات المغناطيسية المتبقية في مواقف الحياة الواقعية

4.1 التطبيقات الإيجابية (الاستخدام المفيد)

– تستخدم آلات التيار المستمر ذاتية الإثارة المغناطيسية المتبقية في المولدات لإنتاج الجهد عند بدء التشغيل.

– بعد فصلها عن مصدر الطاقة، تحتفظ المغناطيسات الرافعة بقوة مغناطيسية كافية لحمل الأحمال الصغيرة.

– تعتمد الملفات اللولبية ثنائية الاستقرار على المغناطيسية المتبقية للحفاظ على حالة التشغيل.

 4.2: الآثار السلبية (المشاكل)

– تعطل الموصلات والمرحلات.

– التلوث المغناطيسي للمحركات والآلات عن طريق جذب غبار المعادن الناتج عن التآكل.

– النفخ القوسي في اللحام (تشوه أقواس اللحام بسبب تأثير المغناطيسية المتبقية في الأنابيب والصفائح الفولاذية).

الفصل الخامس: كيفية تقليل المغناطيسية المتبقية في الملفات اللولبية

إليك كيفية تقليل المغناطيسية المتبقية بشكل فعال ومنع المشاكل المرتبطة بها.

5.1 إدخال الفجوة الهوائية (الحل الأمثل)

– إن إضافة فجوات هوائية إلى الدوائر المغناطيسية يقلل من المغناطيسية المتبقية، ويزيد من السرعة، ويثبت التشغيل.

– العيب: انخفاض القوة المغناطيسية.

5.2 استخدام مواد غير مغناطيسية

– استخدم مواد ذات إكراه مغناطيسي منخفض وتخلف مغناطيسي منخفض: سبائك مغناطيسية ناعمة، وفولاذ منخفض الكربون معالج خصيصًا، وفولاذ السيليكون.

5.3 إزالة المغنطة الكهربائية

– قم بتطبيق نبضة جهد عكسي عند الفصل.

– تنفيذ دوائر ثنائية أو دوائر RC لإزالة المغنطة.

– تأتي معظم أنظمة القيادة الحديثة مزودة بوظائف إزالة المغناطيسية المدمجة.

5.4 التحسينات الميكانيكية

– زيادة شد الزنبرك.

– تقليل مساحة التلامس قدر الإمكان.

– تحسين حركة المحرك.

5.5 معالجة سطح المواد

– إن تطبيق طبقات النيكل أو الزنك يقلل من الالتصاق ويحسن المتانة.

الفصل السادس: توصيات التصميم (حسب نوع الملف اللولبي)

الفصل السابع: كيفية إصلاح الملف اللولبي لن يتم إصدار ذلك

إذا لم يتم تحرير الملف اللولبي بعد إيقاف تشغيله، فمن المرجح أن يكون ذلك بسبب المغناطيسية المتبقية.

الأعراض:

– فشل المحرك في التحرر.

– عملية إرجاع غير موثوقة.

الأسباب المحتملة الأخرى:

– شد الزنبرك غير كافٍ.

– الاحتكاك المفرط.

– غير متناسق.

الحلول:

– إدخال الفجوات الهوائية.

– زيادة ضغط الزنبرك.

– اختيار مواد أفضل.

– تنفيذ دوائر إزالة المغناطيسية.

الخلاصة: معظم مشاكل الالتصاق مرتبطة بالمغناطيسية، وليس بالميكانيكا.

الفصل الثامن: الفرق بين المغناطيسية المتبقية والتخلف المغناطيسي

– يشير مصطلح التخلف المغناطيسي إلى الحلقة المغناطيسية – وقت التمغنط وإزالة التمغنط.

– المغناطيسية المتبقية هي المغناطيسية الفعلية في غياب مجال مغناطيسي خارجي.

– الخلاصة النهائية: التخلف المغناطيسي يسبب المغناطيسية المتبقية.

الفصل التاسع: كيفية تقليل المغناطيسية المتبقية من قلب الملف اللولبي

عند الضرورة، إليك كيفية التخلص منه:

الأساليب:

– طريقة التيار العكسي. تطبيق نبضة جهد ذات قطبية معكوسة بتيار كافٍ.

– استخدام التيار المتردد لإزالة المغناطيسية تدريجياً.

– التحكم في انحلال التيار من خلال دائرة إزالة المغناطيسية.

احتياطات: تجنب تسخين الجهاز بشكل مفرط. راقب شدة التيار.

هل يؤدي وجود مغناطيسية متبقية إلى تقليل عمر الملف اللولبي؟

نعم، تؤثر المغناطيسية المتبقية على عمر الملف اللولبي:

– يزيد من التآكل الميكانيكي؛

– يرفع درجة حرارة التشغيل؛

– يقلل من معدل تكرار الدورة.

العواقب المحتملة على المدى الطويل: إجهاد النوابض، وتآكل الأسطح، وفقدان الأداء.

الخلاصة: لإطالة العمر الافتراضي، تأكد من التصميم المناسب واختيار المواد بشكل صحيح.

الفصل العاشر: الخاتمة النهائية

المغناطيسية المتبقية هي ظاهرة غير مهمة نسبياً، ولكنها ذات أهمية هندسية.

بدون اتخاذ التدابير المناسبة: تأخر في الاستجابة، أعطال متكررة، انخفاض في الدقة.

ومع ذلك، مع وجود حلول هندسية جيدة: يسهل التحكم في المغناطيسية المتبقية، مما قد يكون مفيدًا في تصميم الملفات اللولبية عالية الجودة.

الفصل 11: المغناطيسية المتبقية - سؤال شائع

1. ما هي المغناطيسية المتبقية؟

المغناطيسية المتبقية هي التدفق المغناطيسي المتبقي في المادة المغناطيسية الكثيفة بعد إزالة مجال التمغنط.

2. لماذا توجد المغناطيسية المتبقية؟

توجد هذه الظاهرة لأن المجالات المغناطيسية في المواد المغناطيسية الحديدية لا تتحول بالكامل إلى حالة عشوائية بعد التمغنط. فبعض المجالات تبقى في مكانها.

3. ما هي المواد التي تمتلك مغناطيسية متبقية كبيرة؟

المواد المغناطيسية الصلبة (المغناطيس الدائم): تتميز مغناطيسات الألنيكو والفريت والنيوديميوم بمغناطيسية متبقية عالية. أما المواد المغناطيسية اللينة (مثل الفولاذ السيليكوني) فتتميز بمغناطيسية متبقية منخفضة للغاية.

4. ما هي وحدة قياس المغناطيسية المتبقية؟

عادة ما يتم قياس المغناطيسية المتبقية على أنها كثافة التدفق المتبقي (Br) بالتسلا (T) أو الغاوس (G).

5. هل المغناطيسية المتبقية جيدة أم سيئة؟

– حالات الاستخدام الإيجابية: صنع المغناطيس الدائم، ومكبرات الصوت، والمولدات، والمحركات.

– السلبيات: يسبب التداخل المغناطيسي، أو التصاق الأجزاء، أو خلل في أجهزة القياس.

6. كيف يمكن إزالة المغناطيسية المتبقية؟

تزيل عملية إزالة المغناطيسية المغناطيسية المتبقية باستخدام مجال مغناطيسي متناوب ذي قوة متناقصة.

7. كيف يؤثر المغناطيسية المتبقية على المولدات؟

تستخدم المولدات ذاتية الإثارة كمية ضئيلة من المغناطيسية المتبقية في أقطاب المجال لتوليد الجهد. وبدون هذه المغناطيسية المتبقية، لن يتمكن المولد من إنتاج الجهد.

8. الفرق بين المغناطيسية المتبقية والاحتفاظية.

المغناطيسية المتبقية هي المغناطيسية الفعلية، بينما الاحتفاظية هي خصائص جوهرية للمادة تحدد المغناطيسية.