Kapitel 1: Introduktion til restmagnetisme
Et af de mest betydningsfulde aspekter, der påvirker solenoidens og elektromagnetens funktion og effektivitet, er den resterende magnetismeeffekt. Solenoiden skal reagere korrekt og hurtigt, når der ikke længere tilføres elektricitet i de fleste industrielle miljøer. Ikke desto mindre er der en vis magnetisme, der forbliver i ankeret eller solenoidkernen på grund af de ferromagnetiske materialers fysiske egenskaber efter at enheden er blevet afbrudt.
En for stor mængde solenoidremanens i solenoider forårsager adskillige tekniske problemer, såsom træg stempelgang, langsommere reaktionstid, ventilfejl, slid og ineffektiv koblingsdrift. Ovennævnte effekter er særligt betydningsfulde for driften af præcisionsværktøjer såsom doseringspumper, medicinsk udstyr, magnetventiler og automatiseringssystemer.
For dem, der udvikler højeffektive solenoidprodukter, er det afgørende at kende årsagerne til restmagnetisme og måder at begrænse den på.
Kapitel 2: Hvad er restmagnetisme?
Restmagnetisme refererer til den resterende magnetisme, der forbliver inde i materialet efter fjernelse af et eksternt magnetfelt eller en elektrisk strøm.
Når solenoidspolen modtager elektrisk strøm, flyder strømmen gennem ledningen, der er viklet i spolen, og genererer et magnetfelt. Dette magnetfelt magnetiserer jernkernen og ankeret i solenoiden. I teorien vil magnetfeltet forsvinde helt, når strømmen slukkes. Men i den faktiske proces er der stadig nogle områder, der ikke magnetiseres, hvilket genererer et magnetfelt.
Denne form for restmagnetisk kraft kaldes restmagnetisme.
BrB_rBr
hvor BrB_rBr er den resterende magnetiske fluxtæthed.
Solenoidremanens er en naturlig egenskab ved ferromagnetiske materialer som jern og stål.
Kapitel 3: Hvordan opstår restmagnetisme?
Hvorfor forbliver de magnetiske domæner efter magnetisering?
Inde i et magnetisk materiale er der masser af mikroskopiske magnetiske områder, der kaldes magnetiske domæner. Under normale omstændigheder er de magnetiske domæner i et materiale tilfældigt arrangeret.
Efter at den elektriske strøm er passeret:
Magnetfeltet får domænerne til at blive justeret
Det magnetiske materiale bliver stærkt magnetiseret
Magnetisk kraft trækker ankeret eller stemplet
Men efter at strømmen er afbrudt:
de fleste magnetiske domæner vil vende tilbage til deres oprindelige tilstand;
nogle magnetiske domæner bliver stadig justeret;
der findes et resterende magnetfelt inde i materialet;
Sådan opstår restmagnetisme.
Kapitel 4: Hovedårsager til restmagnetisme
4.1 Magnetisk mætning
Høj magnetisk mætning resulterer i flere justerede domæner tilbage efter afbrydelse af strømmen.
4.2 Hårde magnetiske materialer
Magnetisk hårdt materiale bevarer magnetisme i lang tid.
4.3 Fravær af luftspalte
Manglende mellemrum mellem kerne og anker fører til høj restmagnetisme.
4.4 Kontinuerlig jævnstrømsforsyning
Kontinuerlig strømforsyning øger den resterende magnetiske kraft betydeligt.
4.5 Dårligt magnetisk kredsløbsdesign
Fejlbehæftet magnetisk kredsløbsdesign øger muligheden for at fange restmagnetisme.
Kapitel 5: Konsekvenser af solenoid har høj remanens
For meget restmagnetisme kan forårsage mange problemer i solenoidens drift.
5.1 Fastsiddende stempel
Hovedproblemet er, at stemplet sidder fast efter strømafbrydelse. I dette tilfælde vender stemplet ikke tilbage til sin oprindelige position.
Resultat:
Forsinket frigivelse;
Ustabil bevægelse;
Ufuldstændig omskiftningshandling.
5.2 Lav omskiftningshastighed
Restmagnetisk kraft modvirker returfjederkraften. Derfor,
Skiftehastigheden bliver lavere.
5.3 Ventilfejl
Især i forbindelse med magnetventiler eller doseringspumper,
Væskelækager;
Flowhastighedskontrollen bliver forkert.
5.4 Mere slid og ælde
Med restmagnetisme,
Der genereres mere friktion;
Kerneoverfladen slides let;
Mere støj;
Slid på dele.
5.5 Højere energiforbrug
Systemer, der bruger stærk fjeder- eller høj drivstrøm, er nødvendige for at overvinde restmagnetismen.
Kapitel 6: Forskellen mellem fjederretur og ikke-fjedersolenoid på solenoidremanens
6.1: Solenoidens struktur påvirker solenoidens remanens.
Fjederretur-solenoid
Fjederreturmekanismen bruges til at skubbe stemplet tilbage efter at strømmen er afbrudt.
Fordel:
Den mekaniske fjeder modvirker den resterende magnetiske kraft.
Ulempe:
Lang udløsningstid;
Højt strømforbrug.
Sammenlignet med en fjederretursolenoid er en solenoid uden fjederstruktur i de fleste tilfælde tilbøjelig til at sætte sig fast på grund af restmagnetisme.
6.2 Ikke-fjederreturmagnetventil
Uden at bruge en mekanisk fjeder bruger den andre kræfter såsom tyngdekraft eller belastningskraft til at opnå udløsningsformålet.
Fordel:
Lavt energiforbrug
Enkel struktur;
Stille arbejde.
Ulempe:
Restmagnetismens effekt er meget større;
Let at sidde fast efter strømmen er slukket.
Derfor foretrækkes en fjederreturn-solenoid i de fleste industrielle anvendelser på grund af mindre problem med restmagnetisme.
Kapitel 7: Faktorer der påvirker solenoidens remanens
Materiale
Valg af passende materiale spiller en nøglerolle ved design af solenoider.
Bløde magnetiske materialer
Den har følgende egenskaber:
Lav magnetisk koercitiv kraft;
Hurtig afmagnetisering;
Populære materialer inkluderer:
7.2: jern
siliciumstål;
blødt rustfrit stål;
De bløde magnetiske materialer er yderst anvendelige i applikationer, der kræver hurtig og præcis kobling og styring.
Hårde magnetiske materialer
Hårde magnetiske materialer opretholder magnetisme vedvarende.
Egenskaber ved hårde magnetiske materialer:
høj magnetisk koercitiv kraft;
stærk restmagnetisme;
Typiske hårde magnetiske materialer:
stål med højt kulstofindhold;
permanent magnetisk legering;
Generelt anbefales hårdt magnetisk materiale ikke til applikationer med hurtig frigivelse.
7.3 Strukturens indflydelse
Solenoidstrukturen har stor indflydelse på magnetisk fastholdelse.
7.3.1. Luftspaltedesign
Mindre luftgab mellem kerne og anker mindsker magnetisk retention;
Fordel:
Reduktion af magnetismeeffekt;
Forkortelse af frigivelsestid;
For at opnå et mindre luftgab:
ved hjælp af en ikke-magnetisk skive;
ved hjælp af nålestoppere;
gravering af kerneoverfladen;
7.3.2. Design af kontaktflader
Mindre kontaktflade reducerer den magnetiske kraft;
Fordel:
Reducer restmagnetisme;
Øg udløsningshastigheden;
7.3.3. Design af magnetiske kredsløb
Et godt magnetisk kredsløb undgår koncentreret magnetisk flux;
Undgår magnetisk mætning;
Øger magnetisk effektivitet;
Dårligt magnetisk kredsløbsdesign resulterer i højere restmagnetisk flux.
7.3.4. Fjederreturdesign
Fjederkraften skal nøjagtigt matche restmagnetismen.
Hvis fjederen er for svag:
Restmagnetisme dominerer og får stemplet til at sidde fast;
Hvis fjederkraften er for stærk:
det reducerer trækkraften og øger energiforbruget;
Kapitel 8: Løsninger mod remanens af solenoider
Sådan minimerer du restmagnetisme under design
Der er et par måder at reducere den resterende magnetisme i solenoider.
8.1. Valg af egnede magnetiske materialer
Bløde magnetiske materialer med
høj magnetisk permeabilitet,
lav magnetisk koercivitet
anbefales. Blødt magnetisk jernmateriale anvendes almindeligvis.
8.2. Undgåelse af magnetisk mætning
Undgå at betjene solenoider i det magnetiske mætningsområde.
B=μHB=\mu HB=μH
Passende fluxdesign for at undgå domæneretention.
8.3. Tilføjelse af ikke-magnetiske afstandsstykker
Afstandsstykker af messing eller rustfrit stål skaber et lille luftgab i solenoidstrukturen.
Fordel:
reducere den resterende magnetiske kraft betydeligt;
8.4. Optimering af elektrisk strøm
For stor strøm fører til mætning og resterende magnetisk flux.
Passende strøm:
korrekt spændingsforsyning;
pulsstrømskontrol;
nøjagtig timing af elektrisk strøm;
8.5. Præcisionsoverfladefinish
Ru overflade forstærker magnetisk tiltrækning.
Brug præcisionsslibeteknik;
8.6. Afmagnetiseringsproces
I visse præcisionsapplikationer kan AC-demagnetiseringsprocessen udføres efter produktion.
Dette eliminerer effektivt resterende magnetisk justering.
Kapitel 9: Typer af forskellige solenoider og deres remanens af solenoider
Typer af solenoider oplever forskellig restmagnetisme.
9.1 DC-magnetventil
DC-typen er mere påvirket af restmagnetisme end AC-modstykket.
Hovedårsager:
DC-magnetfeltet forbliver altid i én retning;
Domæner holdes løbende på linje;
Høj risiko:
klæbende;
langsom frigivelseshastighed;
højere magnetisk retention.
9.2 AC-magnetventil
Fordi den magnetiske retning konstant ændrer sig i en vekselstrømscyklus,
lavere restmagnetisme;
hurtigere frigivelse;
AC-solenoiden har dog tendens til at lave støj.
9.3 Roterende solenoide
Strukturen kræver normalt et kompliceret magnetisk kredsløb.
effekter:
ufuldstændig rotation;
positioneringsfejl;
lang udløsningstid;
9.4 Låsende magnetventil
Den er bevidst designet til at bevare magnetisk fastholdelse;
fordel:
lavt strømforbrug under vedligeholdelse;
kun strøm under skift;
9.5 Rørformet solenoid
Rørformet design sikrer god magnetisk ydeevne og
ensartet fluxfordeling;
Korrekt design undgår problemer med restmagnetisme.
Kapitel 10: Vigtige faktorer for at undgå problemer med restmagnetisme under design
Under designprocessen er følgende aspekter vigtige overvejelser.
materialevalg:
blødt magnetisk materiale;
luftgab:
undgå fuld overfladekontakt uden at tage højde for luftspalten;
magnetisk mætning:
holde den magnetiske fluxtæthed inden for et passende område;
fjederkrafttilpasning:
undgå magnetisk mætning forårsaget af forkert fjederkraft;
overfladebehandling:
god overfladefinish;
termisk styring:
temperatur påvirker den magnetiske egenskab;
tolerancekontrol:
lille ændring i størrelse har stor indflydelse på magnetisk retention;
Kapitel 11: Konklusion
Solenoidremanens er et naturligt fysisk fænomen, der findes inde i elektromagneter eller solenoider. Men virkningerne kan kontrolleres gennem et fornuftigt design.
Hvis en magnetventil ikke behandles, vil den forårsage følgende problemer i solenoider:
klæbende;
lang udløsningstid;
ventilfejl;
øget slid og ælde;
reduceret ydeevne og stabilitet;
Hemmeligheden bag at minimere restmagnetisme er:
materialevalg;
design af magnetisk kredsløb;
luftspaltedesign;
fjederdesign;
undgå magnetisk mætning;
Kapitel 12: Ofte stillede spørgsmål om solenoidremanens
12.1 Hvad er solenoidremanens?
Solenoidremanens refererer til den svage magnetiske kraft, der er tilbage inde i solenoiden efter afbrydelse af strømforsyningen. Dette fænomen opstår på grund af visse magnetiske domæner, som ikke bliver helt ude af balance, når magnetfeltet slukkes.
12.2 Hvad forårsager, at stemplet sidder fast efter strømmen er slukket?
Hvis den resterende magnetiske kraft i solenoiden er for stor, sidder stemplet fast og kan ikke vende tilbage til sin oprindelige position, fordi den resterende kraft er større end tyngdekraften eller returfjederen.
Årsager til fastklemning af stemplet:
ingen luftspalte;
dårligt materialevalg;
svag returfjederkraft;
høj magnetisk mætning;
12.3 Hvilke typer solenoider påvirkes mest af restmagnetisme?
DC-solenoiden er mere påvirket på grund af konstant magnetisering af magnetiske domæner under hele operationen.
De applikationer, der ofte lider af problemer med restmagnetisme, er:
magnetventiler;
doseringspumper;
dørlås;
roterende solenoider;
præcisionsapparater.
12.4 Hvordan kan ingeniører reducere restmagnetisme under design?
Følgende teknikker kan anvendes til at reducere restmagnetisme i solenoider:
valg af blødt magnetisk materiale;
tilføjelse af luftgab;
montering af ikke-magnetisk afstandsstykke;
opretholdelse af ingen mætning af magnetisk kraft;
justering af fjederkraft;
12.5 Hvilke materialer har lav retention?
Bløde magnetiske materialer, herunder
rent jern;
siliciumstål;
blødt rustfrit stål.
Det anbefales at undgå hårdt magnetisk materiale i anvendelsen.
12.6 Kan returfjederen afhjælpe problemet med restmagnetisme?
En mekanisk fjeder hjælper stemplet med at adskille sig fra kernen efter strømmen er slukket.
Derfor har en solenoid, der bruger fjederreturmekanisme, bedre ydeevne ved hurtig omskiftning.
12.7 Hvorfor spiller luftgab en vigtig rolle i solenoiddesign?
Luftgab i solenoiddesign sikrer afstanden mellem kerne og anker og undgår dermed fuldstændig magnetisk overfladekontakt, hvilket reducerer restmagnetisme.
Fordele ved luftspaltedesign:
øge frigivelseshastigheden;
reducere resterende magnetisk kraft;
sikre ensartet frigivelse;
12.8 Kan restmagnetisme beskadige solenoider?
Resterende magnetisme alene kan ikke skade enheden, men driftsproblemer skabt af resterende magnetisme fører i sidste ende til slitage.
12.9 Hvad er forskellen mellem restmagnetisme og permanent magnetisme?
Forskellen mellem permanent og restmagnetisme:
den permanente refererer til bevidst fremstillet magnetisme, som opretholder den magnetiske kraft vedvarende;
mens resterende betyder utilsigtet magnetisering af magnetisk modtageligt materiale.
12.10 Hvordan tester man restmagnetisme i solenoider?
Testkriterier omfatter:
tid til at slippe stemplet efter strømmen er slukket;
holdekraft;
udledningsafstand;
magnetisk fluxtæthed;
livscykluspræstationer.
