Pengantar Elektromagnet Pengurangan kebisingan
Elektromagnet banyak digunakan dalam otomatisasi, katup solenoid, sistem penguncian, peralatan medis, sistem otomotif, dan perangkat presisi. Elektromagnet mampu menghasilkan gaya elektromagnetik yang kuat dan respons yang cepat. Namun, masalah kebisingan operasional dapat menjadi kendala dalam banyak kasus.
Kebisingan yang dihasilkan oleh elektromagnet terdiri dari suara dengung, klik, getaran, dan benturan, dan dapat memengaruhi kualitas produk, kenyamanan pengguna, dan keandalan sistem secara keseluruhan. Mengurangi tingkat kebisingan merupakan tujuan desain penting untuk perangkat medis, peralatan kantor, kunci pintar, dan instrumen presisi.
Pengurangan kebisingan elektromagnetik memerlukan solusi rekayasa lengkap yang mencakup optimasi desain mekanis, kontrol listrik, dan penerapan material canggih. Buku panduan ini membahas penyebab utama kebisingan elektromagnetik dan teknik rekayasa untuk menurunkan tingkat kebisingan.
Bab 1: Dari mana asal bunyi kunci dan elektromagnetik?
Sebelum mulai menerapkan teknologi untuk mengurangi kebisingan elektromagnet, insinyur perlu mengetahui apa yang menyebabkan timbulnya kebisingan pada elektromagnet.
1.1 Getaran magnet dan pergerakan inti
Getaran magnetik adalah salah satu sumber kebisingan elektromagnetik yang paling sering terjadi. Ketika arus mengalir melalui kumparan, medan magnet yang dihasilkan menarik inti besi atau pendorong. Getaran dan suara berdengung dapat terjadi karena pergerakan kecil antara komponen magnetik.
Sumber-sumber peningkatan getaran adalah:
celah magnetik tidak beraturan;
komponen lepas;
Penyelarasan pendorong/inti yang buruk;
fluktuasi gaya magnet;
getaran frekuensi daya;
Desain rangkaian magnetik yang tepat sangat membantu mengurangi getaran dan menurunkan tingkat kebisingan.
1.2 Kebisingan akibat benturan mekanis
Banyak elektromagnet dan solenoida menghasilkan suara ketika pendorong mencapai posisi akhir. Benturan logam dengan logam menghasilkan suara klik.
Penyebabnya mungkin termasuk:
gerakan pendorong yang cepat;
tidak ada mekanisme peredam;
benturan logam-ke-logam;
panjang langkah yang berlebihan;
desain pegas yang buruk;
Dalam aplikasi yang membutuhkan pengoperasian tanpa suara, benturan mekanis merupakan salah satu masalah terpenting dalam pengurangan kebisingan elektromagnetik.
1.3 Kumparan dan kebisingan listrik
Desain kelistrikan memengaruhi kebisingan elektromagnetik. Getaran sering disebabkan oleh ketidakstabilan pasokan daya atau metode penggerak yang tidak tepat.
Sumber umum kebisingan listrik adalah:
perubahan medan magnet AC;
resonansi frekuensi PWM (???)
riak arus besar;
pemilihan tegangan yang salah;
Kumparan memanas;
Sistem penggerak listrik dapat disesuaikan untuk mengurangi getaran dan kebisingan.
Bab 2: Pengurangan Teknik Desain Struktural untuk
Pengurangan Kebisingan Elektromagnetik
Desain mekanis sangat memengaruhi pengendalian kebisingan pada elektromagnet.
2.1 Optimalisasi celah magnetik
Ukuran celah antara komponen magnetik sangat penting untuk gaya dan getaran.
Celah yang dirancang secara tidak tepat dapat menyebabkan:
Ketidakstabilan medan magnet;
lebih banyak guncangan;
kebisingan pengoperasian;
efisiensi lebih rendah;
Parameter-parameter berikut perlu dioptimalkan:
ukuran celah;
posisi pendorong;
akurasi permukaan poros;
geometri rangkaian magnetik;
Struktur magnetik yang tepat menjamin pergerakan yang lebih halus dan kinerja pengurangan kebisingan elektromagnetik.
2.2 Meningkatkan akurasi pendorong dan inti
Semakin tinggi presisi proses manufaktur, semakin tinggi pula tingkat kebisingannya.
Inovasi utama meliputi:
pemesinan presisi;
kontrol konsentrisitas;
pengurangan kekasaran permukaan;
meningkatkan jarak geser;
Pergerakan pendorong yang tidak merata di dalam tabung menyebabkan getaran dan gesekan tambahan.
Pengerjaan mesin yang presisi pada tabung bagian dalam dan pendorong sangat penting untuk pengurangan kebisingan pada elektromagnet dan solenoida berbentuk tabung.
2.3 Penambahan material peredam dan bantalan
Solusi peredaman membantu mengurangi dampak mekanis.
Pendekatan:
bemper karet;
cincin peredam silikon;
peredam kejut, bahan polimer;
rangka pendaratan lunak;
Bahan-bahan ini menyerap energi benturan ketika pendorong mencapai posisi akhir.
Untuk aplikasi dengan jumlah siklus yang tinggi, material peredam harus cukup tahan lama, karena harus mampu menahan benturan berulang.
2.4 Optimalisasi desain pegas
Pegas pengembalian memengaruhi gaya benturan dan kecepatan gerakan.
Pegas yang dirancang secara tidak benar dapat menyebabkan:
getaran;
dampak hiper;
waktu respons yang lambat;
kebisingan;
Parameter yang perlu dioptimalkan:
gaya pegas;
diameter kawat;
panjang kompresi;
pemilihan material;
Desain pegas mempertimbangkan kinerja dan pengurangan kebisingan elektromagnetik.
Bab 3: Teknik Desain Kelistrikan untuk Pengurangan Kebisingan Elektromagnetik
Desain kelistrikan adalah faktor penting lainnya yang memengaruhi pengurangan kebisingan pada elektromagnet.
3.1 Gunakan daya searah daripada daya bolak-balik jika memungkinkan
Getaran tersebut dihasilkan secara alami karena fluktuasi medan magnet pada frekuensi elektromagnet AC.
Keunggulan elektromagnet DC adalah:
getaran lebih sedikit;
gaya magnet yang stabil;
mengurangi kebisingan;
presisi kontrol yang lebih tinggi;
Elektromagnet DC biasanya lebih disukai dalam aplikasi yang membutuhkan pengoperasian tanpa suara.
3.2 Meningkatkan arus penggerak
Selain itu, gaya magnet dan kecepatan gerak bergantung pada arus penggerak.
Arus berlebih akan menyebabkan:
efek magnetik yang kuat;
kenaikan suhu;
peningkatan getaran;
masa hidup lebih pendek;
Insinyur listrik dapat meningkatkan kinerja dengan cara:
menggunakan sirkuit kontrol yang sudah ada;
Penggunaan kontrol PWM;
Pengurangan arus penggerak setelah aktivasi;
Teknik pengendalian arus dua tahap biasanya digunakan:
Arus tinggi untuk aktivasi cepat;
Pengurangan saat ini untuk mempertahankan posisi;
Teknik ini menurunkan konsumsi energi dan meningkatkan pengurangan kebisingan elektromagnetik.
3.3 Pemilihan frekuensi PWM yang tepat
Saat ini, kontrol PWM banyak digunakan dalam aplikasi elektromagnetik.
Namun, pemilihan frekuensi PWM yang salah dapat mengakibatkan timbulnya noise.
Solusi:
hindari frekuensi PWM dalam rentang pendengaran manusia;
pemilihan frekuensi sesuai dengan karakteristik kumparan;
pengujian getaran pada berbagai beban;
Hal ini akan memungkinkan pengurangan kebisingan sekaligus mempertahankan respons yang cepat dengan desain driver PWM yang tepat.
Bab 4: Pemilihan material akan sangat berpengaruh terhadap getaran, gesekan, dan daya tahan.
4.1 Material Inti Magnetik
Material magnetik berkualitas tinggi untuk meningkatkan efisiensi magnetik dan mengurangi getaran.
Bahan-bahan umum adalah:
besi lunak (baja ringan);
baja karbon rendah;
baja listrik;
paduan magnet khusus;
Material magnetik berkualitas tinggi memiliki sifat-sifat sebagai berikut:
peningkatan permeabilitas;
pengurangan kehilangan magnetik;
pengoperasian yang lancar;
getaran lebih sedikit
4.2 Perlakuan pada permukaan pendorong
Piston biasanya bergerak di dalam wadah elektromagnet. Perlakuan permukaan untuk pergerakan yang halus dan pengurangan gesekan.
Perawatan umum meliputi:
pelapisan nikel;
pelapisan seng-nikel;
pelapisan krom (keras);
lapisan gesekan rendah;
Keuntungan:
pengurangan kebisingan gesekan;
ketahanan korosi yang lebih baik;
umur yang lebih panjang;
pergerakan yang lebih halus;
4.3 Bahan isolasi untuk kumparan
Kumparan menjadi panas saat beroperasi. Jika manajemen termal tidak memadai, kumparan akan memuai dan bergetar.
Bahan isolasi berkualitas tinggi memberikan:
peningkatan stabilitas termal;
deformasi lebih sedikit.
Keandalan yang ditingkatkan;
Bahan-bahan umum adalah:
Isolasi: Kelas B;
Kelas F terisolasi.
resin suhu tinggi;
Bab 5: Solusi Peredam Kebisingan Elektromagnetik Tingkat Lanjut
Teknik rekayasa lainnya dapat meningkatkan kinerja dalam aplikasi yang menuntut.
5.1 Optimasi Sirkuit Magnetik
Perangkat lunak simulasi digunakan untuk mengoptimalkan:
distribusi fluks magnetik;
diagram gaya;
saturasi magnetik;
kinerja celah udara;
Kurva gaya dengan lebih sedikit perubahan mendadak akan mengurangi getaran.
5.2 Teknologi enkapsulasi
Getaran dikurangi dengan enkapsulasi kumparan, yang menahan komponen internal.
Keuntungan:
pergerakan kumparan yang lebih sedikit;
Peningkatan perlindungan kedap air;
peningkatan stabilitas mekanis;
kebisingan pengoperasian yang lebih rendah;
Enkapsulasi banyak digunakan dalam perangkat medis dan aplikasi luar ruangan.
5.3 Desain solenoida rendah kebisingan
Untuk aplikasi yang membutuhkan pengoperasian yang sangat senyap, desain solenoida rendah kebisingan khusus akan memberikan:
pendorong presisi, terpandu;
teknik pengembalian diam-diam;
mekanisme peredaman.
sirkuit magnetik yang dioptimalkan;
Teknik-teknik ini akan sangat berguna dalam aplikasi-aplikasi berikut:
kunci pintar;
peralatan medis;
otomatisasi peralatan kantor;
perangkat laboratorium;
Bab 6: Prosedur Pengujian Peredam Kebisingan Elektromagnetik
Semua peningkatan dalam pengurangan kebisingan elektromagnetik harus diuji dengan prosedur yang tepat.
Pengukuran Pengujian Akustik
Tingkat tekanan suara (dB);
frekuensi operasi;
spektrum kebisingan;
Pengujian Getaran
Menghitung:
getaran mekanis;
frekuensi resonansi;
stabilitas struktural;
Pengujian Siklus Hidup
Memeriksa:
variasi kebisingan setelah beberapa operasi;
tahan aus;
sebagian umur panjang;
Prosedur pengujian lengkap menjamin pengurangan kebisingan elektromagnetik yang efisien.
Bab 7: Kesalahan Umum yang Menyebabkan Kebisingan Elektromagnetik
Jangan melakukan kesalahan desain berikut:
7.1 Gaya magnet yang kuat
Semakin besar gaya, semakin besar pula dampak dan getarannya.
7.2 Pemilihan langkah yang salah
Langkah yang lebih panjang meningkatkan jarak pergerakan dan energi benturan.
7.3 Toleransi manufaktur
Pergerakan yang tidak stabil disebabkan oleh celah yang longgar.
7.4 Pemilihan tegangan yang salah
Tegangan berlebih akan meningkatkan gaya, panas, dan kebisingan.
7.5 Kurangnya peredaman mekanis
Tanpa peredam, suara benturan tak terhindarkan.
Bab 8: Tanya Jawab Seputar Pengurangan Kebisingan Elektromagnetik
8.1 Mengapa elektromagnet saya berdengung atau berdesis?
Suara berdengung elektromagnet ini disebabkan oleh getaran magnetik, arus yang tidak stabil, bagian mekanis yang longgar, atau fluktuasi frekuensi daya AC. Ketika medan magnet berubah dengan cepat, inti dan pendorong dapat bergetar dan menghasilkan suara. Untuk meningkatkan kinerja pengurangan kebisingan elektromagnet, desain rangkaian magnetik ditingkatkan, catu daya diubah menjadi DC, toleransi mekanis dioptimalkan, dan arus penggerak dikontrol.
8.2 Bagaimana cara mengurangi kebisingan pengoperasian elektromagnet?
Ada beberapa metode untuk mendapatkan elektromagnet. Pengurangan Kebisingan:
Optimalisasi celah udara antara bagian-bagian magnetik;
penambahan bahan peredam atau bantalan karet;
Peningkatan akurasi pemesinan pendorong dan inti;
pengurangan kecepatan benturan pada posisi akhir;
Kontrol arus PWM;
pemilihan material magnetik;
Hasil terbaik biasanya dicapai melalui kombinasi perbaikan mekanis, elektrik, dan material.
8.3 Apakah penggunaan daya DC akan mengurangi kebisingan elektromagnetik?
Ya. Elektromagnet DC biasanya lebih senyap daripada elektromagnet AC karena gaya magnetnya lebih stabil. Elektromagnet AC mengalami fluktuasi medan magnet pada frekuensi daya yang menyebabkan getaran dan suara dengung. Dalam aplikasi yang membutuhkan pengoperasian senyap, elektromagnet DC dengan sirkuit kontrol yang dioptimalkan lebih sering digunakan.
8.4 Dapatkah kebisingan dikurangi dengan mengubah material elektromagnet?
Ya. Kebisingan & Getaran—Pemilihan material merupakan aspek penting. Penggunaan material magnetik berkualitas tinggi dengan permeabilitas yang lebih baik akan mengurangi kehilangan magnetik dan meningkatkan stabilitas. Lapisan permukaan khusus dengan gesekan rendah untuk pendorong—pelapisan nikel—akan membantu mengurangi kebisingan gesekan.
8.5 Mengapa solenoida saya berbunyi klik keras saat dinyalakan?
Jika pendorong mengenai penahan ujung terlalu keras, akan muncul bunyi klik. Penyebabnya adalah:
panjang langkah yang berlebihan;
Kecepatan aktivasi pendorong yang cepat;
tidak adanya struktur bantalan;
gaya pegas yang tidak sesuai;
keselarasan mekanis yang buruk;
Penambahan peredam getaran, penyempurnaan desain pegas, dan optimasi langkah akan sangat meningkatkan pengurangan kebisingan elektromagnetik.
8.6 Dapatkah kontrol PWM mengurangi kebisingan elektromagnetik?
Ya, kontrol PWM akan mengurangi kebisingan elektromagnetik dengan mengontrol arus kumparan secara tepat. Umumnya, solenoida diaktifkan dengan arus tinggi, kemudian arus dikurangi setelah pendorong mencapai posisi yang diinginkan.
8.7 Apakah presisi manufaktur akan memengaruhi kebisingan elektromagnetik?
Semakin presisi proses manufaktur, semakin besar getaran dan kebisingan. Pergerakan dapat menjadi tidak merata jika pendorong, inti, atau wadah tidak sejajar atau memiliki celah yang berlebihan. Pra-inti, pemesinan, toleransi yang ketat, dan penyelesaian permukaan akan meningkatkan pergerakan dan mengurangi kebisingan elektromagnetik.
8.8 Faktor apa saja yang harus dipertimbangkan dalam desain elektromagnet rendah kebisingan?
Dalam perancangan elektromagnet rendah kebisingan, hal-hal berikut perlu dipertimbangkan:
optimasi sirkuit magnetik;
pemilihan celah udara yang tepat;
akurasi panduan pendorong;
keseimbangan gaya pegas;
pemilihan material peredam;
metode penggerak kumparan;
kestabilan tegangan;
pengaturan suhu;
Mempertimbangkan faktor-faktor ini pada tahap desain akan memastikan pengurangan kebisingan, peningkatan umur pakai, dan keandalan perangkat industri dan konsumen.
Bab 9: Kesimpulan
Untuk mengurangi kebisingan elektromagnetik secara efektif , diperlukan pendekatan rekayasa terpadu, termasuk desain mekanik, kontrol listrik, dan material.
Teknik terbaik meliputi optimasi celah udara, peningkatan akurasi pemesinan, pengendalian arus, pemilihan material, dan penambahan peredam.
Bagi para insinyur yang merancang elektromagnet, solenoida, dan aktuator, pengurangan kebisingan bukan hanya masalah kenyamanan pengguna tetapi juga masalah keandalan dan efisiensi produk.
Teknik pengurangan kebisingan elektromagnetik yang telah terbukti ini memberikan kesempatan untuk merancang perangkat elektromagnetik modern dengan keluaran daya yang kuat dan pengoperasian yang tenang.
