Rozdział 1: Wprowadzenie do magnetyzmu szczątkowego
Jednym z najważniejszych aspektów wpływających na funkcjonowanie i wydajność elektromagnesu i elektromagnesu jest efekt magnetyzmu szczątkowego. W większości środowisk przemysłowych elektromagnes musi reagować prawidłowo i szybko po odcięciu dopływu prądu. Niemniej jednak, po odłączeniu zasilania, w wirniku lub rdzeniu elektromagnesu pozostaje pewna ilość magnetyzmu, co wynika z właściwości fizycznych materiałów ferromagnetycznych.
Nadmierna remanencja elektromagnesów w elektromagnesach powoduje liczne problemy techniczne, takie jak powolny ruch tłoka, wolniejszy czas reakcji, awaria zaworu, zużycie i nieefektywne działanie przełączające. Powyższe skutki są szczególnie istotne w przypadku działania precyzyjnych narzędzi, takich jak pompy dozujące, sprzęt medyczny, elektrozawory i systemy automatyki.
Dla osób zajmujących się opracowywaniem wysokowydajnych produktów elektromagnesowych kluczowa jest znajomość przyczyn powstawania magnetyzmu szczątkowego i sposobów jego ograniczania.
Rozdział 2 : Co to jest magnetyzm szczątkowy?
Magnetyzm szczątkowy odnosi się do magnetyzmu szczątkowego, który pozostaje wewnątrz materiału po usunięciu zewnętrznego pola magnetycznego lub prądu elektrycznego.
Gdy cewka elektromagnesu otrzymuje zasilanie elektryczne, prąd przepływa przez drut nawinięty w cewce i generuje pole magnetyczne. To pole magnetyczne magnesuje żelazny rdzeń i twornik w elektromagnesie. Teoretycznie, po wyłączeniu zasilania pole magnetyczne całkowicie zanikłoby. Jednak w rzeczywistości niektóre domeny pozostają namagnesowane i generują pole magnetyczne.
Ten rodzaj szczątkowej siły magnetycznej nazywany jest magnetyzmem szczątkowym.
BrB_rBr
gdzie BrB_rBr jest resztkową gęstością strumienia magnetycznego.
Remanencja solenoidu jest naturalną właściwością materiałów ferromagnetycznych, takich jak żelazo i stal.
Rozdział 3: Jak powstaje magnetyzm szczątkowy?
Dlaczego domeny magnetyczne pozostają po namagnesowaniu?
Wewnątrz materiału magnetycznego znajduje się wiele mikroskopijnych obszarów magnetycznych zwanych domenami magnetycznymi. W normalnych warunkach domeny magnetyczne wewnątrz materiału są rozmieszczone losowo.
Po przepuszczeniu prądu elektrycznego:
pole magnetyczne powoduje, że domeny się wyrównują
Materiał magnetyczny staje się silnie namagnesowany
Siła magnetyczna przyciąga wirnik lub tłok
Jednak po odłączeniu zasilania:
większość domen magnetycznych powróci do swojego pierwotnego stanu;
niektóre domeny magnetyczne nadal się ustawiają;
wewnątrz materiału występuje szczątkowe pole magnetyczne;
W ten sposób powstaje magnetyzm szczątkowy.
Rozdział 4: Główne przyczyny magnetyzmu szczątkowego
4.1 Nasycenie magnetyczne
Wysokie nasycenie magnetyczne powoduje, że po odłączeniu zasilania pozostaje więcej wyrównanych domen.
4.2 Materiały magnetyczne twarde
Materiały magnetyczne zachowują swoje właściwości przez długi czas.
4.3 Brak szczeliny powietrznej
Brak odstępu między rdzeniem i wirnikiem powoduje wysoki poziom magnetyzmu szczątkowego.
4.4 Ciągłe zasilanie prądem stałym
Ciągłe zasilanie znacznie zwiększa resztkową siłę magnetyczną.
4.5 Słaba konstrukcja obwodu magnetycznego
Błędna konstrukcja obwodu magnetycznego zwiększa ryzyko uwięzienia magnetyzmu szczątkowego.
Rozdział 5: Konsekwencje wysokiej remanencji elektromagnesu
Nadmierny magnetyzm szczątkowy może powodować wiele problemów w działaniu elektromagnesu.
5.1 Zacinający się tłok
Głównym problemem jest zacinanie się tłoka po odłączeniu zasilania. W takim przypadku tłok nie wraca do pierwotnej pozycji.
Wynik:
Opóźnione wydanie;
Niestabilny ruch;
Niekompletna akcja przełączania.
5.2 Niska prędkość przełączania
Pozostała siła magnetyczna przeciwdziała sile sprężyny powrotnej. Dlatego
Prędkość przełączania ulega zmniejszeniu.
5.3 Awaria zaworu
Szczególnie w zastosowaniach zaworów elektromagnetycznych lub pomp dozujących,
Wycieki płynów;
Kontrola natężenia przepływu jest nieprawidłowa.
5.4 Większe zużycie i rozdarcie
Z magnetyzmem szczątkowym,
Powstaje większe tarcie;
Powierzchnia rdzenia łatwo się zużywa;
Więcej hałasu;
Zużycie części.
5.5 Wyższe zużycie energii
Do pokonania magnetyzmu szczątkowego konieczne jest stosowanie układów wykorzystujących mocną sprężynę lub duży prąd sterujący.
Rozdział 6: Różnica między elektromagnesem sprężynowym a elektromagnesem bez sprężyny w odniesieniu do remanencji elektromagnesu
6.1 ：Rodzaj konstrukcji elektromagnesu ma wpływ na wpływ remanencji elektromagnesu.
Elektrozawór sprężynowy
Mechanizm sprężynowy służy do cofnięcia tłoka po odłączeniu zasilania.
Korzyść:
Sprężyna mechaniczna przeciwdziała resztkowej sile magnetycznej.
Niekorzyść:
Długi czas uwalniania;
Wysokie zużycie energii.
W porównaniu z elektromagnesem sprężynowym, elektromagnes bezsprężynowy jest w większości przypadków podatny na zacinanie się z powodu szczątkowego magnetyzmu.
6.2 Elektrozawór bez powrotu sprężynowego
Ponieważ nie jest stosowana sprężyna mechaniczna, wykorzystuje inne siły, takie jak grawitacja lub siła obciążenia, aby osiągnąć cel zwolnienia.
Korzyść:
Niskie zużycie energii;
Prosta struktura;
Cicha praca.
Niekorzyść:
Efekt resztkowego magnetyzmu jest znacznie większy;
Łatwo się zaciąć po wyłączeniu zasilania.
Dlatego w większości zastosowań przemysłowych preferowany jest elektromagnes sprężynowy ze względu na mniejsze ryzyko wystąpienia problemu z magnetyzmem szczątkowym.
Rozdział 7: Czynniki wpływające na remanencję elektromagnesu
f Materiał
Wybór odpowiedniego materiału odgrywa kluczową rolę przy projektowaniu elektromagnesu.
Miękkie materiały magnetyczne
Posiada następujące właściwości:
Niska siła koercji magnetycznej;
Szybkie rozmagnesowanie;
Popularne materiały obejmują:
7.2 : żelazo
stal krzemowa;
miękka stal nierdzewna;
Materiały magnetycznie miękkie doskonale nadają się do zastosowań wymagających szybkiego i precyzyjnego przełączania i sterowania.
Materiały magnetyczne twarde
Materiały magnetycznie twarde są trwale magnetyczne.
Właściwości twardych materiałów magnetycznych:
duża siła koercji magnetycznej;
silny magnetyzm szczątkowy;
Typowe materiały magnetycznie twarde:
stal wysokowęglowa;
stop magnetyczny trwały;
Zasadniczo nie zaleca się stosowania twardych materiałów magnetycznych w zastosowaniach wymagających szybkiego uwalniania.
7.3 Wpływ struktury
Struktura solenoidu ma duży wpływ na retencję magnetyczną.
7.3.1. Projekt szczeliny powietrznej
Mniejsza szczelina powietrzna między rdzeniem a wirnikiem zmniejsza retencję magnetyczną;
Korzyści:
Efekt redukcji magnetyzmu;
Skrócenie czasu wydania;
Aby uzyskać mniejszą szczelinę powietrzną:
stosując podkładkę niemagnetyczną;
za pomocą stoperów;
grawerowanie powierzchni rdzenia;
7.3.2. Projektowanie powierzchni styku
Mniejsza powierzchnia styku zmniejsza siłę magnetyczną;
Korzyść:
Zmniejszenie magnetyzmu szczątkowego;
Zwiększ prędkość uwalniania;
7.3.3 Projektowanie obwodów magnetycznych
Dobry obwód magnetyczny zapobiega koncentrowaniu się strumienia magnetycznego;
Unika nasycenia magnetycznego;
Zwiększa wydajność magnetyczną;
Niewłaściwa konstrukcja obwodu magnetycznego skutkuje większym szczątkowym strumieniem magnetycznym.
7.3.4. Konstrukcja sprężyny powrotnej
Siła sprężyny musi dokładnie odpowiadać magnetyzmowi szczątkowemu.
Jeżeli sprężyna jest za słaba:
dominuje magnetyzm szczątkowy i powoduje zablokowanie tłoka;
Jeżeli siła sprężyny jest zbyt duża:
zmniejsza siłę naciągu i zwiększa zużycie energii;
Rozdział 8: Rozwiązania przeciwko remanencji solenoidu
Jak zminimalizować magnetyzm szczątkowy podczas projektowania
Istnieje kilka sposobów na zmniejszenie magnetyzmu szczątkowego w elektromagnesach.
8.1. Wybór odpowiednich materiałów magnetycznych
Miękkie materiały magnetyczne z
wysoka przenikalność magnetyczna,
niska koercja magnetyczna
Zalecane. Najczęściej stosuje się żelazo magnetycznie miękkie.
8.2. Unikanie nasycenia magnetycznego
Unikać używania elektromagnesów w obszarze nasycenia magnetycznego.
B=μHB=\mu HB=μH
Odpowiednia konstrukcja strumienia w celu uniknięcia zatrzymania domeny.
8.3. Dodawanie przekładek niemagnetycznych
Przekładki mosiężne lub ze stali nierdzewnej tworzą niewielką szczelinę powietrzną w strukturze elektromagnesu.
Korzyści:
znacząco zmniejsza szczątkową siłę magnetyczną;
8.4. Optymalizacja prądu elektrycznego
Zbyt duży prąd prowadzi do nasycenia i szczątkowego strumienia magnetycznego.
Właściwy prąd:
właściwe napięcie zasilania;
kontrola prądu impulsowego;
dokładny pomiar prądu elektrycznego;
8.5. Precyzyjne wykończenie powierzchni
szorstka powierzchnia zwiększa przyciąganie magnetyczne.
Stosuj precyzyjną technikę szlifowania;
8.6. Proces rozmagnesowania
W niektórych zastosowaniach precyzyjnych proces rozmagnesowania prądem przemiennym może być przeprowadzony po produkcji.
Dzięki temu skutecznie wyeliminowano resztkowe wyrównanie magnetyczne.
Rozdział 9: Rodzaje różnych elektromagnesów i ich remanencja elektromagnesowa
Różne typy elektromagnesów charakteryzują się różnym magnetyzmem szczątkowym.
9.1 Elektrozawór DC
Prąd stały jest bardziej podatny na wpływ magnetyzmu szczątkowego niż prąd przemienny.
Główne powody:
Pole magnetyczne prądu stałego zawsze pozostaje w jednym kierunku;
Domeny są stale ze sobą powiązane;
Wysokie ryzyko:
klejący;
niska prędkość uwalniania;
wyższa retencja magnetyczna.
9.2 Elektrozawór prądu przemiennego
Ponieważ kierunek magnetyczny w cyklu prądu przemiennego ciągle się zmienia,
niższy magnetyzm szczątkowy;
szybsze uwalnianie;
Jednakże elektrozawór prądu przemiennego ma tendencję do generowania hałasu.
9.3 Elektromagnes obrotowy
Konstrukcja ta zazwyczaj wymaga skomplikowanego obwodu magnetycznego.
Efekty:
niepełny obrót;
błąd pozycjonowania;
długi czas uwalniania;
9.4 Elektromagnes blokujący
Został on celowo zaprojektowany tak, aby zachować magnetyczną retencję;
zasiłek:
niskie zużycie energii podczas konserwacji;
zasilanie tylko podczas przełączania;
9.5 Elektromagnes rurowy
Konstrukcja rurowa zapewnia dobrą wydajność magnetyczną i
równomierny rozkład strumienia;
Prawidłowe zaprojektowanie pozwala uniknąć problemu magnetyzmu szczątkowego.
Rozdział 10: Ważne czynniki pozwalające uniknąć problemu z magnetyzmem szczątkowym podczas projektowania
W procesie projektowania należy brać pod uwagę następujące kluczowe aspekty.
wybór materiału:
miękki materiał magnetyczny;
szczelina powietrzna:
unikać pełnego kontaktu powierzchni bez uwzględnienia szczeliny powietrznej;
nasycenie magnetyczne:
utrzymywać gęstość strumienia magnetycznego w odpowiednim zakresie;
dopasowanie siły sprężyny:
unikać nasycenia magnetycznego spowodowanego niewłaściwą siłą sprężyny;
obróbka powierzchni:
dobra jakość wykończenia powierzchni;
zarządzanie ciepłem:
temperatura wpływa na właściwości magnetyczne;
kontrola tolerancji:
niewielka zmiana rozmiaru ma duży wpływ na retencję magnetyczną;
Rozdział 11: Zakończenie
Remanencja elektromagnesu to naturalne zjawisko fizyczne występujące wewnątrz elektromagnesów i elektromagnesów. Efekty te można jednak kontrolować poprzez rozsądną konstrukcję.
Pozostałości elektromagnesu, jeśli nie zostaną poddane leczeniu, mogą powodować następujące problemy z elektromagnesami:
klejący;
długi czas uwalniania;
awaria zaworu;
zwiększone zużycie;
obniżona wydajność i stabilność;
Sekret minimalizacji magnetyzmu szczątkowego jest następujący:
wybór materiału;
projektowanie obwodów magnetycznych;
konstrukcja szczeliny powietrznej;
projekt wiosenny;
unikać nasycenia magnetycznego;
Rozdział 12: Często zadawane pytania dotyczące remanencji elektromagnesu
12.1 Czym jest remanencja solenoidowa?
Remanencja elektromagnesu odnosi się do słabej siły magnetycznej pozostającej wewnątrz elektromagnesu po odłączeniu zasilania. Zjawisko to występuje, ponieważ niektóre domeny magnetyczne nie rozregulowują się całkowicie po wyłączeniu pola magnetycznego.
12.2 Co jest przyczyną zacinania się tłoka po wyłączeniu zasilania?
Jeżeli szczątkowa siła magnetyczna w elektromagnesie jest zbyt duża, tłok zostaje zablokowany i nie może powrócić do pierwotnej pozycji, ponieważ szczątkowa siła jest większa niż siła grawitacji lub sprężyna powrotna.
Przyczyny zacinania się tłoka:
brak szczeliny powietrznej;
zły dobór materiałów;
słaba siła sprężyny powrotnej;
wysokie nasycenie magnetyczne;
12.3 Jakie typy elektromagnesów są bardziej podatne na oddziaływanie magnetyzmu szczątkowego?
Solenoid prądu stałego jest bardziej podatny na uderzenia ze względu na stałe namagnesowanie domen magnetycznych w trakcie całej operacji.
Do zastosowań, w których najczęściej występują problemy z magnetyzmem szczątkowym należą:
zawory elektromagnetyczne;
pompy dozujące;
zamek do drzwi;
elektromagnesy obrotowe;
urządzenia precyzyjne.
12.4 W jaki sposób inżynierowie mogą ograniczyć magnetyzm szczątkowy w trakcie projektowania?
Aby zmniejszyć magnetyzm szczątkowy w elektromagnesach, można zastosować następujące techniki:
dobór materiałów magnetycznie miękkich;
dodanie szczeliny powietrznej;
montaż przekładki niemagnetycznej;
nie utrzymując nasycenia siły magnetycznej;
regulacja siły sprężyny;
12.5 Jakie materiały mają niską retencję?
Materiały magnetyczne miękkie, w tym
czyste żelazo;
stal krzemowa;
miękka stal nierdzewna.
Zaleca się unikanie stosowania materiałów magnetycznie twardych.
12.6 Czy sprężyna powrotna może złagodzić problem magnetyzmu szczątkowego?
Sprężyna mechaniczna pomaga oddzielić tłok od rdzenia po wyłączeniu zasilania.
Dlatego też elektromagnes wykorzystujący mechanizm sprężynowy charakteryzuje się lepszą wydajnością przy szybkim przełączaniu.
12.7 Dlaczego szczelina powietrzna odgrywa ważną rolę w konstrukcji elektromagnesu?
Szczelina powietrzna w konstrukcji elektromagnesu zapewnia przestrzeń między rdzeniem a wirnikiem, dzięki czemu unika się całkowitego kontaktu powierzchni magnetycznej, co redukuje szczątkowe namagnesowanie.
Zalety konstrukcji z szczeliną powietrzną:
zwiększyć prędkość uwalniania;
zmniejszyć resztkową siłę magnetyczną;
zapewnić spójność wydań;
12.8 Czy magnetyzm szczątkowy może uszkodzić elektromagnesy?
Sam magnetyzm szczątkowy nie jest w stanie uszkodzić urządzenia, jednak problemy eksploatacyjne wywołane przez magnetyzm szczątkowy prowadzą ostatecznie do zużycia urządzenia.
12.9 Jaka jest różnica między magnetyzmem szczątkowym a magnetyzmem trwałym?
Różnica między magnetyzmem trwałym i szczątkowym:
trwały odnosi się do celowo wytworzonego magnetyzmu, który trwale utrzymuje siłę magnetyczną;
podczas gdy szczątkowe oznacza niezamierzone namagnesowanie materiału podatnego magnetycznie.
12.10 Jak sprawdzić magnetyzm szczątkowy w elektromagnesach?
Kryteria testowania obejmują:
czas zwolnienia tłoka po wyłączeniu zasilania;
siła trzymająca;
odległość rozładowania;
gęstość strumienia magnetycznego;
wydajność cyklu życia.
