Capitolul 1: Introducere în magnetismul rezidual
Unul dintre cele mai semnificative aspecte care afectează funcționarea și eficiența solenoidului și a electromagnetului este efectul de magnetism rezidual. Solenoidul trebuie să răspundă corect și rapid atunci când electricitatea nu mai este aplicată în majoritatea mediilor industriale. Cu toate acestea, există o anumită cantitate de magnetism care rămâne în armătură sau în miezul solenoidului din cauza caracteristicilor fizice ale materialelor feromagnetice după deconectarea de la curent a dispozitivului.
Un exces de remanență a solenoidului în solenoizi cauzează numeroase probleme tehnice, cum ar fi o mișcare lentă a pistonului, un timp de răspuns mai lent, funcționarea defectuoasă a valvei, uzura și o operațiune de comutare ineficientă. Efectele menționate mai sus sunt deosebit de semnificative pentru funcționarea sculelor de precizie, cum ar fi pompele dozatoare, echipamentele medicale, electrovalvele și sistemele de automatizare.
Pentru cei care dezvoltă produse solenoidice de înaltă eficiență, este esențial să cunoască cauzele magnetismului rezidual și modalitățile de limitare a acestuia.
Capitolul 2: Ce este magnetismul rezidual?
Magnetismul rezidual se referă la magnetismul rezidual care rămâne în interiorul materialului după îndepărtarea câmpului magnetic extern sau a curentului electric.
Când bobina solenoidului primește energie electrică, curentul circulă prin firul înfășurat în bobină și generează un câmp magnetic. Acest câmp magnetic magnetizează miezul de fier și armătura solenoidului. În teorie, atunci când alimentarea este întreruptă, câmpul magnetic ar dispărea complet. Dar în procesul real, rămân unele domenii care trebuie magnetizate și generează câmp magnetic.
Acest tip de forță magnetică reziduală se numește magnetism rezidual.
BrB_rBr
unde BrB_rBr este densitatea fluxului magnetic rezidual.
Remanența solenoidului este o proprietate naturală a materialelor feromagnetice, cum ar fi fierul și oțelul.
Capitolul 3: Cum apare magnetismul rezidual?
De ce rămân domeniile magnetice după magnetizare?
În interiorul unui material magnetic, există numeroase regiuni magnetice microscopice denumite domenii magnetice. În situații normale, domeniile magnetice din interiorul unui material sunt aranjate aleatoriu.
După trecerea curentului electric:
Câmpul magnetic face ca domeniile să se alinieze
Materialul magnetic devine puternic magnetizat
Forța magnetică atrage armătura sau pistonul
Totuși, după deconectarea alimentării:
majoritatea domeniilor magnetice vor reveni la starea lor inițială;
unele domenii magnetice se aliniază în continuare;
există un câmp magnetic rezidual în interiorul materialului;
Așa se întâmplă magnetismul rezidual.
Capitolul 4: Principalele cauze ale magnetismului rezidual
4.1 Saturația magnetică
Saturația magnetică ridicată are ca rezultat rămânerea mai multor domenii aliniate după deconectarea alimentării.
4.2 Materiale magnetice dure
Materialul dur din punct de vedere magnetic își păstrează magnetismul pentru o lungă perioadă de timp.
4.3 Absența spațiului de aer
Lipsa spațiului dintre miez și armătură duce la un magnetism rezidual ridicat.
4.4 Alimentare continuă de curent continuu
Alimentarea continuă crește semnificativ forța magnetică reziduală.
4.5 Proiectare slabă a circuitului magnetic
Proiectarea defectuoasă a circuitului magnetic crește posibilitatea de a capta magnetismul rezidual.
Capitolul 5: Consecințele remanenței ridicate a solenoidului
Magnetismul rezidual excesiv ar putea cauza numeroase probleme în funcționarea solenoidului.
5.1 Pistonul lipit
Problema principală este blocarea pistonului după deconectarea alimentării. În acest caz, pistonul nu revine în poziția inițială.
Rezultat:
Eliberare întârziată;
Mișcare instabilă;
Acțiune de comutare incompletă.
5.2 Viteză redusă de comutare
Forța magnetică reziduală se opune forței arcului de revenire. Prin urmare,
Viteza de comutare scade.
5.3 Defecțiune a supapei
În special în aplicațiile cu electrovalve sau pompe dozatoare,
Scurgeri de lichide;
Controlul debitului devine incorect.
5.4 Mai multă uzură
Cu magnetism rezidual,
Se generează mai multă frecare;
Suprafața miezului se uzează ușor;
Mai mult zgomot;
Uzura pieselor.
5.5 Consum mai mare de energie
Sistemele care utilizează arcuri puternice sau curent de acționare ridicat sunt necesare pentru a depăși magnetismul rezidual.
Capitolul 6: Diferența dintre solenoidul cu revenire cu arc și cel fără arc pe durata de funcționare a solenoidului
6.1 ：Tipul structurii solenoidului afectează impactul remanenței solenoidului.
Solenoid cu arc de revenire
Mecanismul de revenire cu arc este utilizat pentru a împinge pistonul înapoi după întreruperea alimentării.
Avantaj:
Arcul mecanic contracarează forța magnetică reziduală.
Dezavantaj:
Timp lung de eliberare;
Consum mare de energie.
Comparativ cu solenoidul cu revenire cu arc, solenoidul fără structură cu arc este predispus la blocare din cauza magnetismului rezidual în majoritatea cazurilor.
6.2 Solenoid fără revenire cu arc
Fără a utiliza un arc mecanic, folosește alte forțe, cum ar fi gravitația sau forța de încărcare, pentru a atinge scopul eliberării.
Avantaj:
Consum redus de energie;
Structură simplă;
Lucru liniștit.
Dezavantaj:
Efectul magnetismului rezidual este mult mai mare;
Este ușor să te blochezi după oprirea alimentării.
Prin urmare, în majoritatea aplicațiilor industriale, solenoidul cu arc de revenire este preferat din cauza problemei de magnetism rezidual mai mic.
Capitolul 7: Factori care influențează remanența solenoidului
Materialul f
Alegerea materialului potrivit joacă un rol cheie în proiectarea solenoidului.
Materiale magnetice moi
Are următoarele proprietăți:
Forță coercitivă magnetică redusă;
Demagnetizare rapidă;
Materialele populare includ:
7.2 : fier
oțel siliconic;
oțel inoxidabil moale;
Materialele magnetice moi sunt foarte aplicabile în aplicații care necesită comutare și control rapid și precis.
Materiale magnetice dure
Materialele magnetice dure își mențin magnetismul în mod persistent.
Proprietățile materialelor magnetice dure:
forță coercitivă magnetică ridicată;
magnetism rezidual puternic;
Materiale magnetice dure tipice:
oțel cu conținut ridicat de carbon;
aliaj magnetic permanent;
În general, materialul magnetic dur nu este recomandat în aplicațiile cu eliberare rapidă.
7.3 Influența structurii
Structura solenoidului are o influență mare asupra retenției magnetice.
7.3.1. Proiectarea spațiului de aer
Un spațiu de aer mai mic dintre miez și armătură scade retenția magnetică;
Beneficiu:
Reducerea efectului de magnetism;
Scurtarea timpului de eliberare;
Pentru a obține un spațiu de aer mai mic:
folosind o șaibă nemagnetică;
folosind opritoare cu știft;
gravarea suprafeței miezului;
7.3.2. Proiectarea suprafeței de contact
Suprafața de contact mai mică reduce forța magnetică;
Avantaj:
Reduce magnetismul rezidual;
Crește viteza de eliberare;
7.3.3. Proiectarea circuitelor magnetice
Un circuit magnetic bun evită concentrarea fluxului magnetic;
Evită saturația magnetică;
Crește eficiența magnetică;
O proiectare deficitară a circuitului magnetic duce la un flux magnetic rezidual mai mare.
7.3.4. Proiectarea cu arc de revenire
Forța arcului trebuie să se potrivească cu precizie cu magnetismul rezidual.
Dacă arcul este prea slab:
magnetismul rezidual domină și face ca pistonul să se blocheze;
Dacă forța arcului este prea mare:
reduce forța de tracțiune și crește consumul de energie;
Capitolul 8: Soluții împotriva remanenței solenoidului
Cum să minimizezi magnetismul rezidual în timpul proiectării
Există câteva modalități de a reduce magnetismul rezidual în solenoizi.
8.1. Alegerea materialelor magnetice adecvate
Materiale magnetice moi cu
permeabilitate magnetică ridicată,
coercitivitate magnetică scăzută
Se recomandă utilizarea obișnuită a materialului din fier magnetic moale.
8.2. Evitarea saturației magnetice
Evitați operarea solenoizilor în regiunea de saturație magnetică.
B = μHB = μHB = μH
Proiectare adecvată a fluxului pentru a evita retenția domeniului.
8.3. Adăugarea de distanțieri nemagnetici
Distanțierele din alamă sau oțel inoxidabil creează un spațiu de aer minuscul în structura solenoidului.
Beneficiu:
reduce semnificativ forța magnetică reziduală;
8.4. Optimizarea curentului electric
Un curent prea mare duce la saturație și la flux magnetic rezidual.
Curent corespunzător:
alimentare cu tensiune adecvată;
controlul curentului pulsat;
sincronizare precisă a curentului electric;
8.5. Finisare precisă a suprafeței
Suprafața rugoasă sporește atracția magnetică.
Folosiți tehnica de șlefuire de precizie;
8.6. Procesul de demagnetizare
În anumite aplicații de precizie, procesul de demagnetizare AC poate fi efectuat după producție.
Acest lucru elimină eficient alinierea magnetică reziduală.
Capitolul 9: Tipuri de solenoizi diferiți și remanența lor
Tipurile de solenoizi prezintă un magnetism rezidual diferit.
9.1 Solenoid de curent continuu
Tipul de curent continuu este mai influențat de magnetismul rezidual decât omologul său de curent alternativ.
Principalele motive:
Câmpul magnetic de curent continuu rămâne întotdeauna într-o singură direcție;
Domeniile rămân în permanență aliniate;
Risc ridicat:
lipire;
viteză lentă de eliberare;
retenție magnetică mai mare.
9.2 Solenoid de curent alternativ
Deoarece direcția magnetică se schimbă în mod constant în ciclul de curent alternativ,
magnetism rezidual mai mic;
eliberare mai rapidă;
Cu toate acestea, solenoidul de curent alternativ tinde să facă zgomot.
9.3 Solenoid rotativ
Structura necesită de obicei un circuit magnetic complicat.
Efecte:
rotație incompletă;
eroare de poziționare;
timp lung de eliberare;
9.4 Solenoid cu blocare
Este conceput intenționat pentru a menține retenția magnetică;
beneficiu:
consum redus de energie în timpul întreținerii;
alimentare doar în timpul comutării;
9.5 Solenoid tubular
Designul tubular asigură o bună performanță magnetică și
distribuție uniformă a fluxului;
O proiectare corectă evită problema magnetismului rezidual.
Capitolul 10: Factori importanți pentru a evita problema magnetismului rezidual în timpul proiectării
În timpul procesului de proiectare, următoarele aspecte sunt considerații cheie.
selecția materialului:
material magnetic moale;
spațiu de aer:
evitați contactul complet cu suprafața fără a lua în considerare spațiul de aer;
saturație magnetică:
mențineți densitatea fluxului magnetic în intervalul corespunzător;
potrivirea forței arcului:
evitați saturația magnetică cauzată de o forță necorespunzătoare a arcului;
Tratament de suprafață:
finisaj bun al suprafeței;
management termic:
temperatura afectează proprietatea magnetică;
controlul toleranței:
o mică modificare a dimensiunii are un impact mare asupra retenției magnetice;
Capitolul 11: Concluzie
Remanența solenoidului este un fenomen fizic natural care există în interiorul oricărui electromagnet sau solenoid. Dar efectele pot fi controlate printr-un design rezonabil.
Remanența solenoidului, dacă nu este tratată, va cauza următoarele probleme la solenoizi:
lipire;
timp lung de eliberare;
defecțiune a valvei;
uzură crescută;
performanță și stabilitate reduse;
Secretul pentru a minimiza magnetismul rezidual este:
alegerea materialelor;
proiectarea circuitelor magnetice;
proiectarea spațiului de aer;
design de primăvară;
evitați saturația magnetică;
Capitolul 12: Întrebări frecvente despre remanența solenoidului
12.1 Ce este remanența solenoidului?
Remanența solenoidului se referă la forța magnetică slabă rămasă în interiorul solenoidului după deconectarea alimentării. Acest fenomen apare din cauza unor domenii magnetice care nu devin complet nealiniate atunci când câmpul magnetic se oprește.
12.2 Ce cauzează blocarea pistonului după oprirea alimentării?
Dacă forța magnetică reziduală din solenoid este excesiv de mare, pistonul se blochează și nu poate reveni în poziția inițială, deoarece forța reziduală este mai mare decât forța gravitațională sau arcul de revenire.
Cauzele blocării pistonului:
fără gol de aer;
selecția deficitară a materialelor;
forță slabă a arcului de revenire;
saturație magnetică ridicată;
12.3 Ce tipuri de solenoizi sunt mai afectați de magnetismul rezidual?
Solenoidul de curent continuu este mai afectat din cauza magnetizării constante a domeniilor magnetice pe tot parcursul operațiunii.
Aplicațiile care prezintă în mod obișnuit probleme de magnetism rezidual sunt:
electrovalve;
pompe dozatoare;
încuietoare de ușă;
solenoizi rotativi;
dispozitive de precizie.
12.4 Cum pot inginerii să reducă magnetismul rezidual în timpul proiectării?
Următoarele tehnici pot fi utilizate pentru a reduce magnetismul rezidual în solenoizi:
selecția materialelor magnetice moi;
adăugarea unui spațiu de aer;
instalarea unui distanțier nemagnetic;
fără a se păstra saturația forței magnetice;
reglarea forței arcului;
12.5 Ce materiale au retentivitate scăzută?
Materiale magnetice moi, inclusiv
fier pur;
oțel siliconic;
oțel inoxidabil moale.
Se recomandă evitarea materialelor magnetice dure în aplicație.
12.6 Poate arcul de revenire să atenueze problema magnetismului rezidual?
Un arc mecanic ajută pistonul să se separe de miez după oprirea alimentării.
Prin urmare, solenoidul care utilizează un mecanism de revenire cu arc are performanțe mai bune la comutarea rapidă.
12.7 De ce joacă un rol important întrefierul în proiectarea solenoidului?
Spațiul de aer în designul solenoidului asigură spațiul dintre miez și armătură și astfel evită contactul complet cu suprafața magnetică, reducând magnetismul rezidual.
Avantajele designului cu spațiu de aer:
crește viteza de eliberare;
reduce forța magnetică reziduală;
asigurarea consecvenței lansării;
12.8 Magnetismul rezidual poate deteriora solenoizii?
Magnetismul rezidual în sine nu poate deteriora dispozitivul, dar problemele operaționale create de magnetismul rezidual duc în cele din urmă la uzură.
12.9 Care este diferența dintre magnetismul rezidual și magnetismul permanent?
Diferența dintre magnetismul permanent și cel rezidual:
Cel permanent se referă la magnetismul realizat intenționat, care menține forța magnetică în mod persistent;
în timp ce cea reziduală înseamnă magnetizarea neintenționată a materialului susceptibil magnetic.
12.10 Cum se testează magnetismul rezidual în solenoizi?
Criteriile de testare includ:
timpul necesar pentru eliberarea pistonului după oprirea alimentării;
forță de susținere;
distanța de descărcare;
densitatea fluxului magnetic;
performanțe pe durata ciclului de viață.
