Kapitel 1: Introduktion till restmagnetism
En av de viktigaste aspekterna som påverkar solenoidens och elektromagnetens funktion och effektivitet är den kvarvarande magnetismeffekten. Solenoiden måste reagera korrekt och snabbt när elektriciteten upphör att appliceras i de flesta industriella miljöer. Ändå finns det en del magnetism kvar i ankaret eller solenoidkärnan på grund av de ferromagnetiska materialens fysikaliska egenskaper efter att enheten har avaktiverats.
Ett överskott av solenoidremanens i solenoider orsakar många tekniska problem, såsom trög kolv, långsammare reaktionstid, ventilfel, slitage och ineffektiv omkoppling. Ovan nämnda effekter är särskilt betydande för driften av precisionsverktyg såsom doseringspumpar, medicinsk utrustning, magnetventiler och automationssystem.
För de som utvecklar högeffektiva solenoidprodukter är det avgörande att känna till orsakerna till restmagnetism och hur den begränsas.
Kapitel 2 : Vad är kvarvarande magnetism?
Restmagnetism avser den restmagnetism som finns kvar inuti materialet efter att ett externt magnetfält eller en elektrisk ström har avlägsnats.
När solenoidspolen får elektrisk ström flyter ström genom tråden som är lindad i spolen och genererar ett magnetfält. Detta magnetfält magnetiserar järnkärnan och ankaret i solenoiden. I teorin, när strömmen stängs av, skulle magnetfältet försvinna helt. Men i verkligheten finns det fortfarande vissa områden som inte magnetiseras och genererar ett magnetfält.
Denna typ av kvarvarande magnetisk kraft kallas kvarvarande magnetism.
BrB_rBr
där BrB_rBr är den kvarvarande magnetiska flödestätheten.
Solenoidremanens är en naturlig egenskap hos ferromagnetiska material som järn och stål.
Kapitel 3: Hur uppstår kvarvarande magnetism?
Varför kvarstår de magnetiska domänerna efter magnetisering?
Inuti ett magnetiskt material finns det gott om mikroskopiska magnetiska områden som kallas magnetiska domäner. Under normala förhållanden är de magnetiska domänerna inuti ett material slumpmässigt arrangerade.
Efter att den elektriska strömmen passerat:
magnetfältet gör att domänerna blir uppradade
Det magnetiska materialet blir starkt magnetiserat
Magnetisk kraft drar ankaret eller kolven
Men efter att strömmen har kopplats bort:
de flesta magnetiska domäner kommer att återgå till sitt ursprungliga tillstånd;
vissa magnetiska domäner blir fortfarande i linje;
ett kvarvarande magnetfält finns inuti materialet;
Så uppstår restmagnetism.
Kapitel 4: Huvudorsaker till kvarvarande magnetism
4.1 Magnetisk mättnad
Hög magnetisk mättnad resulterar i att fler justerade domäner kvarstår efter att strömmen har kopplats bort.
4.2 Hårda magnetiska material
Magnetiskt hårt material behåller magnetism under lång tid.
4.3 Avsaknad av luftgap
Inget mellanrum mellan kärna och ankare leder till hög restmagnetism.
4.4 Kontinuerlig likströmsförsörjning
Kontinuerlig strömförsörjning ökar den kvarvarande magnetiska kraften avsevärt.
4.5 Dålig magnetisk kretsdesign
Felaktig magnetisk kretsdesign ökar risken för att fånga kvarvarande magnetism.
Kapitel 5: Konsekvenser av att solenoiden har hög remanens
För hög restmagnetism kan orsaka många problem med solenoidens funktion.
5.1 Fastklämd kolv
Det största problemet är att kolven fastnar efter att strömmen har kopplats bort. I det här fallet återgår inte kolven till sitt ursprungliga läge.
Resultat:
Fördröjd frisättning;
Ostadig rörelse;
Ofullständig omkopplingsåtgärd.
5.2 Låg kopplingshastighet
Restmagnetisk kraft motverkar returfjäderns kraft. Därför,
Växlingshastigheten blir lägre.
5.3 Ventilfel
Speciellt i magnetventil- eller doseringspumpapplikationer,
Vätskeläckage;
Flödeskontrollen blir felaktig.
5.4 Mer slitage
Med kvarvarande magnetism,
Mer friktion genereras;
Kärnytan slits lätt;
Mer buller;
Slitage av delar.
5.5 Högre energiförbrukning
System som använder stark fjäder- eller hög drivström krävs för att övervinna restmagnetismen.
Kapitel 6: Skillnaden mellan fjäderåtergång och icke-fjädermagnet vid magnetremanens
6.1: Solenoidens struktur påverkar effekten av solenoidens remanens.
Fjäderåtergångsmagnet
Fjäderåtergångsmekanismen används för att trycka tillbaka kolven efter att strömmen har brutits.
Fördel:
Den mekaniska fjädern motverkar den kvarvarande magnetiska kraften.
Nackdel:
Lång frisättningstid;
Hög strömförbrukning.
Jämfört med fjäderåtergående solenoider är solenoider utan fjäderstruktur i de flesta fall benägna att fastna på grund av kvarvarande magnetism.
6.2 Icke-fjäderåtergående magnetventil
Utan att använda mekanisk fjädrar använder den andra krafter som gravitation eller belastningskraft för att uppnå frigöringsändamål.
Fördel:
Låg energiförbrukning;
Enkel struktur;
Tyst arbete.
Nackdel:
Restmagnetismeffekten är mycket större;
Lätt att fastna efter strömavstängning.
Därför är fjäderåtergångsmagneter att föredra i de flesta industriella tillämpningar på grund av mindre problem med kvarvarande magnetism.
Kapitel 7: Faktorer som påverkar solenoidens remanens
Material
Att välja lämpligt material spelar en nyckelroll vid konstruktionen av solenoider.
Mjuka magnetiska material
Den har följande egenskaper:
Låg magnetisk koercitivkraft;
Snabb avmagnetisering;
Populära material inkluderar:
7.2: järn
kiselstål;
mjukt rostfritt stål;
De mjuka magnetiska materialen är mycket användbara i applikationer som kräver snabb och precis omkoppling och styrning.
Hårda magnetiska material
Hårda magnetiska material bibehåller magnetismen beständigt.
Egenskaper hos hårda magnetiska material:
hög magnetisk koercitivkraft;
stark kvarvarande magnetism;
Typiska hårda magnetiska material:
högkolstål;
permanent magnetisk legering;
Generellt sett rekommenderas inte hårt magnetiskt material för snabbfrisättningstillämpningar.
7.3 Strukturens inverkan
Solenoidstrukturen har stor inverkan på magnetisk retention.
7.3.1. Luftspaltsdesign
Mindre luftgap mellan kärna och ankare minskar magnetisk retention;
Dra nytta:
Minska magnetismeffekten;
Förkortning av frisättningstiden;
För att uppnå ett mindre luftgap:
med hjälp av icke-magnetisk bricka;
med hjälp av nålstoppare;
gravyr på kärnans yta;
7.3.2. Kontaktytans utformning
Mindre kontaktyta minskar den magnetiska kraften;
Fördel:
Minska kvarvarande magnetism;
Öka utlösningshastigheten;
7.3.3. Magnetisk kretsdesign
Bra magnetisk krets undviker koncentrerat magnetiskt flöde;
Undviker magnetisk mättnad;
Ökar magnetisk effektivitet;
Dålig magnetisk kretsdesign resulterar i högre restmagnetiskt flöde.
7.3.4. Fjäderåtergångsdesign
Fjäderkraften måste exakt matcha restmagnetismen.
Om fjädern är för svag:
kvarvarande magnetism dominerar och gör att kolven fastnar;
Om fjäderkraften är för stark:
det minskar dragkraften och ökar energiförbrukningen;
Kapitel 8: Lösningar mot solenoidrester
Hur man minimerar kvarvarande magnetism under design
Det finns några sätt att minska den kvarvarande magnetismen i solenoider.
8.1. Val av lämpliga magnetiska material
Mjuka magnetiska material med
hög magnetisk permeabilitet,
låg magnetisk koercivitet
rekommenderas. Mjukt magnetiskt järnmaterial används vanligtvis.
8.2. Undvika magnetisk mättnad
Undvik att använda solenoider i det magnetiska mättnadsområdet.
B=μHB=\mu HB=μH
Lämplig flödesdesign för att undvika domänretention.
8.3. Tillsättning av icke-magnetiska distanser
Distanser av mässing eller rostfritt stål skapar ett litet luftgap i solenoidstrukturen.
Dra nytta:
minska den kvarvarande magnetiska kraften avsevärt;
8.4. Optimering av elektrisk ström
För stor ström leder till mättning och kvarvarande magnetiskt flöde.
Lämplig ström:
korrekt spänningsförsörjning;
pulsströmskontroll;
noggrann tidtagning av elektrisk ström;
8.5. Precisionsyta
en grov yta förstärker den magnetiska attraktionen.
Använd precisionsslipningsteknik;
8.6. Avmagnetiseringsprocessen
I vissa precisionstillämpningar kan AC-avmagnetiseringsprocessen utföras efter produktion.
Detta eliminerar effektivt kvarvarande magnetisk uppriktning.
Kapitel 9: Olika typer av solenoider och deras remanens
Typer av solenoider upplever olika restmagnetism.
9.1 DC-solenoid
Likströmstypen påverkas mer av restmagnetism än motsvarigheten till växelström.
Huvudskäl:
DC-magnetfältet förblir alltid i en riktning;
Domäner hålls kontinuerligt i linje;
Hög risk:
fastnar;
långsam frigöringshastighet;
högre magnetisk retention.
9.2 AC-magnetventil
Eftersom den magnetiska riktningen fortsätter att ändras i växelströmscykeln,
lägre restmagnetism;
snabbare frisättning;
AC-solenoiden tenderar dock att ge ifrån sig ljud.
9.3 Roterande solenoid
Strukturen kräver vanligtvis en komplicerad magnetkrets.
Effekter:
ofullständig rotation;
positioneringsfel;
lång frisättningstid;
9.4 Låsmagnetventil
Den är avsiktligt utformad för att bibehålla magnetisk retention;
fördel:
låg strömförbrukning under underhåll;
strömförsörjning endast under omkoppling;
9.5 Rörformad solenoid
Rörformad design säkerställer god magnetisk prestanda och
jämn flödesfördelning;
Korrekt design undviker problem med kvarvarande magnetism.
Kapitel 10: Viktiga faktorer för att undvika problem med kvarvarande magnetism under design
Under designprocessen är följande aspekter viktiga att beakta.
materialval:
mjukt magnetiskt material;
luftgap:
undvik full ytkontakt utan att ta hänsyn till luftgapet;
magnetisk mättnad:
hålla den magnetiska flödestätheten inom lämpligt intervall;
fjäderkraftsmatchning:
undvik magnetisk mättning orsakad av felaktig fjäderkraft;
ytbehandling:
bra ytfinish;
värmehantering:
temperaturen påverkar den magnetiska egenskapen;
toleranskontroll:
liten förändring i storlek har stor inverkan på magnetisk retention;
Kapitel 11 : Slutsats
Solenoidremanens är ett naturligt fysikaliskt fenomen som existerar inuti alla elektromagneter eller solenoider. Men effekterna kan kontrolleras genom rimlig design.
Resterande magnetventiler, om de lämnas obehandlade, orsakar följande problem i solenoider:
fastnar;
lång frisättningstid;
ventilfel;
ökat slitage;
minskad prestanda och stabilitet;
Hemligheten för att minimera kvarvarande magnetism är:
materialval;
magnetisk kretsdesign;
luftspaltdesign;
fjäderdesign;
undvik magnetisk mättnad;
Kapitel 12: Vanliga frågor om solenoidremanens
12.1 Vad är solenoidremanens?
Remanens avser den svaga magnetiska kraft som finns kvar inuti solenoiden efter att strömförsörjningen har kopplats bort. Detta fenomen uppstår på grund av att vissa magnetiska domäner inte blir helt ojusterade när magnetfältet stängs av.
12.2 Vad orsakar att kolven fastnar efter strömavbrott?
Om den kvarvarande magnetiska kraften i solenoiden är för stor, fastnar kolven och kan inte återgå till ursprungsläget eftersom den kvarvarande kraften är större än gravitationskraften eller returfjädern.
Orsaker till att kolven fastnar:
ingen luftspalt;
dåligt materialval;
svag returfjäderkraft;
hög magnetisk mättnad;
12.3 Vilka typer av solenoider påverkas mest av restmagnetism?
DC-solenoiden påverkas mer på grund av konstant magnetisering av magnetiska domäner under hela operationen.
De tillämpningar som vanligtvis drabbas av problem med kvarvarande magnetism är:
magnetventiler;
doseringspumpar;
dörrlås;
roterande solenoider;
precisionsanordningar.
12.4 Hur kan ingenjörer minska kvarvarande magnetism under designfasen?
Följande tekniker kan användas för att minska kvarvarande magnetism i solenoider:
val av mjukmagnetiskt material;
lägga till luftspalt;
installation av icke-magnetisk distansbricka;
utan att hålla den magnetiska kraften mättad;
justering av fjäderkraften;
12.5 Vilka material har låg retention?
Mjuka magnetiska material inklusive
rent järn;
kiselstål;
mjukt rostfritt stål.
Hårt magnetiskt material rekommenderas att undvikas vid applicering.
12.6 Kan returfjädern lindra problemet med kvarvarande magnetism?
En mekanisk fjäder hjälper kolven att separera från kärnan efter avstängning.
Därför har solenoider med fjäderåtergångsmekanism bättre prestanda vid snabb omkoppling.
12.7 Varför spelar luftgap en viktig roll i solenoiddesign?
Luftgap i solenoidkonstruktionen säkerställer utrymmet mellan kärna och ankare och undviker därmed fullständig magnetisk ytkontakt, vilket minskar kvarvarande magnetism.
Fördelar med luftspaltdesign:
öka frigöringshastigheten;
minska kvarvarande magnetisk kraft;
säkerställa utsläppskonsekvens;
12.8 Kan kvarvarande magnetism skada solenoider?
Kvarvarande magnetism i sig kan inte skada enheten, men driftsproblem som skapas av kvarvarande magnetism leder så småningom till slitage.
12.9 Vad är skillnaden mellan restmagnetism och permanentmagnetism?
Skillnaden mellan permanentmagnetism och restmagnetism:
den permanenta avser avsiktligt skapad magnetism som upprätthåller magnetisk kraft beständigt;
medan kvarvarande magnetisering innebär oavsiktlig magnetisering av magnetiskt känsligt material.
12.10 Hur testar man restmagnetism i solenoider?
Testkriterierna inkluderar:
tid att släppa kolven efter avstängning;
hållkraft;
urladdningsavstånd;
magnetisk flödestäthet;
livscykelns prestanda.
