Bölüm 1: Artık Manyetizmanın Tanıtımı
Solenoid ve elektromıknatısın işleyişini ve verimliliğini etkileyen en önemli unsurlardan biri de artık manyetizma etkisidir. Solenoid, çoğu endüstriyel ortamda elektrik kesintisi yaşandığında doğru ve hızlı bir şekilde tepki vermelidir. Bununla birlikte, ferromanyetik malzemelerin fiziksel özelliklerinden dolayı, cihazın enerjisi kesildikten sonra armatürde veya solenoid çekirdeğinde bir miktar manyetizma kalır.
Solenoidlerde aşırı miktarda kalıcı manyetik alan oluşması, pistonun yavaş hareket etmesi, tepki süresinin uzaması, valfin arızalanması, aşınma ve verimsiz anahtarlama işlemi gibi birçok teknik probleme yol açar. Yukarıda belirtilen etkiler, özellikle dozaj pompaları, tıbbi ekipmanlar, solenoid valfler ve otomasyon sistemleri gibi hassas aletlerin çalışması için önemlidir.
Yüksek verimli solenoid ürünleri geliştirenler için, artık manyetizmanın nedenlerini ve sınırlandırılma yollarını bilmek çok önemlidir.
Fotoğraf No: 2: Artık Manyetizma Nedir??
Kalıcı manyetizma, dış manyetik alan veya elektrik akımı kaldırıldıktan sonra malzemenin içinde kalan kalıcı manyetizmayı ifade eder.
Solenoid bobini elektrik enerjisi aldığında, bobinin içine sarılı telden akım geçer ve manyetik alan oluşturur. Bu manyetik alan, solenoidin içindeki demir çekirdeği ve armatürü mıknatıslar. Teoride, güç kapatıldığında manyetik alan tamamen kaybolur. Ancak gerçek süreçte, bazı bölgeler mıknatıslanmaya devam eder ve manyetik alan oluşturur.
Bu tür kalıcı manyetik kuvvete kalıcı manyetizma denir.
BrB_rBr
Burada BrB_rBr, artık manyetik akı yoğunluğudur.
Solenoid kalıcı mıknatıslanması, demir ve çelik gibi ferromanyetik malzemelerin doğal bir özelliğidir.
Bölüm 3: Kalıcı Manyetizma Nasıl Oluşur?
Manyetik Alanlar Manyetizasyon Sonrasında Neden Kalır?
Manyetik bir malzemenin içinde, manyetik alanlar olarak adlandırılan çok sayıda mikroskobik manyetik bölge bulunur. Normal şartlar altında, bir malzemenin içindeki manyetik alanlar rastgele düzenlenmiştir.
Elektrik akımı geçtikten sonra:
Manyetik alan, bölgelerin hizalanmasını sağlar.
Manyetik malzeme güçlü bir şekilde mıknatıslanır.
Manyetik kuvvet, armatürü veya pistonu çeker.
Ancak, güç bağlantısı kesildikten sonra:
Manyetik alanların çoğu orijinal durumlarına geri dönecektir;
Bazı manyetik alanlar yine de hizalanır;
Malzemenin içinde kalıcı manyetik alan mevcuttur;
Kalıcı manyetizma işte böyle oluşur.
Bölüm 4: Kalıcı Manyetizmanın Başlıca Nedenleri
4.1 Manyetik Doygunluk
Yüksek manyetik doygunluk, güç bağlantısı kesildikten sonra daha fazla hizalanmış alanın kalmasına neden olur.
4.2 Sert Manyetik Malzemeler
Manyetik olarak sert malzeme, manyetik özelliğini uzun süre korur.
4.3 Hava Boşluğunun Yokluğu
Çekirdek ve armatür arasında boşluk olmaması, yüksek artık manyetizmaya yol açar.
4.4 Sürekli DC Güç Kaynağı
Sürekli güç verilmesi, kalan manyetik kuvveti önemli ölçüde artırır.
4.5 Zayıf Manyetik Devre Tasarımı
Hatalı manyetik devre tasarımı, artık manyetizmanın hapsolma olasılığını artırır.
Bölüm 5: Solenoidin Yüksek Kalıcı Manyetik Alanının Sonuçları
Aşırı artık manyetizma, solenoidin çalışmasında birçok soruna neden olabilir.
5.1 Sıkışan Piston
Asıl sorun, elektrik bağlantısı kesildikten sonra pistonun sıkışmasıdır. Bu durumda piston orijinal konumuna geri dönmez.
Sonuç:
Yayın gecikmesi;
Dengesiz hareket;
Anahtarlama işlemi tamamlanmadı.
5.2 Düşük Anahtarlama Hızı
Kalan manyetik kuvvet, geri dönüş yayı kuvvetine karşı koyar. Bu nedenle,
Geçiş hızı düşüyor.
5.3 Valf Arızası
Özellikle solenoid valf veya dozaj pompası uygulamalarında,
Sıvı sızıntıları;
Akış hızı kontrolü hatalı hale geliyor.
5.4 Daha Fazla Aşınma ve Yıpranma
Kalıcı manyetizma ile,
Daha fazla sürtünme oluşur;
Çekirdek yüzeyi kolayca aşınır;
Daha fazla gürültü;
Parçaların aşınması.
5.5 Daha Yüksek Enerji Tüketimi
Kalıcı manyetizmayı gidermek için güçlü yay veya yüksek tahrik akımı kullanan sistemler gereklidir.
Bölüm 6: Yaylı Geri Dönüşlü ve Yaylı Olmayan Solenoidler Arasındaki Fark ve Solenoid Kalıcı Manyetik Alanı
6.1: Solenoid yapısının türü, solenoid kalıcı manyetik alanının etkisini etkiler.
Yay geri dönüşlü solenoid
Yaylı geri dönüş mekanizması, güç kesildikten sonra pistonu geri itmek için kullanılır.
avantajı:
Mekanik yay, kalan manyetik kuvveti dengeler.
Dezavantajı:
Uzun yayın süresi;
Yüksek güç tüketimi.
Yaylı geri dönüşlü solenoidlere kıyasla, yaylı olmayan yapıya sahip solenoidler, çoğu durumda artık manyetizma nedeniyle sıkışmaya daha yatkındır.
6.2 Yay geri dönüşsüz solenoid
Mekanik yay kullanmadan, serbest bırakma amacını gerçekleştirmek için yerçekimi veya yükleme kuvveti gibi diğer kuvvetlerden yararlanır.
avantajı:
Düşük enerji tüketimi;
Basit yapı;
Sessiz çalışma.
Dezavantajı:
Kalıcı manyetizma etkisi çok daha büyüktür;
Elektrik kesildikten sonra takılıp kalmak kolay.
Bu nedenle, çoğu endüstriyel uygulamada, daha az artık manyetizma problemi nedeniyle yay geri dönüşlü solenoid tercih edilir.
Bölüm 7: Solenoid Kalıcı Manyetik Alanını Etkileyen Faktörler
f Malzeme
Solenoid tasarımı yapılırken uygun malzemenin seçimi çok önemlidir.
Yumuşak manyetik malzemeler
Aşağıdaki özelliklere sahiptir:
Düşük manyetik zorlama kuvveti;
Hızlı manyetik alan giderme;
Popüler materyaller arasında şunlar yer alır:
7.2 : demir
silikon çelik;
yumuşak paslanmaz çelik;
Yumuşak manyetik malzemeler, hızlı ve hassas anahtarlama ve kontrol gerektiren uygulamalarda oldukça kullanışlıdır.
Sert manyetik malzemeler
Sert manyetik malzemeler, manyetik özelliklerini sürekli olarak korurlar.
Sert manyetik malzemelerin özellikleri:
yüksek manyetik zorlama kuvveti;
güçlü kalıcı manyetizma;
Tipik sert manyetik malzemeler:
yüksek karbonlu çelik;
kalıcı manyetik alaşım;
Genel olarak, hızlı serbest bırakma gerektiren uygulamalarda sert manyetik malzeme önerilmez.
7.3 Yapının Etkisi
Solenoid yapısı manyetik tutunma üzerinde büyük etkiye sahiptir.
7.3.1. Hava Boşluğu Tasarımı
Çekirdek ve armatür arasındaki hava boşluğunun küçülmesi manyetik tutunmayı azaltır;
Yarar:
Manyetik etkiyi azaltmak;
Serbest bırakma süresini kısaltmak;
Daha küçük hava boşluğu elde etmek için:
manyetik olmayan rondela kullanarak;
pim durdurucular kullanarak;
çekirdek yüzey gravürü;
7.3.2. Temas Yüzeyi Tasarımı
Temas yüzeyinin küçülmesi manyetik kuvveti azaltır;
avantajı:
Artık manyetizmayı azaltın;
Serbest bırakma hızını artırın;
7.3.3. Manyetik Devre Tasarımı
İyi bir manyetik devre, manyetik akının yoğunlaşmasını önler;
Manyetik doygunluğu önler;
Manyetik verimliliği artırır;
Kötü manyetik devre tasarımı, daha yüksek artık manyetik akıya neden olur.
7.3.4. Yaylı Geri Dönüş Tasarımı
Yay kuvveti, artık manyetizmaya tam olarak uymalıdır.
Yay çok zayıfsa:
Kalıcı manyetizma baskın hale gelir ve pistonun sıkışmasına neden olur;
Yay kuvveti çok fazlaysa:
Bu durum çekme kuvvetini azaltır ve enerji tüketimini artırır;
Bölüm 8: Solenoid Kalıcı Manyetik Alanına Karşı Çözümler
Tasarım Sırasında Artık Manyetizmayı Nasıl En Aza İndirebilirsiniz?
Solenoidlerdeki artık manyetizmayı azaltmanın birkaç yolu vardır.
8.1. Uygun Manyetik Malzemelerin Seçimi
Yumuşak manyetik malzemeler
yüksek manyetik geçirgenlik,
düşük manyetik koersivite
Önerilenler arasında yumuşak manyetik demir malzeme de yer almaktadır. Genellikle yumuşak manyetik demir malzeme kullanılır.
8.2. Manyetik Doygunluğun Önlenmesi
Solenoidleri manyetik doygunluk bölgesinde çalıştırmaktan kaçının.
B=μHB=\mu HB=μH
Alan tutulumunu önlemek için uygun akış tasarımı.
8.3. Manyetik Olmayan Ara Parçaların Eklenmesi
Pirinç veya paslanmaz çelik ara parçalar, solenoid yapısında küçük bir hava boşluğu oluşturur.
Yarar:
Artık manyetik kuvveti önemli ölçüde azaltır;
8.4. Elektrik Akımının Optimizasyonu
Aşırı yüksek akım, doygunluğa ve artık manyetik akıya yol açar.
Uygun akım:
uygun voltaj beslemesi;
darbe akımı kontrolü;
doğru elektrik akımı zamanlaması;
8.5. Hassas Yüzey İşlemesi
Pürüzlü yüzey manyetik çekimi artırır.
Hassas taşlama tekniği kullanın;
8.6. Manyetik Alanın Giderilmesi Süreci
Bazı hassas uygulamalarda, üretimden sonra alternatif akım (AC) manyetik giderme işlemi gerçekleştirilebilir.
Bu, manyetik hizalamadan kalan artıkları etkili bir şekilde ortadan kaldırır.
Bölüm 9: Farklı Solenoid Türleri ve Solenoid Kalıcı Manyetik Alanları
Solenoid türleri farklı artık manyetizmaya maruz kalır.
9.1 DC solenoidi
DC tipi, AC muadiline göre artık manyetizmadan daha fazla etkilenir.
Ana sebepler:
Doğru akım manyetik alanı her zaman tek yönde kalır;
Alan adları sürekli olarak uyumlu kalır;
Yüksek risk:
yapışma;
yavaş bırakma hızı;
Daha yüksek manyetik tutma özelliği.
9.2 AC solenoid
Alternatif akım döngüsünde manyetik yön sürekli değiştiği için,
daha düşük artık manyetizma;
daha hızlı salınım;
Ancak, AC solenoidler gürültü yapmaya eğilimlidir.
9.3 döner solenoid
Bu yapı genellikle karmaşık manyetik devre gerektirir.
Etkileri:
eksik dönüş;
konumlandırma hatası;
uzun salınım süresi;
9.4 Kilitlemeli solenoid
Manyetik tutma özelliğini korumak amacıyla özel olarak tasarlanmıştır;
yarar:
Bakım sırasında düşük güç tüketimi;
Yalnızca açma/kapama sırasında güç sağlama;
9.5 Borulu solenoid
Boru şeklindeki tasarım, iyi manyetik performans sağlar ve
düzgün akı dağılımı;
Doğru tasarım, artık manyetizma sorununu önler.
Bölüm 10: Tasarım Sırasında Artık Manyetizma Sorununu Önlemek İçin Önemli Faktörler
Tasarım sürecinde aşağıdaki hususlar dikkate alınmalıdır.
Malzeme seçimi:
yumuşak manyetik malzeme;
hava boşluğu:
Hava boşluğunu hesaba katmadan tam yüzey temasından kaçının;
manyetik doygunluk:
Manyetik akı yoğunluğunu uygun aralıkta tutun;
Yay kuvveti eşleştirme:
Uygun olmayan yay kuvvetinden kaynaklanan manyetik doygunluğu önleyin;
yüzey işleme:
iyi yüzey kalitesi;
termal yönetim:
Sıcaklık manyetik özelliği etkiler;
Tolerans kontrolü:
Boyuttaki küçük bir değişiklik, manyetik tutunma üzerinde büyük etkiye sahiptir;
Bölüm 11: Sonuç
Solenoid kalıcı mıknatıslanması, herhangi bir elektromıknatıs veya solenoidin içinde var olan doğal bir fiziksel olgudur. Ancak etkileri, makul bir tasarım yoluyla kontrol edilebilir.
Tedavi edilmediği takdirde solenoidlerde aşağıdaki sorunlara yol açacaktır:
yapışma;
uzun salınım süresi;
valf arızası;
artan aşınma ve yıpranma;
Performans ve istikrarda azalma;
Kalıcı manyetizmayı en aza indirmenin sırrı şudur:
malzeme seçimi;
manyetik devre tasarımı;
hava boşluğu tasarımı;
yay tasarımı;
Manyetik doygunluktan kaçının;
Bölüm 12: Solenoid Kalıcı Manyetik Alanı Hakkında Sıkça Sorulan Sorular
12.1 Solenoid kalıcı manyetizması nedir?
Solenoid kalıcılığı, güç kaynağı kesildikten sonra solenoidin içinde kalan zayıf manyetik kuvveti ifade eder. Bu olay, manyetik alan kapandığında bazı manyetik alanların tamamen hizadan çıkmaması nedeniyle meydana gelir.
12.2 Elektrik kesildikten sonra pistonun sıkışmasına ne sebep olur?
Solenoiddeki artık manyetik kuvvet aşırı büyükse, piston sıkışır ve artık kuvvet yerçekimi kuvvetinden veya geri dönüş yayından daha büyük olduğu için orijinal konumuna geri dönemez.
Pistonun sıkışmasının nedenleri:
hava boşluğu yok;
Kötü malzeme seçimi;
zayıf geri dönüş yay kuvveti;
yüksek manyetik doygunluk;
12.3 Hangi tip solenoidler artık manyetizmadan daha çok etkilenir?
DC solenoid, çalışma boyunca manyetik alanların sabit manyetizasyonu nedeniyle daha fazla etkilenir.
Genellikle artık manyetizma sorunlarından etkilenen uygulamalar şunlardır:
solenoid valfler;
dozaj pompaları;
kapı kilidi;
döner solenoidler;
hassas cihazlar.
12.4 Mühendisler tasarım sırasında artık manyetizmayı nasıl azaltabilirler?
Solenoidlerdeki artık manyetizmayı azaltmak için aşağıdaki teknikler kullanılabilir:
Yumuşak manyetik malzeme seçimi;
hava boşluğu eklemek;
Manyetik olmayan ara parçanın takılması;
Manyetik kuvvetin doygunluğunu koruyarak;
yay kuvvetini ayarlama;
12.5 Hangi malzemelerin tutma kapasitesi düşüktür?
Yumuşak manyetik malzemeler dahil
saf demir;
silikon çelik;
Yumuşak paslanmaz çelik.
Uygulamada sert manyetik malzemelerin kullanılmasından kaçınılması önerilir.
12.6 Geri dönüş yayı, artık manyetizma sorununu hafifletebilir mi?
Mekanik bir yay, güç kesildikten sonra pistonun gövdeden ayrılmasına yardımcı olur.
Bu nedenle, yay geri dönüş mekanizması kullanan solenoid, hızlı anahtarlamada daha iyi performans gösterir.
12.7 Hava boşluğu solenoid tasarımında neden önemli bir rol oynar?
Solenoid tasarımındaki hava boşluğu, çekirdek ve armatür arasında mesafe sağlayarak tam manyetik yüzey temasını önler ve artık manyetizmayı azaltır.
Hava boşluğu tasarımının avantajları:
serbest bırakma hızını artırın;
Artık manyetik kuvveti azaltmak;
Yayın tutarlılığını sağlamak;
12.8 Artık manyetizma solenoidlere zarar verebilir mi?
Artık manyetizma tek başına cihaza zarar veremez, ancak artık manyetizmanın yarattığı çalışma sorunları zamanla aşınmaya ve yıpranmaya yol açar.
12.9 Kalıcı manyetizma ile artık manyetizma arasındaki fark nedir?
Kalıcı ve artık manyetizma arasındaki fark:
Kalıcı manyetizma, manyetik kuvveti sürekli olarak koruyan, kasıtlı olarak oluşturulmuş manyetizmayı ifade eder;
Kalıntı manyetizasyon ise manyetik olarak duyarlı malzemenin istem dışı manyetizasyonunu ifade eder.
12.10 Solenoidlerdeki artık manyetizmayı nasıl test edebiliriz?
Test kriterleri şunları içerir:
Elektrik kesildikten sonra pistonu serbest bırakma zamanı;
tutma gücü;
deşarj mesafesi;
manyetik akı yoğunluğu;
çevrim ömrü performansları.
