Chương 1: Giới thiệu về từ dư
Một trong những khía cạnh quan trọng nhất ảnh hưởng đến hoạt động và hiệu quả của cuộn dây điện từ và nam châm điện là hiệu ứng từ dư. Trong hầu hết các môi trường công nghiệp, cuộn dây điện từ phải phản hồi đúng cách và nhanh chóng khi ngừng cấp điện. Tuy nhiên, vẫn còn một lượng từ tính nhất định tồn tại trong phần ứng hoặc lõi cuộn dây điện từ do đặc tính vật lý của vật liệu sắt từ sau khi thiết bị bị ngắt điện.
Hiện tượng dư từ trong cuộn dây điện từ gây ra nhiều vấn đề kỹ thuật, chẳng hạn như pít tông chuyển động chậm, thời gian phản hồi chậm, van hoạt động không trơn tru, bị mài mòn và hoạt động chuyển mạch không hiệu quả. Các tác động nêu trên đặc biệt nghiêm trọng đối với hoạt động của các dụng cụ chính xác như bơm định lượng, thiết bị y tế, van điện từ và hệ thống tự động hóa.
Đối với những người đang phát triển các sản phẩm nam châm điện hiệu suất cao, việc hiểu rõ nguyên nhân gây ra từ dư và các cách hạn chế nó là vô cùng quan trọng.
Chương 2 : Từ dư là gì??
Từ dư là từ lượng còn lại bên trong vật liệu sau khi loại bỏ từ trường hoặc dòng điện bên ngoài.
Khi cuộn dây điện từ nhận được nguồn điện, dòng điện sẽ chạy qua dây quấn trong cuộn dây và tạo ra từ trường. Từ trường này sẽ từ hóa lõi sắt và phần ứng trong cuộn dây điện từ. Về lý thuyết, khi tắt nguồn, từ trường sẽ biến mất hoàn toàn. Nhưng trên thực tế, một số vùng vẫn còn bị từ hóa và tạo ra từ trường.
Loại lực từ dư này được gọi là từ dư.
BrB_rBr
trong đó BrB_rBr là mật độ từ thông dư.
Từ dư của cuộn dây điện từ là một đặc tính tự nhiên của các vật liệu sắt từ như sắt và thép.
Chương 3: Từ dư hình thành như thế nào?
Tại sao các miền từ tính vẫn tồn tại sau quá trình từ hóa?
Bên trong vật liệu từ tính, có rất nhiều vùng từ tính siêu nhỏ được gọi là các miền từ. Trong điều kiện bình thường, các miền từ bên trong vật liệu được sắp xếp ngẫu nhiên.
Sau khi cho dòng điện chạy qua:
Từ trường làm cho các miền được sắp xếp thẳng hàng.
Vật liệu từ tính trở nên bị từ hóa mạnh.
Lực từ hút phần ứng hoặc pít tông.
Tuy nhiên, sau khi ngắt nguồn điện:
Hầu hết các miền từ tính sẽ trở lại trạng thái ban đầu;
Một số miền từ tính vẫn được sắp xếp thẳng hàng;
Từ trường dư vẫn tồn tại bên trong vật liệu;
Đó là cách mà từ dư hình thành.
Chương 4: Các nguyên nhân chính gây ra từ dư
4.1 Độ bão hòa từ tính
Độ bão hòa từ trường cao dẫn đến nhiều miền từ được sắp xếp thẳng hàng hơn sau khi ngắt nguồn điện.
4.2 Vật liệu từ cứng
Vật liệu có độ cứng từ cao giữ được từ tính trong thời gian dài.
4.3 Không có khe hở không khí
Không có khe hở giữa lõi và phần ứng dẫn đến từ dư cao.
4.4 Nguồn điện DC liên tục
Việc cấp nguồn liên tục làm tăng đáng kể lực từ dư.
4.5 Thiết kế mạch từ kém
Thiết kế mạch từ bị lỗi làm tăng khả năng giữ lại từ dư.
Chương 5: Hậu quả của cuộn dây điện từ có độ dư cao
Lượng từ dư quá lớn có thể gây ra nhiều vấn đề trong hoạt động của nam châm điện.
5.1 Pít tông bị kẹt
Vấn đề chính là pít tông bị kẹt sau khi ngắt nguồn điện. Trong trường hợp này, pít tông không thể trở lại vị trí ban đầu.
Kết quả:
Phát hành chậm;
Chuyển động không ổn định;
Thao tác chuyển mạch không hoàn chỉnh.
5.2 Tốc độ chuyển mạch thấp
Lực từ dư chống lại lực đàn hồi của lò xo. Do đó,
Tốc độ chuyển mạch giảm xuống.
5.3 Trục trặc van
Đặc biệt là trong các ứng dụng van điện từ hoặc bơm định lượng,
Rò rỉ chất lỏng;
Việc điều khiển lưu lượng bị sai lệch.
5.4 Hao mòn nhiều hơn
Với từ dư,
Ma sát phát sinh nhiều hơn;
Bề mặt lõi dễ bị mài mòn;
Thêm tiếng ồn;
Các bộ phận bị hao mòn.
5.5 Mức tiêu thụ năng lượng cao hơn
Cần có các hệ thống sử dụng lò xo mạnh hoặc dòng điện dẫn động cao để khắc phục từ dư.
Chương 6: Sự khác biệt giữa nam châm điện có lò xo hồi vị và nam châm điện không có lò xo về hiện tượng dư từ của nam châm điện.
6.1: Loại cấu trúc của nam châm điện ảnh hưởng đến tác động của từ dư nam châm điện.
van điện từ hồi lò xo
Cơ cấu lò xo hồi vị được sử dụng để đẩy pít tông trở lại vị trí cũ sau khi ngắt nguồn điện.
Lợi thế:
Lò xo cơ học triệt tiêu lực từ dư.
Bất lợi:
Thời gian giải phóng kéo dài;
Tiêu thụ điện năng cao.
So với nam châm điện có lò xo hồi vị, nam châm điện không có cấu trúc lò xo dễ bị kẹt hơn do từ dư trong hầu hết các trường hợp.
6.2 Van điện từ không có lò xo hồi vị
Không sử dụng lò xo cơ học, nó sử dụng các lực khác như trọng lực hoặc lực tải để thực hiện chức năng giải phóng.
Lợi thế:
Tiêu thụ năng lượng thấp;
Cấu trúc đơn giản;
Hoạt động êm ái.
Bất lợi:
Hiệu ứng từ dư lớn hơn nhiều;
Dễ bị kẹt sau khi tắt nguồn.
Do đó, trong hầu hết các ứng dụng công nghiệp, nam châm điện có lò xo hồi vị được ưa chuộng hơn vì ít gặp vấn đề về từ dư.
Chương 7: Các yếu tố ảnh hưởng đến dư từ của nam châm điện
Vật liệu f
Việc lựa chọn vật liệu phù hợp đóng vai trò quan trọng trong thiết kế van điện từ.
Vật liệu từ mềm
Nó có những đặc tính sau:
Lực từ cưỡng bức thấp;
Khử từ nhanh;
Các vật liệu phổ biến bao gồm:
7.2 : sắt
thép silic;
thép không gỉ mềm;
Các vật liệu từ mềm có tính ứng dụng cao trong các lĩnh vực đòi hỏi chuyển mạch và điều khiển nhanh chóng và chính xác.
Vật liệu từ cứng
Các vật liệu từ cứng duy trì từ tính bền vững.
Tính chất của vật liệu từ cứng:
lực từ cưỡng bức cao;
từ dư mạnh;
Các vật liệu từ cứng điển hình:
thép cacbon cao;
Hợp kim từ tính vĩnh cửu;
Nhìn chung, vật liệu từ tính cứng không được khuyến khích sử dụng trong các ứng dụng tháo lắp nhanh.
7.3 Ảnh hưởng của cấu trúc
Cấu trúc của cuộn dây điện từ có ảnh hưởng rất lớn đến khả năng giữ từ tính.
7.3.1. Thiết kế khe hở không khí
Khe hở không khí nhỏ hơn giữa lõi và phần ứng làm giảm khả năng lưu giữ từ tính;
Lợi ích:
Giảm tác dụng của từ tính;
Rút ngắn thời gian giải phóng;
Để đạt được khe hở không khí nhỏ hơn:
sử dụng vòng đệm không từ tính;
sử dụng nút chặn ghim;
Khắc bề mặt lõi;
7.3.2. Thiết kế bề mặt tiếp xúc
Diện tích tiếp xúc nhỏ hơn sẽ làm giảm lực từ;
Lợi thế:
Giảm từ dư;
Tăng tốc độ giải phóng;
7.3.3. Thiết kế mạch từ
Mạch từ tốt tránh sự tập trung từ thông;
Tránh hiện tượng bão hòa từ tính;
Tăng hiệu suất từ tính;
Thiết kế mạch từ kém dẫn đến từ thông dư cao hơn.
7.3.4. Thiết kế lò xo hồi phục
Lực lò xo cần phải khớp chính xác với từ dư.
Nếu lò xo quá yếu:
Từ dư chiếm ưu thế và khiến pít tông bị kẹt;
Nếu lực đàn hồi quá mạnh:
Nó làm giảm lực kéo và tăng mức tiêu thụ năng lượng;
Chương 8: Các giải pháp chống lại hiện tượng dư từ của cuộn dây điện từ
Làm thế nào để giảm thiểu từ dư trong quá trình thiết kế
Có một vài cách để giảm từ dư trong cuộn dây điện từ.
8.1. Lựa chọn vật liệu từ tính phù hợp
Vật liệu từ mềm với
độ thẩm thấu từ tính cao,
lực từ cưỡng bức thấp
được khuyến nghị. Vật liệu sắt từ mềm thường được sử dụng.
8.2. Tránh hiện tượng bão hòa từ tính
Tránh vận hành các van điện từ ở vùng bão hòa từ tính.
B=μHB=μHB=μH
Thiết kế dòng chảy phù hợp để tránh tình trạng giữ lại miền.
8.3. Thêm các miếng đệm không từ tính
Các miếng đệm bằng đồng thau hoặc thép không gỉ tạo ra khe hở không khí nhỏ trong cấu trúc van điện từ.
Lợi ích:
giảm đáng kể lực từ dư;
8.4. Tối ưu hóa dòng điện
Dòng điện quá lớn dẫn đến hiện tượng bão hòa và từ thông dư.
Dòng điện thích hợp:
Cung cấp điện áp phù hợp;
Điều khiển dòng điện xung;
Định thời dòng điện chính xác;
8.5. Hoàn thiện bề mặt chính xác
Bề mặt nhám giúp tăng cường lực hút từ tính.
Sử dụng kỹ thuật mài chính xác;
8.6. Quá trình khử từ
Trong một số ứng dụng đòi hỏi độ chính xác cao, quá trình khử từ bằng dòng điện xoay chiều có thể được thực hiện sau khi sản xuất.
Điều này giúp loại bỏ hiệu quả sự lệch hướng từ tính còn sót lại.
Chương 9: Các loại cuộn dây điện từ khác nhau và từ dư của chúng
Các loại cuộn dây điện từ khác nhau có từ dư khác nhau.
9.1 DC điện từ
Loại dòng điện một chiều (DC) chịu ảnh hưởng của từ dư nhiều hơn so với loại dòng điện xoay chiều (AC).
Lý do chính:
Từ trường DC luôn duy trì theo một hướng;
Các miền luôn được giữ liên kết chặt chẽ;
Rủi ro cao:
dính;
Tốc độ giải phóng chậm;
Khả năng giữ từ tính cao hơn.
9.2 Van điện từ AC
Vì hướng từ trường liên tục thay đổi trong chu kỳ xoay chiều,
từ dư thấp hơn;
Giải phóng nhanh hơn;
Tuy nhiên, van điện từ AC thường phát ra tiếng ồn.
9.3 Điện từ quay
Cấu trúc này thường đòi hỏi mạch từ phức tạp.
Effects:
sự quay không hoàn toàn;
Lỗi định vị;
Thời gian giải phóng dài;
9.4 Van điện từ chốt
Nó được thiết kế có chủ đích để duy trì khả năng giữ từ tính;
lợi ích:
Mức tiêu thụ điện năng thấp trong quá trình bảo trì;
Chỉ cấp nguồn trong quá trình chuyển mạch;
9.5 Van điện từ hình ống
Thiết kế dạng ống đảm bảo hiệu suất từ tính tốt và
Phân bố thông lượng đồng đều;
Thiết kế đúng cách sẽ tránh được vấn đề từ dư.
Chương 10: Các yếu tố quan trọng cần tránh để khắc phục vấn đề từ dư trong quá trình thiết kế
Trong quá trình thiết kế, các khía cạnh sau đây là những yếu tố quan trọng cần xem xét.
lựa chọn vật liệu:
Vật liệu từ mềm;
khoảng cách không khí:
Tránh tiếp xúc toàn bộ bề mặt mà không tính đến khoảng cách không khí;
Độ bão hòa từ tính:
Giữ mật độ từ thông trong phạm vi thích hợp;
Khớp lực lò xo:
tránh hiện tượng bão hòa từ tính do lực lò xo không phù hợp gây ra;
xử lý bề mặt:
Bề mặt hoàn thiện tốt;
quản lý nhiệt:
Nhiệt độ ảnh hưởng đến tính chất từ tính;
Kiểm soát dung sai:
Một thay đổi nhỏ về kích thước cũng có tác động lớn đến khả năng giữ từ tính;
Chương 11: Kết luận
Từ dư của cuộn dây điện từ là hiện tượng vật lý tự nhiên tồn tại bên trong bất kỳ nam châm điện hoặc cuộn dây điện từ nào. Tuy nhiên, các hiệu ứng của nó có thể được kiểm soát thông qua thiết kế hợp lý.
Nếu không được xử lý, hiện tượng dư từ của van điện từ sẽ gây ra các vấn đề sau:
dính;
Thời gian giải phóng dài;
Van bị trục trặc;
Sự hao mòn gia tăng;
Hiệu năng và độ ổn định bị giảm;
Bí quyết để giảm thiểu từ dư là:
lựa chọn vật liệu;
Thiết kế mạch từ;
Thiết kế khe hở không khí;
thiết kế lò xo;
tránh hiện tượng bão hòa từ tính;
Chương 12: Câu hỏi thường gặp về dư từ của cuộn dây điện từ
12.1 Từ dư của cuộn dây điện từ là gì?
Từ dư của cuộn dây điện từ đề cập đến lực từ yếu còn lại bên trong cuộn dây sau khi ngắt nguồn điện. Hiện tượng này xảy ra do một số miền từ không hoàn toàn bị lệch hướng khi từ trường tắt.
12.2 Nguyên nhân nào khiến pít tông bị kẹt sau khi tắt nguồn?
Nếu lực từ dư trong cuộn dây điện từ quá lớn, pít tông sẽ bị kẹt và không thể trở lại vị trí ban đầu vì lực dư lớn hơn lực hấp dẫn hoặc lực của lò xo hồi vị.
Nguyên nhân gây kẹt pít tông:
Không có khe hở không khí;
Lựa chọn vật liệu kém;
Lực lò xo hồi yếu;
Độ bão hòa từ tính cao;
12.3 Những loại nam châm điện nào bị ảnh hưởng nhiều hơn bởi từ dư?
Cuộn dây điện từ DC chịu ảnh hưởng nhiều hơn do sự từ hóa liên tục của các miền từ tính trong suốt quá trình hoạt động.
Các ứng dụng thường gặp vấn đề về từ dư bao gồm:
Van điện từ;
bơm định lượng;
khóa cửa;
nam châm điện quay;
thiết bị chính xác.
12.4 Các kỹ sư có thể giảm từ dư trong quá trình thiết kế bằng cách nào?
Có thể sử dụng các kỹ thuật sau để giảm từ dư trong cuộn dây điện từ:
Lựa chọn vật liệu từ mềm;
thêm khe hở không khí;
Lắp đặt miếng đệm không từ tính;
Đảm bảo không xảy ra hiện tượng bão hòa lực từ;
điều chỉnh lực lò xo;
12.5 Những vật liệu nào có khả năng giữ lại thấp?
Vật liệu từ mềm bao gồm
sắt nguyên chất;
thép silic;
Thép không gỉ mềm.
Nên tránh sử dụng vật liệu từ cứng trong ứng dụng.
12.6 Lò xo hồi có thể giảm thiểu vấn đề từ dư không?
Một lò xo cơ học giúp pít tông tách khỏi lõi sau khi tắt nguồn.
Do đó, nam châm điện sử dụng cơ chế lò xo hồi vị có hiệu suất tốt hơn trong việc chuyển mạch nhanh.
12.7 Tại sao khe hở không khí đóng vai trò quan trọng trong thiết kế van điện từ?
Khe hở không khí trong thiết kế cuộn dây điện từ đảm bảo khoảng cách giữa lõi và phần ứng, do đó tránh được sự tiếp xúc hoàn toàn giữa các bề mặt từ tính, làm giảm từ dư.
Ưu điểm của thiết kế khe hở không khí:
Tăng tốc độ giải phóng;
giảm lực từ dư;
Đảm bảo tính nhất quán trong việc phát hành;
12.8 Từ dư có thể gây hư hại cho cuộn dây điện từ không?
Bản thân từ dư không thể gây hại cho thiết bị, nhưng các sự cố vận hành do từ dư gây ra sẽ dẫn đến hao mòn theo thời gian.
12.9 Sự khác biệt giữa từ dư và từ vĩnh cửu là gì?
Sự khác biệt giữa từ tính vĩnh cửu và từ tính dư:
Thuật ngữ "vĩnh cửu" đề cập đến từ tính được tạo ra một cách có chủ đích, duy trì lực từ trường bền vững;
Trong khi đó, từ dư có nghĩa là sự từ hóa không chủ ý của vật liệu có khả năng nhiễm từ.
12.10 Làm thế nào để kiểm tra từ dư trong cuộn dây điện từ?
Các tiêu chí kiểm tra bao gồm:
thời gian để nhả pít tông sau khi tắt nguồn;
lực giữ;
khoảng cách phóng điện;
Mật độ từ thông;
Hiệu suất vòng đời.
