Solenoid Force Optimization: Maksimum Təsir üçün Strategiyalar

Elektromaqnit / solenoidin optimal işləməsinə nail olmaq və maksimum güc əldə etmək üçün solenoid bobininin dizaynını, solenoid korpusunun materialını, quruluşunu nəzərdən keçirmək və optimallaşdırmaq lazımdır. Solenoid dizaynına başladıqdan sonra, solenoid bobininin növbələrinin sayını, mükəmməl DC enerji mənbəyini və güc cərəyanını, mis rulon materiallarının seçimini və metal materialların maqnit keçiriciliyini dizayn etmək vacibdir. Elektromaqnitin maksimum gücünü optimallaşdırmaq üçün aşağıdakı aspektləri optimallaşdırmaq lazımdır.

Mündəricat

Fəsil 1: Solenoid Bobin Dizaynı

Fəsil 2: Tel seçimi

Fəsil 3. Bobin quruluşu və maqnit dövrəsinin dizaynı

Fəsil 4. Elektromaqnit üçün metal hissələrin materiallarının seçilməsi

Fəsil 5. İzolyasiya və istilik yayma materiallarının seçilməsi

Fəsil 6: Enerji mənbəyi və idarəetmə sisteminin dizaynı

Fəsil 7: Nümunə testi və tənzimlənməsi

Fəsil 8. Sarma dizaynından başqa hansı digər amillər qüvvəyə təsir edəcək

Fəsil 9: Enerji təchizatı və cərəyan xüsusiyyətləri Təsir

Fəsil 10. İş mühiti

Fəsil 11: Digər amillər

Fəsil 12: Müvəffəqiyyətli Tədqiqatlar

Fəsil 13: Xülasə

 

Fəsil 1:Solenoid BobinDizayn

Solenoid bobinin növbələrinin sayı elektromaqnitin qüvvəsinə təsir edən mühüm amildir. Müəyyən cərəyan və solenoid bobin həcmi altında, solenoid rulonların daha çox növbəsi, daha çox güc olacaqdır. Çünki daha çox dolama növbələri, solenoid bobin tərəfindən daha güclü solenoid qüvvəsi yarana bilər. Buna görə də, elektromaqnit dizayn edərkən, mümkün qədər sarım növbələrinin sayını artırmağa çalışın.

Mis rulon da solenoid qüvvəsinə böyük təsir göstərir. İdeal mis rulonun yüksək keçiriciliyi və maqnit keçiriciliyi olmalıdır. Yüksək keçiriciliyə malik materiallar müqaviməti azalda və solenoid tətbiqi zamanı enerji itkisini azalda bilər; yüksək maqnit keçiriciliyi olan materiallar maqnit sahəsinin gücünü artıra bilər. Buna görə, solenoid üçün mis rulonu seçərkən, yaxşı keçiriciliyə və yüksək maqnit keçiriciliyinə malik mis seçilməlidir. Güc cərəyanı sabitdirsə, daha az döngə qurmaq üçün böyük diametrli mis məftildən də istifadə edə bilərsiniz (bu, müqaviməti azalda bilər və istilikdən qaça bilər). Seqmentli sarma: Çox qat sararkən, təbəqələrarası tutumu azaltmaq və bobin səmərəliliyini artırmaq üçün "pətək" və ya "seqmentli" sarma üsullarından istifadə edin.

Fəsil 2: Mis məftil seçimi

Şərh standartı üçün Pls sıxlığı seçin: 3-5 kvadrat metr mis məftil və yüksək cari əməliyyatda 6-8 kvadrat metr mis telə qədər artırıla bilər, lakin istilik yayılması dizaynını gücləndirmək lazımdır. Ekstremal vəziyyətdə mis rulon dizaynı üçün müqaviməti aradan qaldırmaq və ultra böyük cərəyan əldə etmək üçün aşağı temperaturlu mühitlərdə superkeçirici məftillərdən (məsələn, niobium-titan ərintisi kimi) istifadə edilə bilər. Litz teli (bir-birinə bükülmüş izolyasiya edilmiş nazik naqillərin çoxlu telləri) dəri effekti itkilərini azaltmaq üçün yüksək tezlikli ssenarilər üçün tələb olunur.

Fəsil 3. Bobin quruluşu və maqnit dövrəsinin dizaynı

Əsas korpusun forması: Qapalı maqnit dövrəsini yaratmaq və maqnit sızmasını azaltmaq üçün "U tipli" və ya "E-tipli" nüvələrə üstünlük verilir. Məsələn, armaturlu U şəkilli nüvə simmetrik bir maqnit dövrə yarada və maqnit qüvvə xətlərini cəmləyə bilər. Əsas korpusun kəsişmə sahəsi solenoid bobinə uyğun olmalıdır. Kesiti sahəsi çox kiçik olarsa, bu, maqnit doymasına gətirib çıxaracaq və emiş gücünü azaldır.

Fəsil 4. metal hissələrin materiallarının seçilməsi

Əsas material maqnit müqavimətini azalda bilən yüksək maqnit keçiriciliyi olan silikon polad təbəqələr və ya yumşaq ferrit materiallar olmalıdır.

Laminasiya edilmiş struktur: AC elektromaqnitləri burulğan cərəyanı itkilərini azaltmaq üçün laminatlı nüvələrdən (çarşaflar arasında izolyasiya) istifadə etməlidir; DC elektromaqnitləri sürüşmə çubuqları və ya üst çubuqlar hazırlamaq üçün aşağı karbonlu polad nüvənin (məsələn, təmiz dəmir) bütün parçasını istifadə edə bilər.

Fəsil 5. İzolyasiya lentinin və istilik yayıcı materialların seçilməsi

İzolyasiya təbəqəsi: Təhlükəsiz cərəyan sıxlığını artırmaq üçün yüksək temperatura davamlı emaye məftil (məsələn, 200°C-yə davamlı poliimid emaye məftil) tələb olunur. Solenoid bobini daha yaxşı qoruya bilər.

İstilik yayma dizaynı: Mümkünsə, solenoid bobini istilik keçirici silikon və ya alüminium soyuducu ilə sarılır.

Xüsusi ehtiyac olduqda, hava soyutma və ya maye soyutma (məsələn, yağ soyutma) cihazını da gücləndirə bilərsiniz. Bu dizayn uzunmüddətli yüksək cərəyan əməliyyatı olan mühitlər üçün uyğundur.

Fəsil 6: Enerji mənbəyi və idarəetmə sisteminin dizaynı

DC enerji təchizatı seçimi: sabit cərəyanla, emiş qüvvəsi sabit olmalıdır, uzunmüddətli davamlı emiş qüvvəsi olan səhnələr üçün uyğun olmalıdır (məsələn, elektromaqnit emiş kuboku).

Pulse enerji təchizatı: qısa müddətə yüksək cərəyan tətbiq edin (məsələn, kondansatör boşalması), əmmə gücünü dərhal artırın və bobinin istilik dözümlülüyünə diqqət yetirin.

Gərginliyin uyğunlaşdırılması: həddindən artıq gərginliyin yanması və ya qeyri-kafi əmmə qüvvəsinə səbəb olan aşağı gərginliyin qarşısını almaq üçün bobin müqavimətinə uyğun olaraq enerji təchizatı gərginliyini hesablayın.

İdarəetmə dövrəsinin dizaynı

Güc Başlanğıc mənbəyi: cərəyanı tədricən artırmaq lazımdır ki, bu da dalğalanmanın təsirini azalda və solenoid bobinin xidmət müddətini uzada bilər.

Geribildirim tənzimlənməsi: sabit emiş gücünü saxlamaq üçün real vaxtda güc çıxışını tənzimləmək üçün cari sensor əlavə edin (məsələn, qapalı dövrəli PID nəzarəti).

Sürətli demaqnitləşdirmə dövrəsi: elektrik kəsildikdən sonra qalıq maqnitizm armaturun yapışmasının qarşısını almaq üçün əks impuls və ya boşalma rezistoru vasitəsilə aradan qaldırılır.

Fəsil 7: Nümunə testi və tənzimlənməsi

Qüvvə testi: Müxtəlif cərəyanlar və dönmələr altında emiş gücünü ölçmək, müxtəlif cərəyan qüvvələrinin əyrisini çəkmək və pik nöqtəni tapmaq üçün güc ölçəndən istifadə edin. Ətraf mühitin temperaturunun bobin müqavimətinə təsirinə diqqət yetirin (mis telin temperaturunda hər 1°C artım üçün müqavimət 0,4% artır).

Parametrlərin təkrarlanması:

Əvvəlcə növbələrin sayını düzəldin, ən yaxşı iş nöqtəsini tapmaq üçün cərəyanı tənzimləyin; sonra növbələrin sayını tənzimləyin, testi təkrarlayın və emiş qüvvəsi və istilik əmələ gəlməsini tarazlayın.

Müxtəlif əsas materialların emiş gücü əyrilərini müqayisə edin və ən sərfəli həlli seçin.

Fəsil 8. Sarma dizaynından başqa hansı digər amillər qüvvəyə təsir edəcək

Sarma dizaynına əlavə olaraq, elektromaqnitin emiş qüvvəsi də material xüsusiyyətləri, struktur parametrləri, enerji təchizatı xüsusiyyətləri və iş mühiti kimi bir çox amillərdən təsirlənir. Aşağıdakılar xüsusi bir analizdir:

8.1 Material xassələri Təsir

1. Əsas materialların maqnit xüsusiyyətləri

Maqnit keçiriciliyi (μ): Mis bobinin maqnit keçiriciliyi maqnit dövrəsinin maqnit müqavimətinə təsir göstərir.

Yüksək maqnit keçiriciliyi olan materiallar (məsələn, silikon polad təbəqələr və Permalloy) maqnit güc xətlərini daha konsentrasiya edə bilər, sızma maqnit axını azalda bilər və solenoid qüvvəsini əhəmiyyətli dərəcədə yaxşılaşdıra bilər. Məsələn, Permalloyun (μₐ≈10⁵) emiş gücü adi dəmir materiallarından 10 dəfə çox ola bilər.

Materialın aşağı maqnit keçiriciliyi varsa (məsələn, hava μ≈μ₀), maqnitomotor qüvvənin (Nİ) böyük hissəsi hava boşluğunda istehlak ediləcək və nəticədə emiş qüvvəsi əhəmiyyətli dərəcədə azalacaqdır.

Doyma maqnit induksiyası intensivliyi (Bₛ) Növdə maqnit axınının sıxlığı doyma dəyərini aşdıqda, maqnit keçiriciliyi kəskin şəkildə aşağı düşür və emiş gücünün artımı durğunlaşır.

Məsələn, silikon polad təbəqələrin Bₛ dəyəri təxminən 1,5-1,8T-dir. Bu dəyəri keçdikdən sonra, cərəyan artırsa belə, emiş gücünü artırmaq çətindir.

Məcburiyyət qüvvəsi (Hₙ) və remanentlik Yüksək məcburiyyət qüvvəsi olan materiallar (məsələn, bərk maqnit materialları) elektrik kəsildikdən sonra böyük qalıqlara malikdir və bu, armaturun sərbəst buraxıla bilməməsinə səbəb ola bilər; yumşaq maqnit materialları (məsələn, təmiz dəmir) tez maqnitsizləşdirilə bilər ki, bu da tez-tez başlama və dayanma tələb edən səhnələr üçün uyğundur.

8.2. Armatur və əsas materialların uyğunluğu

Armatur əsas materialın maqnit xüsusiyyətlərinə uyğun olmalıdır, əks halda kəsikli maqnit müqaviməti səbəbindən qüvvə itiriləcəkdir. Məsələn:

Özü silikon poladdan, armatur isə adi poladdan hazırlanır. İnterfeys maqnit müqavimətinin artması səbəbindən emiş qüvvəsi 10-20% azala bilər.

İdeal vəziyyət, nüvənin və armaturun eyni materialdan hazırlanması və təmas səthinin hamar olmasıdır (pürüzlülük ≤Ra1.6μm), hava boşluğunun ekvivalent məsafəsini azaldır.

8.3. Qeyri-maqnit materialların təsiri

Bobin skeletləri və izolyasiya təbəqələri kimi qeyri-maqnit komponentlər maqnit keçirici materiallardan (məsələn, dəmir skeletlər) hazırlanırsa, maqnit qüvvə xətləri manevr ediləcək və nəticədə emiş qüvvəsi azalacaq. Neylon və epoksi qatran kimi qeyri-maqnit keçirici materiallardan istifadə edilməlidir.

8.4. Struktur parametrlərin təsiri

Hava boşluğunun məsafəsi Hava boşluğu nə qədər kiçik olsa, emiş qüvvəsi kvadrat ardıcıllıqla artır. Nümunə: Əgər hava boşluğu 2 mm-dən 1 mm-ə endirilirsə, emiş qüvvəsi 4 dəfə artırıla bilər.

Praktik məhdudiyyətlər: Armaturun hərəkət sahəsini qoruyub saxlamaq lazımdır (məsələn, elektromaqnit relesinin 0,1-0,5 mm vuruş ehtiyatı lazımdır) və hava boşluğu çox kiçikdirsə, toz və deformasiya səbəbindən asanlıqla ilişib qala bilər.

8.5 Maqnit qütb sahəsi (A)

Maqnit qütbünün sahəsini birbaşa nisbətdə artırmaq solenoid qüvvəsini birbaşa artıra bilər.

Nümunə: Maqnit dirəyinin diametri 10 mm-dən 20 mm-ə qədər artdıqda (sahə 4 dəfə artır), udma qüvvəsi müvafiq olaraq 4 dəfə artır (digər şərtlər dəyişməz qaldıqda). Kənar effekti: Maqnit qütbünün kənarındakı maqnit qüvvə xətlərinin fərqliliyi effektiv sahəni azaldacaq. Maqnit qüvvə xətləri küncləri yuvarlaqlaşdırmaqla (R=1-2mm) və ya bir maqnit halqa əlavə etməklə (məsələn, yumşaq maqnit ərintisi halqası) cəmləşdirilə bilər.

Fəsil 9: Enerji təchizatı və cərəyan xüsusiyyətləri Təsir

9.1: Cari növü (DC/AC)

DC cərəyanının xüsusiyyətləri: sabit maqnit sahəsi, burulğan cərəyanı itkisi yoxdur, kiçik əmmə dalğalanması, daimi emiş qüvvəsi tələb edən səhnələr üçün uyğundur (məsələn, elektromaqnit sorma fincanları).

DC cərəyanının dezavantajları: elektrik kəsilməsindən sonra qalıq maqnitizm armaturun sərbəst buraxılmasına təsir göstərə bilər və demaqnitləşdirmə dövrəsi tələb olunur.

AC cərəyanı:

Maqnit sahəsi zamanla dəyişir, budaqlı cərəyan itkisi (dəmir nüvənin qızması) və histerezis itkisi yaradacaq və emiş qüvvəsi vaxtaşırı dəyişəcək (tezlik güc tezliyindən iki dəfədir).

Üstünlüklər: Maqnitsizləşdirmə tələb olunmur, yüksək tezlikli start-stop ssenariləri üçün uyğundur (məsələn, AC kontaktorları), lakin emiş zirvəsi eyni DC cərəyanının təxminən 80%-ni təşkil edir.

9.2. Cari dalğa forması və dalğalanma

Nəbz cərəyanının (məsələn, kvadrat dalğa və sinus dalğası kimi) orta əmmə qüvvəsi DC cərəyanından aşağıdır. Məsələn:

50% vəzifə dövrü ilə kvadrat dalğa cərəyanı eyni pik DC cərəyanının yalnız 50% orta əmmə qüvvəsinə malikdir, lakin ani pik emiş qüvvəsi eynidır (bobinin istilik dözümlülüyünə diqqət yetirin).

Böyük dalğalanma əmsalı olan enerji təchizatı armatur vibrasiyasına (məsələn, "vızıltı" səsi kimi) səbəb ola biləcək əmmə qüvvəsinin dalğalanmasına səbəb olacaq və cərəyanı sabitləşdirmək üçün filtr kondansatörü tələb olunur.

3. Enerji təchizatı gücü və daxili müqavimət

Enerji təchizatının daxili müqaviməti çox böyük olduqda, sargıya enerji verildikdən sonra gərginlik düşür, faktiki cərəyan dizayn dəyərindən aşağı olur və emiş qüvvəsi qeyri-kafi olur. Məsələn:

Daxili müqaviməti 1Ω olan 12V enerji təchizatı 10Ω bobinə enerji verdikdə, faktiki cərəyan 1.09A (ideal dəyər 1.2A) təşkil edir və emiş qüvvəsi təxminən 17% azalır.

Dinamik cavab ssenariləri (sürətli əmmə kimi) enerji təchizatının qısamüddətli böyük cərəyan (məsələn, kondansatör enerji saxlama enerji təchizatı) təmin etməsini tələb edir, əks halda cərəyanın yavaş yüksəlməsi emiş vaxtının uzadılmasına səbəb olacaq.

 

Fəsil 10. İş mühiti

1. Temperatur

Mis bobin müqavimətinin dəyişməsi: Mis naqilin temperaturunda hər 10℃ artım üçün müqavimət 4% artır, nəticədə cərəyan azalır və emiş qüvvəsi azalır. Məsələn: Bobin 25℃-dən 65℃-ə qədər qızdırıldıqda müqavimət 16% artır. Enerji təchizatı gərginliyi dəyişməz qalırsa, cərəyan 14% azalır və emiş gücü təxminən 27% azalır. Materialın maqnit xassələrinin pisləşməsi: Yüksək temperaturlarda silikon polad təbəqələrin maqnit keçiriciliyi 10%-20% azala bilər və ferritlər Küri temperaturunu (məsələn, Mn-Zn ferritləri təxminən 200 ℃) keçmək səbəbindən hətta maqnitliyini itirə bilər.

2. Maqnit sahəsinin müdaxiləsi

Ətrafdakı güclü maqnit sahələri (məsələn, digər elektromaqnitlər və mühərriklər) maqnit dövrəsinin təhrif edilməsinə və emiş istiqamətinin yerdəyişməsinə səbəb ola bilər. Məsələn:

Bir-birindən 10 sm məsafədə olan iki elektromaqnit eyni vaxtda işlədikdə, qarşılıqlı müdaxilə emiş gücünü 5%-10% azalda bilər və izolyasiya üçün maqnit qoruyucu örtük (məsələn, yüksək keçiricilikli ərinti örtüyü) tələb olunur.

3. Mexanik gərginlik və deformasiya

Uzunmüddətli yüksək qüvvə şəraitində dəmir özək və ya armatur plastik deformasiyaya məruz qala bilər, nəticədə hava boşluğunun artması və ya kobud təmas səthi yaranır və emiş qüvvəsi ildən-ilə azalır.

Fəsil 11: Digər amillər

1. Sızma və maqnit qoruma

Solenoid bobinin xarici sızması elektromaqnit qüvvəsini istehlak edəcək, bu da aşağıdakı üsullarla azaldıla bilər:

Maqnit sızmasının maqnit dövrəsinə qayıtmasını istiqamətləndirmək üçün aşağı maqnit müqavimətli materialı (yumşaq dəmir kimi) dəmir nüvənin xarici ətrafına "maqnit boyunduruğu" kimi sarın.

Sızma maqnit qısaqapanmasının qarşısını almaq üçün maqnit keçirici komponentləri (boltlar, metal korpuslar kimi) dəmir nüvənin yaxınlığında yerləşdirməyin.

2. İstehsal prosesinin dəqiqliyi

Qeyri-bərabər sarma (məsələn, təbəqələr arasında çox böyük boşluqlar) maqnit sahəsinin qeyri-bərabər paylanmasına və sorma dalğalanmalarına səbəb olacaq;

Nüvə və armatur arasında montaj toleransları (məsələn, paralellik xətası > 0,05 mm) qeyri-bərabər hava boşluqlarına və yerli sorulma azalmasına səbəb olacaq.

Xülasə: Çox faktorlu əməkdaşlıq optimallaşdırma strategiyası

Elektromaqnitin sorulmasını maksimum dərəcədə artırmaq üçün aşağıdakı ziddiyyətləri balanslaşdırarkən "maqnit dövrəsinin bağlanması, yüksək material keçiriciliyi, hava boşluğunu minimuma endirmək və cərəyanı sabitləşdirmək" prinsiplərinə riayət etmək lazımdır:

Fəsil 12:Uğurlu Case Study

1. Elektromaqnit relay Bobin sarğı: incə emaye məftil, naqil diametri: 0,1-0,3 mm, sarım 2000-5000 növbə, enerji təchizatı DC 12V enerji təchizatı, cərəyan 20-50mA. Nüvə E-tipli silikon polad təbəqədən istifadə edir və sürətli əmmə və sərbəst buraxılması üçün hava boşluğu 0,5-1 mm-də idarə olunur.
2. Elektromaqnit çubuq

Sarma: Qalın mis telin yüzlərlə növbəsi (kesiti 10-20mm²), DC 220V enerji təchizatı, cərəyan onlarla amperə çata bilər.

Struktur: Çox qütblü massiv dizaynı, A dirək sahəsini artırın və istilik yayılması üçün su soyutma sistemi ilə əməkdaşlıq edin.

3. Ehtiyat tədbirləri

Təhlükəsizlik həddi: Telin cari daşıma qabiliyyətini aşan cərəyan izolyasiyanın yaşlanmasına və ya hətta yanğına səbəb olacaq və 20%-30% təhlükəsizlik marjası qorunmalıdır.

Maqnit doyma riski: Nüvənin maqnit axını doyma nöqtəsini keçdikdən sonra (məsələn, silikon polad təbəqələr üçün təxminən 1,5-1,8T), cərəyanın artması ilə emiş qüvvəsi artıq əhəmiyyətli dərəcədə artmır və maqnit simulyasiyasının yoxlanılması tələb olunur.

 

Fəsil 13: Xülasə

Bir sözlə, elektromaqnitin maksimum sorma hərəkətinə nail olmaq üçün bir çox aspektlərdən optimallaşdırma tələb olunur, o cümlədən dolama növbələrinin sayı, cərəyan ölçüsü, bobin materialı və əsas materialın maqnit keçiriciliyi və s. Ağlabatan dizayn və texniki xidmət sayəsində elektromaqnit ən yaxşı vəziyyətdə işləyə və maksimum sorma hərəkətinə nail ola bilər. Yuxarıda göstərilən üsulların hərtərəfli optimallaşdırılması sayəsində səmərəlilik, həyat və təhlükəsizlik nəzərə alınmaqla, elektromaqnitin emiş performansı maksimuma çatdırıla bilər. Praktik tətbiqlərdə məqsədyönlü dizayn xüsusi ehtiyaclarla (məsələn, emiş ölçüsü, reaksiya sürəti və iş vaxtı kimi) birlikdə həyata keçirilməlidir. Maksimum emiş hərəkətinə nail olmaq prosesində aşağıdakı tədbirlər də çox faydalıdır:

1. Bobin strukturunu optimallaşdırın: Maqnit sahəsinin gücünü artırmaq üçün bobinin sıxlığını artırmaq üçün çox qatlı sarma üsulundan istifadə edin.
2. Hava boşluğunu azaldın: Hava boşluğunun mövcudluğu maqnit sahəsini zəiflədəcək və hava boşluğunun azaldılması emiş qabiliyyətini artıra bilər. Elektromaqnit dizayn edərkən, emiş qabiliyyətini artırmaq üçün hava boşluğu minimuma endirilməlidir.
3. Uyğun sürücü rejimi seçin: Elektromaqnitin iş mühitinə və tələblərinə uyğun olaraq, elektromaqnitin ən yaxşı vəziyyətdə işləməsini təmin etmək üçün DC sürücüsü, AC sürücüsü və s. kimi uyğun bir sürücü rejimi seçin.
4. Daimi texniki qulluq: Elektromaqnitdən istifadə zamanı onun normal işləməsini təmin etmək üçün onu mütəmadi olaraq yoxlamaq və təmir etmək lazımdır. Eyni zamanda, elektromaqnit zədələnməməsi üçün vibrasiya və təsirdən qorunmalıdır.