MAGNABEND - FUNCȚIONARE CIRCUIT
Dosarul din tablă Magnabend este proiectat ca un electromagnet de strângere DC.
Cel mai simplu circuit necesar pentru a conduce bobina electromagnetică constă numai dintr-un comutator și un redresor în punte:
Figura 1: Circuit minim:
Trebuie remarcat faptul că comutatorul ON/OFF este conectat pe partea AC a circuitului.Acest lucru permite curentului inductiv al bobinei să circule prin diodele din redresorul în punte după oprire, până când curentul scade exponențial la zero.
(Diodele din punte acționează ca diode „fly-back”).
Pentru o operare mai sigură și mai convenabilă, este de dorit să existe un circuit care să asigure o blocare cu 2 mâini și, de asemenea, strângere în 2 etape.Sistemul de blocare cu două mâini ajută la asigurarea faptului că degetele nu pot fi prinse sub bara de prindere, iar strângerea în etape oferă o pornire mai blândă și, de asemenea, permite unei mâini să țină lucrurile pe loc până când pre-prinderea este activată.
Figura 2: Circuit cu interblocare și prindere în 2 etape:
Când butonul START este apăsat, o tensiune mică este furnizată bobinei magnetului prin intermediul condensatorului AC, producând astfel un efect de prindere ușor.Această metodă reactivă de limitare a curentului către bobină nu implică o disipare semnificativă a puterii în dispozitivul de limitare (condensatorul).
Prinderea completă este obținută atunci când atât comutatorul acționat de fascicul de îndoire, cât și butonul START sunt acționate împreună.
De obicei, butonul START ar fi apăsat mai întâi (cu mâna stângă) și apoi mânerul grinzii de îndoire ar fi tras cu cealaltă mână.Prinderea completă nu va avea loc decât dacă există o suprapunere în funcționarea celor 2 comutatoare.Cu toate acestea, odată ce strângerea completă este stabilită, nu este necesar să mențineți apăsat butonul START.
Magnetism rezidual
O problemă mică, dar semnificativă, cu mașina Magnabend, ca și în cazul majorității electromagneților, este problema magnetismului rezidual.Aceasta este cantitatea mică de magnetism care rămâne după ce magnetul este OPRIT.Aceasta face ca barele de prindere să rămână slab fixate de corpul magnetului, ceea ce face dificilă îndepărtarea piesei de prelucrat.
Utilizarea fierului moale magnetic este una dintre multele abordări posibile pentru a depăși magnetismul rezidual.
Cu toate acestea, acest material este greu de obținut la dimensiunile stocului și, de asemenea, este moale din punct de vedere fizic, ceea ce înseamnă că ar fi ușor deteriorat într-o mașină de îndoit.
Includerea unui spațiu nemagnetic în circuitul magnetic este poate cea mai simplă modalitate de a reduce magnetismul rămas.Această metodă este eficientă și este destul de ușor de realizat într-un corp de magnet fabricat - doar încorporează o bucată de carton sau aluminiu cu o grosime de aproximativ 0,2 mm între, de exemplu, stâlpul frontal și piesa de miez înainte de a fixa piesele magnetului împreună.Principalul dezavantaj al acestei metode este că spațiul nemagnetic reduce fluxul disponibil pentru prinderea completă.De asemenea, nu este simplu să încorporați spațiul într-un corp de magnet dintr-o singură bucată, așa cum este utilizat pentru designul magnetului de tip E.
Un câmp de polarizare inversă, produs de o bobină auxiliară, este, de asemenea, o metodă eficientă.Dar implică o complexitate suplimentară nejustificată în fabricarea bobinei și, de asemenea, în circuitul de control, deși a fost folosit pentru scurt timp într-un design Magnabend timpuriu.
O oscilație în descompunere („ringing”) este conceptual o metodă foarte bună de demagnetizare.
Aceste fotografii ale osciloscopului descriu tensiunea (urma de sus) și curentul (urma de jos) într-o bobină Magnabend cu un condensator adecvat conectat peste ea pentru a o face să oscileze singur.(Sursa de curent alternativ a fost oprită aproximativ în mijlocul imaginii).
Prima imagine este pentru un circuit magnetic deschis, adică fără bară de prindere pe magnet.A doua imagine este pentru un circuit magnetic închis, adică cu o clemă de lungime completă pe magnet.
În prima imagine tensiunea prezintă o oscilație în descompunere (soneria), la fel și curentul (urma inferioară), dar în a doua imagine tensiunea nu oscilează și curentul nici măcar nu reușește să se inverseze deloc.Aceasta înseamnă că nu ar exista nicio oscilație a fluxului magnetic și, prin urmare, nicio anulare a magnetismului rezidual.
Problema este că magnetul este prea puternic amortizat, în principal din cauza pierderilor de curenți turbionari din oțel și, prin urmare, din păcate, această metodă nu funcționează pentru Magnabend.
Oscilația forțată este încă o altă idee.Dacă magnetul este prea amortizat pentru a se auto-oscila, atunci acesta ar putea fi forțat să oscileze de circuitele active care furnizează energie după cum este necesar.Acest lucru a fost investigat amănunțit și pentru Magnabend.Principalul său dezavantaj este că implică circuite prea complicate.
Demagnetizarea cu impuls invers este metoda care sa dovedit cea mai rentabilă pentru Magnabend.Detaliile acestui design reprezintă o lucrare originală realizată de Magnetic Engineering Pty Ltd. Urmează o discuție detaliată:
DEMAGNETIZAREA INVERS-PULSE
Esența acestei idei este de a stoca energie într-un condensator și apoi de a o elibera în bobină imediat după ce magnetul este oprit.Polaritatea trebuie să fie astfel încât condensatorul să inducă un curent invers în bobină.Cantitatea de energie stocată în condensator poate fi adaptată pentru a fi suficientă pentru a anula magnetismul rezidual.(Prea multă energie ar putea exagera și re-magnetiza magnetul în direcția opusă).
Un alt avantaj al metodei cu impuls invers este că produce o demagnetizare foarte rapidă și o eliberare aproape instantanee a clemei de la magnet.Acest lucru se datorează faptului că nu este necesar să așteptați ca curentul bobinei să scadă la zero înainte de a conecta impulsul invers.La aplicarea impulsului, curentul bobinei este forțat la zero (și apoi invers) mult mai repede decât ar fi fost decăderea exponențială normală.
Figura 3: Circuitul de bază cu impuls invers
Acum, în mod normal, plasarea unui contact între redresor și bobina magnetică „se joacă cu focul”.
Acest lucru se datorează faptului că un curent inductiv nu poate fi întrerupt brusc.Dacă este, contactele comutatorului se vor arcui și comutatorul va fi deteriorat sau chiar complet distrus.(Echivalentul mecanic ar fi încercarea de a opri brusc un volant).
Astfel, indiferent de circuitul conceput, acesta trebuie să ofere o cale eficientă pentru curentul bobinei în orice moment, inclusiv pentru câteva milisecunde în timp ce contactul comutatorului se schimbă.
Circuitul de mai sus, care constă doar din 2 condensatoare și 2 diode (plus un contact releu), realizează funcțiile de încărcare a condensatorului de stocare la o tensiune negativă (față de partea de referință a bobinei) și oferă, de asemenea, o cale alternativă pentru bobină. curent în timp ce contactul releului este în mers.
Cum functioneaza:
În general, D1 și C2 acționează ca o pompă de încărcare pentru C1, în timp ce D2 este o diodă de fixare care împiedică punctul B să devină pozitiv.
În timp ce magnetul este PORNIT, contactul releului va fi conectat la terminalul său „normal deschis” (NO), iar magnetul își va face treaba normală de a fixa tabla.Pompa de încărcare va încărca C1 la o tensiune negativă de vârf egală ca mărime cu tensiunea de vârf a bobinei.Tensiunea de pe C1 va crește exponențial, dar se va încărca complet în aproximativ 1/2 pe secundă.
Apoi rămâne în acea stare până când aparatul este OPRIT.
Imediat după oprire releul se menține pentru o perioadă scurtă de timp.În acest timp, curentul înalt inductiv al bobinei va continua să circule prin diodele din redresorul în punte.Acum, după o întârziere de aproximativ 30 de milisecunde, contactul releului va începe să se separe.Curentul bobinei nu mai poate trece prin diodele redresoare, ci găsește o cale prin C1, D1 și C2.Direcția acestui curent este astfel încât va crește și mai mult sarcina negativă pe C1 și va începe să încarce și C2.
Valoarea lui C2 trebuie să fie suficient de mare pentru a controla rata de creștere a tensiunii pe contactul releului de deschidere pentru a se asigura că nu se formează un arc.O valoare de aproximativ 5 microfarad per amperi de curent al bobinei este adecvată pentru un releu tipic.
Figura 4 de mai jos prezintă detaliile formelor de undă care apar în prima jumătate de secundă după oprire.Rampa de tensiune care este controlată de C2 este clar vizibilă pe urma roșie din mijlocul figurii, este etichetată „Contact releu din zbor”.(Timpul real de zbor peste poate fi dedus din această urmă; este de aproximativ 1,5 ms).
De îndată ce armătura releului aterizează pe terminalul său NC, condensatorul de stocare încărcat negativ este conectat la bobina magnetică.Acest lucru nu inversează imediat curentul bobinei, dar curentul rulează acum „în sus” și astfel este forțat rapid la zero și spre un vârf negativ care apare la aproximativ 80 ms după conectarea condensatorului de stocare.(A se vedea figura 5).Curentul negativ va induce un flux negativ în magnet care va anula magnetismul rezidual, iar clema și piesa de lucru vor fi eliberate rapid.
Figura 4: Forme de undă extinse
Figura 5: Forme de undă de tensiune și curent pe bobina magnetică
Figura 5 de mai sus prezintă formele de undă ale tensiunii și curentului de pe bobina magnetului în timpul fazei de pre-prindere, fazei de strângere completă și fazei de demagnetizare.
Se crede că simplitatea și eficacitatea acestui circuit de demagnetizare ar trebui să însemne că va găsi aplicație în alți electromagneți care au nevoie de demagnetizare.Chiar dacă magnetismul rezidual nu este o problemă, acest circuit ar putea fi totuși foarte util pentru a comuta foarte repede curentul bobinei la zero și, prin urmare, pentru a oferi o eliberare rapidă.
Circuit practic Magnabend:
Conceptele de circuit discutate mai sus pot fi combinate într-un circuit complet atât cu interblocare cu două mâini, cât și cu demagnetizare a impulsului invers, așa cum se arată mai jos (Figura 6):
Figura 6: Circuit combinat
Acest circuit va funcționa, dar, din păcate, este oarecum nefiabil.
Pentru a obține o funcționare fiabilă și o durată de viață mai lungă a comutatorului, este necesar să adăugați câteva componente suplimentare la circuitul de bază, așa cum se arată mai jos (Figura 7):
Figura 7: Circuit combinat cu rafinamente
SW1:
Acesta este un întrerupător de izolare cu 2 poli.Este adăugat pentru comoditate și pentru a respecta standardele electrice.De asemenea, este de dorit ca acest comutator să încorporeze un indicator luminos de neon pentru a arăta starea ON/OFF a circuitului.
D3 și C4:
Fără D3, blocarea releului este nesigură și depinde oarecum de fazarea formei de undă a rețelei în momentul funcționării comutatorului fasciculului de îndoire.D3 introduce o întârziere (de obicei 30 milisecunde) în abandonarea releului.Acest lucru depășește problema de blocare și este, de asemenea, benefic să existe o întârziere a abandonului chiar înainte de debutul pulsului de demagnetizare (mai târziu în ciclu).C4 asigură cuplarea AC a circuitului releului, care altfel ar fi un scurtcircuit cu jumătate de undă atunci când butonul START a fost apăsat.
THERM.INTRERUPATOR:
Acest comutator are carcasa în contact cu corpul magnetului și se va deschide în circuit dacă magnetul devine prea fierbinte (>70 C).Punerea în serie cu bobina releului înseamnă că trebuie să comute doar curentul mic prin bobina releului, mai degrabă decât curentul complet al magnetului.
R2:
Când butonul START este apăsat, releul se trage și apoi va exista un curent de aprindere care încarcă C3 prin redresorul în punte, C2 și dioda D2.Fără R2 nu ar exista rezistență în acest circuit, iar curentul ridicat rezultat ar putea deteriora contactele comutatorului START.
De asemenea, există o altă condiție a circuitului în care R2 oferă protecție: dacă comutatorul fasciculului de îndoire (SW2) se deplasează de la terminalul NO (unde ar transporta curentul complet al magnetului) la terminalul NC, atunci de multe ori s-ar forma un arc și dacă Comutatorul START era încă ținut în acest moment, atunci C3 ar fi de fapt scurtcircuitat și, în funcție de cât de multă tensiune era pe C3, atunci acest lucru ar putea deteriora SW2.Cu toate acestea, din nou R2 ar limita acest curent de scurtcircuit la o valoare sigură.R2 are nevoie doar de o valoare scăzută a rezistenței (de obicei 2 ohmi) pentru a oferi o protecție suficientă.
Varistor:
Varistorul, care este conectat între bornele AC ale redresorului, în mod normal nu face nimic.Dar dacă există o supratensiune pe rețea (de exemplu, din cauza unei lovituri de fulger în apropiere), atunci varistorul va absorbi energia din supratensiune și va preveni ca vârful de tensiune să deterioreze puntea de redre.
R1:
Dacă butonul START ar fi apăsat în timpul unui impuls de demagnetizare, atunci acest lucru ar cauza probabil un arc la contactul releului care, la rândul său, ar scurtcircuita virtual C1 (condensatorul de stocare).Energia condensatorului ar fi aruncată în circuitul format din C1, puntea de redresare și arcul din releu.Fără R1 există foarte puțină rezistență în acest circuit și deci curentul ar fi foarte mare și ar fi suficient pentru a suda contactele din releu.R1 oferă protecție în această eventualitate (oarecum neobișnuită).
Notă specială privind alegerea R1:
Dacă eventualitatea descrisă mai sus apare, atunci R1 va absorbi practic toată energia care a fost stocată în C1, indiferent de valoarea reală a lui R1.Dorim ca R1 să fie mare în comparație cu alte rezistențe de circuit, dar mic în comparație cu rezistența bobinei Magnabend (altfel R1 ar reduce eficiența impulsului de demagnetizare).O valoare de aproximativ 5 până la 10 ohmi ar fi potrivită, dar ce putere nominală ar trebui să aibă R1?Ceea ce trebuie cu adevărat să specificăm este puterea impulsului, sau evaluarea energetică a rezistorului.Dar această caracteristică nu este de obicei specificată pentru rezistențele de putere.Rezistoarele de putere de valoare mică sunt de obicei bobinate cu sârmă și am stabilit că factorul critic de căutat în acest rezistor este cantitatea de sârmă reală utilizată în construcția sa.Trebuie să deschideți o probă de rezistență și să măsurați ecartamentul și lungimea firului utilizat.Din aceasta calculați volumul total al firului și apoi alegeți un rezistor cu cel puțin 20 mm3 de fir.
(De exemplu, un rezistor de 6,8 ohmi/11 wați de la RS Components s-a dovedit a avea un volum de fir de 24 mm3).
Din fericire, aceste componente suplimentare au dimensiuni și costuri mici și, prin urmare, adaugă doar câțiva dolari la costul total al electricității Magnabend.
Există o parte suplimentară de circuite care nu a fost încă discutată.Acest lucru depășește o problemă relativ minoră:
Dacă butonul START este apăsat și nu este urmat de tragerea de mâner (care altfel ar oferi o strângere completă), atunci condensatorul de stocare nu va fi încărcat complet și impulsul de demagnetizare care rezultă la eliberarea butonului START nu va demagnetiza complet mașina. .Colierul ar rămâne apoi lipit de mașină și asta ar fi o pacoste.
Adăugarea lui D4 și R3, prezentate cu albastru în Figura 8 de mai jos, alimentează o formă de undă adecvată în circuitul pompei de încărcare pentru a se asigura că C1 este încărcat chiar dacă nu este aplicată fixarea completă.(Valoarea lui R3 nu este critică - 220 ohmi/10 wați s-ar potrivi cu majoritatea mașinilor).
Figura 8: Circuit cu demagnetizare numai după „START”:
Pentru mai multe informații despre componentele circuitului, consultați secțiunea Componente din „Construiți-vă propriul Magnabend”
În scopuri de referință, diagramele complete ale circuitelor de 240 V AC, mașini Magnabend de tip E produse de Magnetic Engineering Pty Ltd sunt prezentate mai jos.
Rețineți că pentru funcționarea la 115 VAC ar trebui modificate multe valori ale componentelor.
Magnetic Engineering a încetat producția de mașini Magnabend în 2003, când afacerea a fost vândută.
Notă: Discuția de mai sus a fost menită să explice principiile principale ale funcționării circuitului și nu au fost acoperite toate detaliile.Circuitele complete prezentate mai sus sunt incluse și în manualele Magnabend, care sunt disponibile în altă parte pe acest site.
De asemenea, trebuie remarcat faptul că am dezvoltat versiuni complet cu stare solidă ale acestui circuit care au folosit IGBT-uri în loc de un releu pentru a comuta curentul.
Circuitul în stare solidă nu a fost niciodată folosit la nicio mașină Magnabend, ci a fost folosit pentru magneți speciali pe care i-am fabricat pentru liniile de producție.Aceste linii de producție au rezultat de obicei 5.000 de articole (cum ar fi o ușă de frigider) pe zi.
Magnetic Engineering a încetat producția de mașini Magnabend în 2003, când afacerea a fost vândută.
Vă rugăm să utilizați linkul Contact Alan de pe acest site pentru a căuta mai multe informații.