MAGNABEND - PREVÁDZKA OBVODU
Plechový skladačka Magnabend je riešená ako DC upínací elektromagnet.
Najjednoduchší obvod potrebný na pohon elektromagnetickej cievky pozostáva iba zo spínača a mostového usmerňovača:
Obrázok 1: Minimálny obvod:
Treba poznamenať, že vypínač ON/OFF je zapojený na AC strane obvodu.To umožňuje, aby prúd indukčnej cievky cirkuloval cez diódy v mostíkovom usmerňovači po vypnutí, kým prúd neklesne exponenciálne na nulu.
(Diódy v mostíku fungujú ako "fly-back" diódy).
Pre bezpečnejšiu a pohodlnejšiu obsluhu je žiaduce mať obvod, ktorý poskytuje 2-ručné blokovanie a tiež 2-stupňové upínanie.2-ručné blokovanie pomáha zaistiť, že prsty nemôžu byť zachytené pod upínacou tyčou a stupňovité upínanie poskytuje mäkší štart a tiež umožňuje držať veci na mieste jednou rukou, kým sa neaktivuje predbežné upnutie.
Obrázok 2: Obvod s blokovaním a 2-stupňovým upínaním:
Keď sa stlačí tlačidlo ŠTART, cez AC kondenzátor sa do magnetovej cievky privedie malé napätie, čím sa vytvorí ľahký zvierací efekt.Tento reaktívny spôsob obmedzenia prúdu do cievky nezahŕňa žiadne významné straty výkonu v obmedzovacom zariadení (kondenzátor).
Úplné zovretie sa dosiahne, ak súčasne stlačíte spínač ovládaný ohýbacím lúčom a tlačidlo START.
Typicky sa najprv stlačí tlačidlo ŠTART (ľavou rukou) a potom sa druhou rukou potiahne rukoväť ohýbacieho nosníka.K úplnému zovretiu nedôjde, pokiaľ nedochádza k určitému prekrývaniu činnosti 2 spínačov.Po dosiahnutí úplného upnutia však už nie je potrebné držať tlačidlo ŠTART.
Zvyškový magnetizmus
Malý, ale významný problém so strojom Magnabend, rovnako ako u väčšiny elektromagnetov, je problém zvyškového magnetizmu.Toto je malé množstvo magnetizmu, ktoré zostane po vypnutí magnetu.Spôsobuje, že upínacie lišty zostávajú slabo upnuté k telesu magnetu, čím sa sťažuje vyberanie obrobku.
Použitie magneticky mäkkého železa je jedným z mnohých možných prístupov k prekonaniu zvyškového magnetizmu.
Tento materiál je však ťažko dostupný v skladových veľkostiach a tiež je fyzicky mäkký, čo znamená, že by sa v ohýbačke ľahko poškodil.
Začlenenie nemagnetickej medzery do magnetického obvodu je možno najjednoduchší spôsob, ako znížiť zvyškový magnetizmus.Táto metóda je efektívna a dá sa pomerne ľahko dosiahnuť vo vyrobenom tele magnetu - stačí začleniť kus kartónu alebo hliníka s hrúbkou asi 0,2 mm medzi povedzme predný pól a jadro pred zoskrutkovaním častí magnetu.Hlavnou nevýhodou tohto spôsobu je, že nemagnetická medzera znižuje tok dostupný pre úplné upnutie.Tiež nie je priamočiare začleniť medzeru do jednodielneho tela magnetu, ako sa používa pri dizajne magnetu typu E.
Efektívnou metódou je aj pole spätného predpätia, vytvorené pomocnou cievkou.Zahŕňa to však neopodstatnenú dodatočnú zložitosť pri výrobe cievky a tiež v riadiacich obvodoch, hoci sa krátko používa v ranom dizajne Magnabend.
Doznievajúce kmitanie („zvonenie“) je koncepčne veľmi dobrou metódou na demagnetizáciu.
Tieto fotografie osciloskopu znázorňujú napätie (horná stopa) a prúd (spodná stopa) v cievke Magnabend s vhodným kondenzátorom pripojeným k nej, aby sama oscilovala.(Napájanie striedavým prúdom bolo vypnuté približne v strede obrazu).
Prvý obrázok je pre otvorený magnetický obvod, to znamená bez svorky na magnete.Druhý obrázok je pre uzavretý magnetický obvod, to znamená s celou dĺžkou svorky na magnete.
Na prvom obrázku napätie vykazuje doznievajúcu osciláciu (zvonenie) a tak isto aj prúd (spodná stopa), ale na druhom obrázku napätie nekmitne a prúd sa ani nestihne obrátiť.To znamená, že by nedošlo k žiadnej oscilácii magnetického toku, a teda k zrušeniu zvyškového magnetizmu.
Problém je v tom, že magnet je príliš silno tlmený, hlavne kvôli stratám vírivým prúdom v oceli, a preto bohužiaľ táto metóda pre Magnabend nefunguje.
Vynútená oscilácia je ďalší nápad.Ak je magnet príliš tlmený na to, aby sa sám rozkmital, mohol by byť nútený oscilovať aktívnymi obvodmi dodávajúcimi energiu podľa potreby.Toto bolo dôkladne preskúmané aj pre Magnabend.Jeho hlavnou nevýhodou je, že zahŕňa príliš komplikované obvody.
Reverzná pulzná demagnetizácia je metóda, ktorá sa ukázala ako najhospodárnejšia pre Magnabend.Podrobnosti tohto návrhu predstavujú originálnu prácu vykonanú spoločnosťou Magnetic Engineering Pty Ltd. Nasleduje podrobná diskusia:
REVERZNÁ PULZNÁ DEMAGNETIZÁCIA
Podstatou tejto myšlienky je uskladnenie energie v kondenzátore a jej uvoľnenie do cievky tesne po vypnutí magnetu.Polarita musí byť taká, že kondenzátor bude indukovať spätný prúd v cievke.Množstvo energie uloženej v kondenzátore môže byť prispôsobené tak, aby bolo práve dostatočné na zrušenie zvyškového magnetizmu.(Príliš veľa energie by to mohlo prehnať a magnet znovu zmagnetizovať v opačnom smere).
Ďalšou výhodou metódy spätného impulzu je, že poskytuje veľmi rýchle odmagnetizovanie a takmer okamžité uvoľnenie svorky z magnetu.Pred pripojením spätného impulzu totiž nie je potrebné čakať na pokles prúdu cievky na nulu.Pri aplikácii impulzu je prúd cievky nútený na nulu (a potom na spätný chod) oveľa rýchlejšie, ako by bol jeho normálny exponenciálny pokles.
Obrázok 3: Základný reverzný pulzný obvod
Teraz sa normálne umiestnenie spínacieho kontaktu medzi usmerňovač a cievku magnetu „hrá s ohňom“.
Je to preto, že indukčný prúd nemôže byť náhle prerušený.V takom prípade dôjde k oblúku kontaktov spínača a spínač sa poškodí alebo dokonca úplne zničí.(Mechanický ekvivalent by sa snažil náhle zastaviť zotrvačník).
Či už je navrhnutý akýkoľvek obvod, musí vždy poskytovať účinnú cestu pre prúd cievky, vrátane niekoľkých milisekúnd, kým sa spínací kontakt prepne.
Vyššie uvedený obvod, ktorý pozostáva iba z 2 kondenzátorov a 2 diód (plus reléový kontakt), dosahuje funkcie nabíjania akumulačného kondenzátora na záporné napätie (vzhľadom na referenčnú stranu cievky) a tiež poskytuje alternatívnu cestu pre cievku. prúd, kým je kontakt relé v chode.
Ako to funguje:
Vo všeobecnosti D1 a C2 fungujú ako nabíjacie čerpadlo pre C1, zatiaľ čo D2 je svorková dióda, ktorá drží bod B v kladnom smere.
Keď je magnet ZAPNUTÝ, kontakt relé bude pripojený k svojej "normálne otvorenej" (NO) svorke a magnet bude vykonávať svoju normálnu prácu pri upínaní plechu.Nabíjacia pumpa bude nabíjať C1 smerom k špičkovému zápornému napätiu, ktoré sa rovná maximálnemu napätiu cievky.Napätie na C1 sa bude exponenciálne zvyšovať, ale bude plne nabité približne za 1/2 sekundy.
Potom zostane v tomto stave, kým sa stroj nevypne.
Ihneď po vypnutí relé krátko podrží.Počas tejto doby bude vysoko indukčný prúd cievky pokračovať v recirkulácii cez diódy v mostíkovom usmerňovači.Teraz, po oneskorení asi 30 milisekúnd, sa kontakt relé začne oddeľovať.Prúd cievky už nemôže ísť cez usmerňovacie diódy, ale namiesto toho nájde cestu cez C1, D1 a C2.Smer tohto prúdu je taký, že ďalej zvýši záporný náboj na C1 a začne nabíjať aj C2.
Hodnota C2 musí byť dostatočne veľká na riadenie rýchlosti nárastu napätia cez kontakt otváracieho relé, aby sa zabezpečilo, že sa nevytvorí oblúk.Hodnota asi 5 mikrofarád na ampér prúdu cievky je adekvátna pre typické relé.
Obrázok 4 nižšie zobrazuje podrobnosti o priebehoch, ktoré sa vyskytujú počas prvej pol sekundy po vypnutí.Napäťová rampa, ktorá je riadená C2, je jasne viditeľná na červenej čiare v strede obrázku, je označená ako "Reléový kontakt za chodu".(Skutočný čas preletu sa dá odvodiť z tejto stopy; je to asi 1,5 ms).
Hneď ako kotva relé pristane na svojej NC svorke, záporne nabitý akumulačný kondenzátor sa pripojí k magnetovej cievke.Tým sa okamžite nezvráti prúd cievky, ale prúd teraz beží „do kopca“, a preto je rýchlo vytlačený cez nulu a smerom k zápornej špičke, ktorá nastáva asi 80 ms po pripojení akumulačného kondenzátora.(Pozri obrázok 5).Záporný prúd indukuje záporný tok v magnete, ktorý zruší zvyškový magnetizmus a svorka a obrobok sa rýchlo uvoľnia.
Obrázok 4: Rozšírené priebehy
Obrázok 5: Priebehy napätia a prúdu na magnetickej cievke
Obrázok 5 vyššie zobrazuje priebehy napätia a prúdu na magnetovej cievke počas fázy predbežného upnutia, fázy úplného zovretia a fázy demagnetizácie.
Predpokladá sa, že jednoduchosť a účinnosť tohto demagnetizačného obvodu by mala znamenať, že nájde uplatnenie v iných elektromagnetoch, ktoré potrebujú demagnetizáciu.Aj keď zvyškový magnetizmus nie je problémom, tento obvod môže byť stále veľmi užitočný na veľmi rýchlu komutáciu prúdu cievky na nulu, a teda na rýchle uvoľnenie.
Praktický obvod Magnabend:
Koncepcie obvodov diskutované vyššie možno kombinovať do úplného obvodu s 2-ručným blokovaním a reverznou pulznou demagnetizáciou, ako je znázornené nižšie (obrázok 6):
Obrázok 6: Kombinovaný obvod
Tento obvod bude fungovať, ale bohužiaľ je trochu nespoľahlivý.
Na dosiahnutie spoľahlivej prevádzky a dlhšej životnosti spínača je potrebné pridať do základného obvodu niekoľko ďalších komponentov, ako je znázornené nižšie (obrázok 7):
Obrázok 7: Kombinovaný obvod s vylepšeniami
SW1:
Jedná sa o 2-pólový oddeľovací spínač.Pridáva sa pre pohodlie a v súlade s elektrickými normami.Je tiež žiaduce, aby tento spínač obsahoval neónový indikátor, ktorý zobrazuje stav obvodu ZAPNUTÝ/VYPNUTÝ.
D3 a C4:
Bez D3 je aretácia relé nespoľahlivá a závisí do určitej miery od fázovania tvaru vlny siete v čase činnosti spínača ohybového lúča.D3 zavádza oneskorenie (zvyčajne 30 milisekúnd) pri vypadnutí relé.Tým sa prekonáva problém blokovania a je tiež výhodné mať oneskorenie vypadnutia tesne pred začiatkom demagnetizačného impulzu (neskôr v cykle).C4 zabezpečuje striedavé spojenie reléového obvodu, ktoré by inak pri stlačení tlačidla ŠTART znamenalo polvlnový skrat.
THERM.PREPNÚŤ:
Tento spínač má svoje puzdro v kontakte s telom magnetu a preruší obvod, ak sa magnet príliš zahreje (>70 C).Zapojenie do série s cievkou relé znamená, že musí prepínať iba malý prúd cez cievku relé a nie plný prúd magnetu.
R2:
Po stlačení tlačidla ŠTART relé pritiahne a potom dôjde k nárazovému prúdu, ktorý nabíja C3 cez mostíkový usmerňovač, C2 a diódu D2.Bez R2 by v tomto obvode nebol žiadny odpor a výsledný vysoký prúd by mohol poškodiť kontakty v spínači ŠTART.
Existuje tiež ďalšia podmienka obvodu, kde R2 poskytuje ochranu: Ak sa spínač ohybového lúča (SW2) presunie zo svorky NO (kde by prenášal plný prúd magnetu) na svorku NC, potom by sa často vytvoril oblúk a ak Spínač START bol v tomto čase stále držaný, potom by C3 bol v skutočnosti skratovaný a v závislosti od toho, aké napätie bolo na C3, by to mohlo poškodiť SW2.R2 by však opäť obmedzil tento skratový prúd na bezpečnú hodnotu.R2 potrebuje iba nízku hodnotu odporu (zvyčajne 2 ohmy), aby poskytoval dostatočnú ochranu.
Varistor:
Varistor, ktorý je zapojený medzi AC svorky usmerňovača, normálne nerobí nič.Ale ak dôjde k prepätiu v sieti (napríklad v dôsledku - blízkeho úderu blesku), varistor absorbuje energiu nárazu a zabráni napäťovým špičkám poškodiť mostíkový usmerňovač.
R1:
Ak by sa tlačidlo ŠTART stlačilo počas demagnetizačného impulzu, pravdepodobne by to spôsobilo oblúk na kontakte relé, ktorý by následne prakticky skratoval C1 (akumulačný kondenzátor).Energia kondenzátora by bola vypustená do obvodu pozostávajúceho z C1, mostíkového usmerňovača a oblúka v relé.Bez R1 je v tomto obvode veľmi malý odpor, takže prúd by bol veľmi vysoký a postačoval by na zváranie kontaktov v relé.R1 poskytuje ochranu v tomto (trochu nezvyčajnom) prípade.
Špeciálna poznámka k výberu R1:
Ak nastane vyššie opísaná možnosť, potom R1 absorbuje prakticky všetku energiu, ktorá bola uložená v C1, bez ohľadu na skutočnú hodnotu R1.Chceme, aby bol R1 veľký v porovnaní s odpormi iných obvodov, ale malý v porovnaní s odporom Magnabendovej cievky (inak by R1 znížil účinnosť demagnetizačného impulzu).Vhodná by bola hodnota okolo 5 až 10 ohmov, ale aký výkon by mal mať R1?To, čo skutočne potrebujeme špecifikovať, je pulzný výkon alebo energetické hodnotenie odporu.Ale táto charakteristika nie je zvyčajne špecifikovaná pre výkonové odpory.Nízkohodnotné výkonové odpory sú zvyčajne vinuté drôtom a zistili sme, že kritickým faktorom, ktorý treba hľadať pri tomto odpore, je množstvo skutočného drôtu použitého pri jeho konštrukcii.Musíte otvoriť vzorový rezistor a zmerať meradlo a dĺžku použitého drôtu.Z toho vypočítajte celkový objem drôtu a potom vyberte odpor s minimálne 20 mm3 drôtu.
(Napríklad sa zistilo, že rezistor 6,8 ohm/11 watt od RS Components má objem vodiča 24 mm3).
Našťastie sú tieto extra komponenty malé čo do veľkosti a nákladov, a preto k celkovým nákladom na elektriku Magnabend pridávajú len pár dolárov.
Existuje ďalší kúsok obvodov, o ktorých sa ešte nehovorilo.Tým sa prekonáva relatívne malý problém:
Ak stlačíte tlačidlo ŠTART a nepokračujete potiahnutím rukoväte (ktoré by inak umožnilo úplné zovretie), akumulačný kondenzátor nebude úplne nabitý a demagnetizačný impulz, ktorý vznikne po uvoľnení tlačidla ŠTART, úplne neodmagnetizuje stroj. .Svorka by potom zostala prilepená k stroju a to by bolo nepríjemné.
Pridanie D4 a R3, znázornené modrou farbou na obrázku 8 nižšie, privedie vhodný tvar vlny do obvodu nabíjacieho čerpadla, aby sa zabezpečilo, že C1 sa nabije, aj keď sa nepoužije úplné zovretie.(Hodnota R3 nie je kritická - 220 ohmov/10 wattov by vyhovovalo väčšine strojov).
Obrázok 8: Obvod s demagnetizáciou iba po "ŠTART":
Ďalšie informácie o komponentoch obvodu nájdete v časti Komponenty v časti „Vybudujte si svoj vlastný Magnabend“
Pre referenčné účely sú nižšie uvedené úplné schémy zapojenia 240 V AC, E-Type Magnabend strojov vyrobených Magnetic Engineering Pty Ltd.
Všimnite si, že pre prevádzku na 115 VAC by bolo potrebné upraviť mnohé hodnoty komponentov.
Magnetic Engineering ukončil výrobu strojov Magnabend v roku 2003, keď bol podnik predaný.
Poznámka: Vyššie uvedená diskusia bola určená na vysvetlenie hlavných princípov fungovania obvodu a nie všetky podrobnosti boli zahrnuté.Vyššie uvedené úplné obvody sú tiež zahrnuté v manuáloch Magnabend, ktoré sú dostupné inde na tejto stránke.
Treba tiež poznamenať, že sme vyvinuli plne polovodičové verzie tohto obvodu, ktoré používali IGBT namiesto relé na spínanie prúdu.
Polovodičový obvod nebol nikdy použitý v žiadnom stroji Magnabend, ale bol použitý pre špeciálne magnety, ktoré sme vyrábali pre výrobné linky.Tieto výrobné linky zvyčajne vyrábali 5 000 položiek (ako sú dvere chladničky) denne.
Magnetic Engineering ukončil výrobu strojov Magnabend v roku 2003, keď bol podnik predaný.
Ak chcete získať ďalšie informácie, použite odkaz Kontaktujte Alana na tejto stránke.