MAGNABEND - AZ ÁRAMKÖR MŰKÖDTETÉSE
A Magnabend fémlemez mappa egyenáramú szorító elektromágnesnek készült.
Az elektromágneses tekercs meghajtásához szükséges legegyszerűbb áramkör csak egy kapcsolóból és egy híd egyenirányítóból áll:
1. ábra: Minimális áramkör:
Megjegyzendő, hogy az ON/OFF kapcsoló az áramkör AC oldalán van csatlakoztatva.Ez lehetővé teszi, hogy az induktív tekercs áram keringjen a híd egyenirányító diódáin a kikapcsolást követően, amíg az áram exponenciálisan nullára csökken.
(A hídban lévő diódák "visszarepülő" diódákként működnek.
A biztonságosabb és kényelmesebb működés érdekében kívánatos egy olyan áramkör, amely kétkezes reteszelést és 2 fokozatú rögzítést is biztosít.A 2-kezes reteszelés segít abban, hogy az ujjak ne akadjanak be a szorítórúd alá, a fokozatos rögzítés pedig lágyabb indítást ad, valamint lehetővé teszi, hogy az egyik kézzel a helyükön tartsa a dolgokat, amíg az előbilincs aktiválódik.
2. ábra: Áramkör reteszeléssel és kétfokozatú rögzítéssel:
A START gomb megnyomásakor a váltóáramú kondenzátoron keresztül kis feszültség kerül a mágnestekercsre, így könnyű szorító hatást kelt.Ez a reaktív módszer a tekercs áramának korlátozására nem jár jelentős teljesítményveszteséggel a korlátozó eszközben (a kondenzátorban).
A teljes befogás akkor érhető el, ha a hajlítógerendával működtetett kapcsolót és a START gombot együtt működtetik.
Általában először a START gombot kell megnyomni (bal kézzel), majd a másik kezével a hajlítógerenda fogantyúját húzni.A teljes befogás nem következik be, hacsak nincs átfedés a 2 kapcsoló működésében.Ha azonban a teljes befogás létrejött, nem szükséges folyamatosan nyomva tartani a START gombot.
Maradék mágnesesség
Egy kicsi, de jelentős probléma a Magnabend géppel, mint a legtöbb elektromágnessel, a maradék mágnesesség problémája.Ez az a kis mennyiségű mágnesesség, amely a mágnes KIkapcsolása után megmarad.Ez azt eredményezi, hogy a szorítórudak gyengén rögzítve maradnak a mágnestesthez, ami megnehezíti a munkadarab eltávolítását.
A mágnesesen lágy vas használata a sok lehetséges megközelítés egyike a maradék mágnesesség leküzdésére.
Ezt az anyagot azonban nehéz beszerezni raktári méretekben, és fizikailag is puha, ami azt jelenti, hogy könnyen megsérülhet egy hajlítógépben.
Egy nem mágneses rés beépítése a mágneses áramkörbe talán a legegyszerűbb módja a maradék mágnesesség csökkentésének.Ez a módszer hatékony, és meglehetősen könnyen megvalósítható egy gyártott mágnestestben – csak tegyen egy körülbelül 0,2 mm vastag karton- vagy alumíniumdarabot mondjuk az elülső pólus és a magdarab közé, mielőtt összecsavarozza a mágnes részeket.Ennek a módszernek a fő hátránya, hogy a nem mágneses rés csökkenti a teljes rögzítéshez rendelkezésre álló fluxust.Szintén nem egyszerű a rést egy darabból álló mágnestestbe építeni, ahogyan az E-típusú mágneses kialakításnál használják.
A segédtekercs által előállított fordított előfeszítési mező szintén hatékony módszer.Ez azonban indokolatlan extra bonyolultsággal jár a tekercs gyártásában és a vezérlőáramkörben is, bár rövid ideig használták egy korai Magnabend tervezésben.
A csillapító oszcilláció ("csengetés") elvileg nagyon jó módszer a lemágnesezésre.
Ezek az oszcilloszkópos képek a feszültséget (felső nyom) és az áramerősséget (alsó nyom) ábrázolják egy Magnabend tekercsben, amelyre egy megfelelő kondenzátor van csatlakoztatva, hogy az önoszcillálódjon.(A tápellátás körülbelül a kép közepén ki van kapcsolva).
Az első kép egy nyitott mágneses áramkörre vonatkozik, vagyis nincs szorítórúd a mágnesen.A második kép egy zárt mágneses áramkörre vonatkozik, vagyis egy teljes hosszúságú szorítórúddal a mágnesen.
Az első képen a feszültség csökkenő oszcillációt (csengetést) mutat, és az áram is (alsó nyom), de a második képen a feszültség nem oszcillál, és az áram egyáltalán nem is sikerül megfordulnia.Ez azt jelenti, hogy a mágneses fluxus nem oszcillál, és így a maradék mágnesesség sem törlődik.
A probléma az, hogy a mágnes túl erősen csillapított, elsősorban az acél örvényáram-veszteségei miatt, így ez a módszer sajnos nem működik a Magnabendnél.
Az erőltetett oszcilláció egy másik ötlet.Ha a mágnes túl csillapított ahhoz, hogy önoszcilláljon, akkor a szükséges energiát biztosító aktív áramkörök rezgésre kényszeríthetik.Ezt is alaposan kivizsgálták a Magnabend esetében.Fő hátránya, hogy túl bonyolult áramköröket tartalmaz.
A fordított impulzusú lemágnesezés az a módszer, amely a Magnabend esetében a legköltséghatékonyabbnak bizonyult.Ennek a tervnek a részletei a Magnetic Engineering Pty Ltd. által végzett eredeti munkát mutatják be. Részletes megbeszélés következik:
VISSZA-IMPULSUS DEMAGNETIZÁLÁS
Ennek az ötletnek az a lényege, hogy energiát tárolunk egy kondenzátorban, majd a mágnes kikapcsolása után közvetlenül a tekercsbe engedjük.A polaritásnak olyannak kell lennie, hogy a kondenzátor fordított áramot indukáljon a tekercsben.A kondenzátorban tárolt energia mennyisége beállítható úgy, hogy éppen elegendő legyen a maradék mágnesesség kioltásához.(A túl sok energia túlzásba viheti, és újramágnesezheti a mágnest az ellenkező irányba).
A fordított impulzusos módszer további előnye, hogy nagyon gyors lemágnesezést és a szorítórúd szinte azonnali kioldását eredményezi a mágnesről.Ennek az az oka, hogy a fordított impulzus csatlakoztatása előtt nem szükséges megvárni, hogy a tekercs árama nullára csökkenjen.Az impulzus alkalmazásakor a tekercsáram sokkal gyorsabban nullázódik (majd megfordul) sokkal gyorsabban, mint a normál exponenciális csökkenése lett volna.
3. ábra: Alapvető fordított impulzus áramkör
Normális esetben a kapcsolóérintkező elhelyezése az egyenirányító és a mágnestekercs között „játszik a tűzzel”.
Ennek az az oka, hogy az induktív áramot nem lehet hirtelen megszakítani.Ha igen, akkor a kapcsoló érintkezői felívelnek, és a kapcsoló megsérül, vagy akár teljesen megsemmisül.(A mechanikai megfelelője a lendkerék hirtelen megállítása lenne).
Így bármilyen áramkört is terveznek, annak mindig hatékony útvonalat kell biztosítania a tekercsáram számára, beleértve azt a néhány milliszekundumot is, amikor a kapcsolóérintkező átvált.
A fenti áramkör, amely mindössze 2 kondenzátorból és 2 diódából (plusz egy reléérintkezőből) áll, ellátja a tárolókondenzátor negatív feszültségre való feltöltését (a tekercs referenciaoldalához képest), és alternatív útvonalat biztosít a tekercs számára. áram, miközben a reléérintkező menet közben van.
Hogyan működik:
Általánosságban a D1 és a C2 a C1 töltőszivattyújaként működik, míg a D2 egy szorító dióda, amely megakadályozza, hogy a B pont pozitív legyen.
Amíg a mágnes BE van kapcsolva, a reléérintkező a "normál nyitott" (NO) termináljához csatlakozik, és a mágnes elvégzi a szokásos feladatát, a fémlemez rögzítését.A töltőszivattyú a C1-et a csúcstekercs feszültségével megegyező nagyságú negatív csúcsfeszültség felé tölti.A C1 feszültsége exponenciálisan növekszik, de körülbelül 1/2 másodpercen belül teljesen feltöltődik.
Ezután ebben az állapotban marad, amíg a gépet KI nem kapcsolják.
Közvetlenül a kikapcsolás után a relé rövid ideig kitart.Ezalatt az erősen induktív tekercsáram tovább kering a híd-egyenirányítóban lévő diódákon keresztül.Most körülbelül 30 ezredmásodperces késleltetés után a reléérintkező elkezd szétválni.A tekercs árama már nem tud áthaladni az egyenirányító diódákon, hanem utat talál a C1, D1 és C2 között.Ennek az áramnak az iránya olyan, hogy tovább növeli a negatív töltést a C1-en, és elkezdi tölteni a C2-t is.
A C2 értékének elég nagynak kell lennie ahhoz, hogy szabályozza a feszültségnövekedés sebességét a nyitó relé érintkezőjén, hogy ne képződjön ív.Körülbelül 5 mikrofarad/amperes tekercsáram megfelelő egy tipikus reléhez.
Az alábbi 4. ábra a KIkapcsolás utáni első fél másodpercben fellépő hullámformák részleteit mutatja be.A C2 által vezérelt feszültségrámpa jól látható az ábra közepén lévő piros sávon, „Relé kontaktus menet közben” felirattal.(A tényleges átrepülési idő ebből a nyomból következtethető; ez kb. 1,5 ms).
Amint a relé armatúrája az NC kivezetésére kerül, a negatív töltésű tárolókondenzátor csatlakoztatva van a mágnestekercshez.Ez nem fordítja meg azonnal a tekercs áramát, de az áram most "felfelé" folyik, és így gyorsan átkényszerül a nullán és egy negatív csúcs felé, amely körülbelül 80 ms-mal a tárolókondenzátor csatlakoztatása után következik be.(Lásd 5. ábra).A negatív áram negatív fluxust indukál a mágnesben, ami kioltja a maradék mágnesességet, és a szorítórúd és a munkadarab gyorsan kiszabadul.
4. ábra: Kiterjesztett hullámformák
5. ábra: Feszültség és áram hullámformái a mágnestekercsen
A fenti 5. ábra a mágnestekercs feszültség és áram hullámformáit mutatja az előfeszítési fázisban, a teljes rögzítési fázisban és a lemágnesezési fázisban.
Úgy gondolják, hogy ennek a lemágnesező áramkörnek az egyszerűsége és hatékonysága azt jelenti, hogy más elektromágneseknél is alkalmazható lesz, amelyek lemágnesezést igényelnek.Még ha a maradék mágnesesség nem is jelent problémát, ez az áramkör még mindig nagyon hasznos lehet a tekercs áramának nagyon gyorsan nullára állításában, és ezáltal gyors kioldást biztosít.
Praktikus Magnabend áramkör:
A fent tárgyalt áramköri koncepciók kombinálhatók egy teljes áramkörbe, kétkezes reteszeléssel és fordított impulzus lemágnesezéssel, az alábbiak szerint (6. ábra):
6. ábra: Kombinált áramkör
Ez az áramkör működni fog, de sajnos kissé megbízhatatlan.
A megbízható működés és a kapcsoló hosszabb élettartama érdekében néhány további komponenst kell hozzáadni az alapáramkörhöz az alábbiak szerint (7. ábra):
7. ábra: Kombinált áramkör finomításokkal
SW1:
Ez egy 2 pólusú leválasztó kapcsoló.A kényelem és az elektromos szabványoknak való megfelelés érdekében került hozzáadásra.Az is kívánatos, hogy ez a kapcsoló neon jelzőfényt tartalmazzon, amely az áramkör BE/KI állapotát mutatja.
D3 és C4:
D3 nélkül a relé reteszelése megbízhatatlan, és némileg függ a hálózati hullámforma fázisától a hajlítósugár kapcsoló működése idején.A D3 késleltetést (általában 30 millimásodperc) vezet be a relé kiesésében.Ez kiküszöböli a reteszelési problémát, és az is előnyös, ha a kiesési késleltetés közvetlenül a lemágnesező impulzus kezdete előtt (a ciklus későbbi szakaszában) van.A C4 biztosítja a relé áramkör AC csatolását, amely egyébként félhullámú rövidzárlat lenne a START gomb megnyomásakor.
THERM.KAPCSOLÓ:
Ennek a kapcsolónak a háza érintkezik a mágnes testével, és megszakad az áramkör, ha a mágnes túlmelegszik (>70 C).Ha sorba állítja a relé tekercsével, akkor csak a kis áramot kell átkapcsolnia a relé tekercsen keresztül, nem pedig a teljes mágnesáramot.
R2:
A START gomb megnyomásakor a relé behúzódik, majd beinduló áram lesz, amely a híd egyenirányítón, a C2-n és a D2 diódán keresztül tölti a C3-at.R2 nélkül nem lenne ellenállás ebben az áramkörben, és a keletkező nagy áram károsíthatja a START kapcsoló érintkezőit.
Ezenkívül van egy másik áramköri állapot, ahol az R2 védelmet nyújt: Ha a hajlítónyaláb kapcsoló (SW2) az NO kapocsról (ahol a teljes mágneses áramot vinné) az NC kapocsra mozog, akkor gyakran ív képződik, és ha a A START kapcsoló ekkor még mindig nyomva volt, akkor a C3 gyakorlatilag rövidre zárt, és attól függően, hogy mekkora feszültség volt a C3-on, ez károsíthatja az SW2-t.Az R2 azonban ismét egy biztonságos értékre korlátozza ezt a rövidzárlati áramot.Az R2-nek csak alacsony ellenállásértékre van szüksége (általában 2 ohm), hogy megfelelő védelmet biztosítson.
Varisztor:
A varisztor, amely az egyenirányító váltakozó áramú kivezetései közé van csatlakoztatva, általában nem csinál semmit.De ha túlfeszültség van a hálózaton (például egy közeli villámcsapás miatt), akkor a varisztor elnyeli a túlfeszültségből származó energiát, és megakadályozza, hogy a feszültségcsúcs károsítsa a híd egyenirányítóját.
R1:
Ha a START gombot meg kell nyomni egy lemágnesező impulzus alatt, akkor ez valószínűleg ívet okozna a reléérintkezőn, ami viszont gyakorlatilag rövidre zárná a C1-et (a tárolókondenzátort).A kondenzátor energiája a C1-ből, a híd egyenirányítóból és a relé ívéből álló áramkörbe kerülne.R1 nélkül nagyon kicsi az ellenállás ebben az áramkörben, így az áram nagyon nagy lenne, és elegendő lenne a relé érintkezőinek hegesztéséhez.Az R1 védelmet nyújt ebben a (némileg szokatlan) esetben.
Különleges megjegyzés az R1 választásához:
Ha a fent leírt eshetőség megtörténik, akkor R1 gyakorlatilag az összes C1-ben tárolt energiát elnyeli, függetlenül az R1 tényleges értékétől.Azt akarjuk, hogy az R1 nagy legyen a többi áramköri ellenálláshoz képest, de kicsi a Magnabend tekercs ellenállásához képest (ellenkező esetben az R1 csökkentené a lemágnesező impulzus hatékonyságát).5-10 ohm körüli érték megfelelő lenne, de milyen teljesítményű legyen az R1?Amit valóban meg kell adnunk, az az ellenállás impulzusteljesítménye vagy energiabesorolása.De ezt a jellemzőt általában nem adják meg a teljesítmény-ellenállásokhoz.Az alacsony értékű teljesítményellenállások általában huzaltekercsesek, és megállapítottuk, hogy a kritikus tényező, amelyet ennél az ellenállásnál kell keresni, a ténylegesen felhasznált vezeték mennyisége.Fel kell törnie egy mintaellenállást, és meg kell mérnie a használt vezeték hosszát és hosszát.Ebből számítsa ki a vezeték teljes térfogatát, majd válasszon legalább 20 mm3 vezetékes ellenállást.
(Például az RS Components 6,8 ohmos/11 wattos ellenállásán 24 mm3 vezetéktérfogatot találtak).
Szerencsére ezek az extra alkatrészek kis méretűek és kis költségűek, így csak néhány dollárral növelik a Magnabend elektromosság összköltségét.
Van egy további áramkör, amelyről még nem esett szó.Ezzel megoldódik egy viszonylag kisebb probléma:
Ha megnyomja a START gombot, és nem követi a fogantyú meghúzása (ami egyébként teljes befogást eredményezne), akkor a tárolókondenzátor nem töltődik fel teljesen, és a START gomb elengedésekor keletkező lemágnesező impulzus nem demagnetizálja teljesen a gépet. .A szorítórúd ezután a géphez ragadna, és ez kellemetlen lenne.
Az alábbi 8. ábrán kékkel jelölt D4 és R3 hozzáadása megfelelő hullámformát táplál a töltőszivattyú áramkörébe, hogy biztosítsa, hogy a C1 akkor is feltöltődjön, ha nem alkalmazzák a teljes szorítást.(Az R3 értéke nem kritikus – 220 ohm/10 watt a legtöbb gépnek megfelelne).
8. ábra: Áramkör lemágnesezéssel csak a "START" után:
Az áramköri alkatrészekkel kapcsolatos további információkért olvassa el a „Készítsd meg saját magnabendedet” részben az Alkotórészeket.
Referencia célból a Magnetic Engineering Pty Ltd. által gyártott 240 V AC, E-Type Magnabend gépek teljes kapcsolási rajza látható az alábbiakban.
Ne feledje, hogy a 115 VAC feszültséggel való működéshez sok alkatrész értéket módosítani kell.
A Magnetic Engineering 2003-ban, amikor az üzletet eladták, leállította a Magnabend gépek gyártását.
Megjegyzés: A fenti vita célja az volt, hogy elmagyarázza az áramkör működésének fő elveit, és nem terjedt ki minden részletre.A fent bemutatott teljes áramkörök a Magnabend kézikönyvekben is megtalálhatók, amelyek ezen az oldalon máshol is elérhetők.
Azt is meg kell jegyezni, hogy ennek az áramkörnek teljesen szilárdtestes változatait fejlesztettük ki, amelyek relé helyett IGBT-ket használtak az áram átkapcsolására.
A szilárdtest áramkört soha egyetlen Magnabend gépben sem használták, hanem speciális mágnesekhez használták, amelyeket gyártósorokhoz gyártottunk.Ezeken a gyártósorokon általában napi 5000 darab (például hűtőszekrény ajtaja) készült el.
A Magnetic Engineering 2003-ban, amikor az üzletet eladták, leállította a Magnabend gépek gyártását.
Kérjük, használja a Kapcsolat Alan linket ezen az oldalon további információkért.