MAGNABEND - RAD KRUGA
Magnabend mapa za lim je dizajnirana kao DC stezni elektromagnet.
Najjednostavniji krug potreban za pokretanje elektromagnetske zavojnice sastoji se samo od sklopke i mosnog ispravljača:
Slika 1: Minimalni krug:
Treba napomenuti da je sklopka za uključivanje/isključivanje spojena na AC stranu kruga.To omogućuje da struja induktivne zavojnice cirkulira kroz diode u mosnom ispravljaču nakon isključivanja sve dok struja ne opadne eksponencijalno na nulu.
(Diode u mostu djeluju kao "povratne" diode).
Za sigurniji i praktičniji rad poželjno je imati krug koji omogućuje dvostruku blokadu i također dvostupanjsko stezanje.Dvoručno zaključavanje pomaže osigurati da se prsti ne mogu uhvatiti ispod stezaljke, a postupno stezanje daje mekši početak i također omogućuje da jedna ruka drži stvari na mjestu dok se prethodno stezanje ne aktivira.
Slika 2: Strujni krug s blokadom i stezanjem u 2 stupnja:
Kada se pritisne tipka START, magnetskoj zavojnici preko kondenzatora izmjenične struje dovodi se mali napon, stvarajući tako lagani učinak stezanja.Ova reaktivna metoda ograničavanja struje u zavojnici ne uključuje značajno rasipanje snage u uređaju za ograničavanje (kondenzatoru).
Potpuno stezanje postiže se kada se i prekidač kojim upravlja greda za savijanje i gumb START koriste zajedno.
Tipično bi se tipka START prvo pritisnula (lijevom rukom), a zatim bi se ručka grede za savijanje povukla drugom rukom.Do potpunog stezanja neće doći osim ako nema preklapanja u radu 2 sklopke.Međutim, kada se uspostavi potpuno stezanje, nije potrebno držati tipku START.
Rezidualni magnetizam
Mali, ali značajan problem s Magnabend strojem, kao i s većinom elektromagneta, je problem zaostalog magnetizma.Ovo je mala količina magnetizma koja ostaje nakon što se magnet isključi.To uzrokuje da stezne šipke ostanu slabo stegnute za tijelo magneta, što otežava uklanjanje obratka.
Upotreba magnetski mekog željeza jedan je od mnogih mogućih pristupa prevladavanju zaostalog magnetizma.
Međutim, ovaj materijal je teško nabaviti u skladišnim veličinama, a također je fizički mekan što znači da bi se lako oštetio u stroju za savijanje.
Uključivanje nemagnetskog razmaka u magnetski krug možda je najjednostavniji način za smanjenje zaostalog magnetizma.Ova metoda je učinkovita i prilično ju je lako postići u izrađenom tijelu magneta - samo ugradite komad kartona ili aluminija debljine oko 0,2 mm između, recimo, prednjeg pola i dijela jezgre prije spajanja dijelova magneta.Glavni nedostatak ove metode je taj što nemagnetski razmak smanjuje tok koji je dostupan za potpuno stezanje.Također nije jednostavno ugraditi razmak u jednodijelno tijelo magneta kao što se koristi za dizajn magneta tipa E.
Polje obrnute prednapone, koje stvara pomoćna zavojnica, također je učinkovita metoda.Ali to uključuje neopravdanu dodatnu složenost u proizvodnji zavojnice, a također iu upravljačkom krugu, iako je kratko korišten u ranom dizajnu Magnabenda.
Opadajuće osciliranje ("zvonjenje") konceptualno je vrlo dobra metoda za demagnetiziranje.
Ove fotografije osciloskopa prikazuju napon (gornji trag) i struju (donji trag) u Magnabend zavojnici s odgovarajućim kondenzatorom spojenim preko nje kako bi sama oscilirala.(Izmjenično napajanje je isključeno otprilike na sredini slike).
Prva slika je za otvoreni magnetski krug, to jest bez stezaljke na magnetu.Druga slika je za zatvoreni magnetski krug, to jest sa stezaljkom pune duljine na magnetu.
Na prvoj slici napon pokazuje opadajuće oscilacije (zvonjenje), kao i struja (donji trag), ali na drugoj slici napon ne oscilira i struja se uopće ne uspijeva preokrenuti.To znači da ne bi bilo oscilacija magnetskog toka, a time ni poništavanja zaostalog magnetizma.
Problem je u tome što je magnet previše prigušen, uglavnom zbog gubitaka vrtložnih struja u čeliku, pa stoga ova metoda nažalost ne radi za Magnabend.
Prisilna oscilacija je još jedna ideja.Ako je magnet previše prigušen za samoosciliranje, tada bi mogao biti prisiljen na osciliranje pomoću aktivnih krugova koji opskrbljuju energijom prema potrebi.Ovo je također temeljito istraženo za Magnabend.Njegov glavni nedostatak je taj što uključuje prekompliciran sklop.
Demagnetiziranje obrnutim impulsom je metoda koja se pokazala najisplativijom za Magnabend.Pojedinosti ovog dizajna predstavljaju izvorni rad tvrtke Magnetic Engineering Pty Ltd. Detaljna rasprava slijedi:
REVERZNO-IMPULSNO DEMAGNETIZIRANJE
Bit ove ideje je pohraniti energiju u kondenzator i zatim je otpustiti u zavojnicu čim se magnet isključi.Polaritet mora biti takav da kondenzator inducira povratnu struju u zavojnici.Količina energije pohranjene u kondenzatoru može se prilagoditi tako da bude taman dovoljna za poništavanje zaostalog magnetizma.(Previše energije moglo bi pretjerati i magnetizirati magnet u suprotnom smjeru).
Daljnja prednost metode obrnutog impulsa je ta što proizvodi vrlo brzo demagnetiziranje i gotovo trenutačno oslobađanje stezne poluge od magneta.To je zato što nije potrebno čekati da se struja zavojnice smanji na nulu prije spajanja obrnutog impulsa.Primjenom impulsa struja zavojnice je prisiljena na nulu (a zatim unatrag) mnogo brže nego što bi bilo njeno normalno eksponencijalno slabljenje.
Slika 3: Osnovni strujni krug povratnog impulsa
Sada, normalno, postavljanje kontakta prekidača između ispravljača i magnetske zavojnice je "igranje vatrom".
To je zato što se induktivna struja ne može iznenada prekinuti.Ako je, tada će kontakti prekidača zalučiti i prekidač će biti oštećen ili čak potpuno uništen.(Mehanički ekvivalent bio bi pokušaj iznenadnog zaustavljanja zamašnjaka).
Dakle, koji god sklop osmišljen mora osigurati učinkovit put za struju zavojnice u svakom trenutku, uključujući nekoliko milisekundi dok se kontakt prekidača mijenja.
Gornji krug, koji se sastoji od samo 2 kondenzatora i 2 diode (plus kontakt releja), ostvaruje funkcije punjenja kondenzatora za pohranu do negativnog napona (u odnosu na referentnu stranu zavojnice) i također pruža alternativni put za zavojnicu struje dok je kontakt releja u pokretu.
Kako radi:
Općenito, D1 i C2 djeluju kao pumpa naboja za C1, dok je D2 stezna dioda koja sprječava da točka B postane pozitivna.
Dok je magnet UKLJUČEN, kontakt releja bit će spojen na svoj "normalno otvoreni" (NO) terminal i magnet će obavljati svoj normalan posao stezanja lima.Pumpa za punjenje punit će C1 prema vršnom negativnom naponu koji je po veličini jednak vršnom naponu svitka.Napon na C1 će rasti eksponencijalno, ali će se potpuno napuniti unutar otprilike 1/2 sekunde.
Zatim ostaje u tom stanju dok se stroj ne ISKLJUČI.
Neposredno nakon isključivanja relej se zadržava kratko vrijeme.Tijekom tog vremena visokoinduktivna struja zavojnice nastavit će kružiti kroz diode u mosnom ispravljaču.Sada, nakon odgode od oko 30 milisekundi, kontakt releja će se početi odvajati.Struja zavojnice više ne može prolaziti kroz diode ispravljača, već umjesto toga pronalazi put kroz C1, D1 i C2.Smjer ove struje je takav da će dodatno povećati negativni naboj na C1 i počet će puniti i C2.
Vrijednost C2 mora biti dovoljno velika za kontrolu brzine porasta napona preko kontakta releja za otvaranje kako bi se osiguralo da se luk ne formira.Vrijednost od oko 5 mikrofarada po amperu struje svitka je odgovarajuća za tipični relej.
Slika 4 u nastavku prikazuje detalje valnih oblika koji se pojavljuju tijekom prvih pola sekunde nakon isključivanja.Naponska rampa koju kontrolira C2 jasno je vidljiva na crvenom tragu u sredini slike, označena je kao "Relay contact on the fly".(Stvarno vrijeme preleta može se zaključiti iz ovog traga; ono je oko 1,5 ms).
Čim armatura releja stane na svoj NC terminal, negativno nabijeni kondenzator za pohranu spojen je na magnetsku zavojnicu.Ovo ne preokreće odmah struju zavojnice, ali struja sada teče "uzbrdo" i stoga je brzo prisiljena preko nule i prema negativnom vrhu koji se događa oko 80 ms nakon spajanja kondenzatora za pohranu.(Pogledajte sliku 5).Negativna struja će inducirati negativan tok u magnetu koji će poništiti preostali magnetizam, a stezna šipka i radni komad će se brzo osloboditi.
Slika 4: Prošireni valni oblici
Slika 5: Valni oblici napona i struje na magnetskoj zavojnici
Slika 5 iznad prikazuje valne oblike napona i struje na magnetskoj zavojnici tijekom faze predstezanja, faze potpunog stezanja i faze demagnetiziranja.
Smatra se da bi jednostavnost i učinkovitost ovog kruga za demagnetiziranje trebala značiti da će naći primjenu u drugim elektromagnetima koji trebaju demagnetiziranje.Čak i ako zaostali magnetizam nije problem, ovaj bi krug mogao biti vrlo koristan za vrlo brzo komutiranje struje zavojnice na nulu i stoga brzo oslobađanje.
Praktični Magnabend krug:
Gore razmotreni koncepti strujnog kruga mogu se kombinirati u puni strujni krug s 2-ručnom blokadom i demagnetizacijom povratnog impulsa kao što je prikazano u nastavku (slika 6):
Slika 6: Kombinirani krug
Ovaj sklop će raditi, ali je nažalost pomalo nepouzdan.
Za postizanje pouzdanog rada i duljeg vijeka trajanja prekidača potrebno je dodati neke dodatne komponente osnovnom krugu kao što je prikazano u nastavku (Slika 7):
Slika 7: Kombinirani krug s poboljšanjima
SW1:
Ovo je 2-polni izolacijski prekidač.Dodan je radi praktičnosti i usklađenosti s električnim standardima.Također je poželjno da ovaj prekidač ima neonsko indikatorsko svjetlo koje pokazuje status ON/OFF kruga.
D3 i C4:
Bez D3 blokiranje releja je nepouzdano i donekle ovisi o faznom obliku mrežnog vala u trenutku rada prekidača za savijanje snopa.D3 uvodi odgodu (obično 30 milisekundi) u ispadanju iz releja.Ovo prevladava problem zaključavanja, a također je korisno imati odgodu ispadanja neposredno prije početka demagnetizirajućeg impulsa (kasnije u ciklusu).C4 osigurava izmjenično spajanje kruga releja koji bi inače bio poluvalni kratki spoj kada se pritisne gumb START.
TOPLINASKLOPKA:
Kućište ovog prekidača je u kontaktu s tijelom magneta i otvorit će krug ako se magnet pregrije (>70 C).Postavljanje u seriju sa zavojnicom releja znači da mora prebaciti samo malu struju kroz zavojnicu releja umjesto pune struje magneta.
R2:
Kada se pritisne tipka START, relej se uključuje i tada će doći do udarne struje koja puni C3 preko mosnog ispravljača, C2 i diode D2.Bez R2 ne bi bilo otpora u ovom krugu i rezultirajuća velika struja mogla bi oštetiti kontakte u prekidaču START.
Također, postoji još jedno stanje strujnog kruga u kojem R2 pruža zaštitu: Ako se sklopka za savijanje snopa (SW2) pomakne od NO terminala (gdje bi prenosio punu struju magneta) do NC terminala, često bi se stvorio luk i ako bi Prekidač START je još uvijek držan u tom trenutku, tada bi C3 zapravo bio u kratkom spoju i, ovisno o tome koliki je napon bio na C3, to bi moglo oštetiti SW2.Međutim opet bi R2 ograničio ovu struju kratkog spoja na sigurnu vrijednost.R2 treba samo nisku vrijednost otpora (obično 2 ohma) kako bi pružio dovoljnu zaštitu.
Varistor:
Varistor, koji je spojen između AC priključaka ispravljača, obično ne radi ništa.Ali ako postoji udarni napon na mreži (zbog na primjer - obližnjeg udara groma), tada će varistor apsorbirati energiju u udarnom naponu i spriječiti da skok napona ošteti mosni ispravljač.
R1:
Ako bi se gumb START pritisnuo tijekom demagnetizirajućeg impulsa, to bi vjerojatno uzrokovalo luk na kontaktu releja koji bi zauzvrat praktički kratko spojio C1 (kondenzator za pohranu).Energija kondenzatora bi se odbacila u krug koji se sastoji od C1, mosnog ispravljača i luka u releju.Bez R1 postoji vrlo mali otpor u ovom krugu i stoga bi struja bila vrlo visoka i bila bi dovoljna za zavarivanje kontakata u releju.R1 pruža zaštitu u ovom (pomalo neobičnom) slučaju.
Posebna napomena o izboru R1:
Ako se dogodi gore opisana mogućnost, R1 će apsorbirati gotovo svu energiju koja je bila pohranjena u C1 bez obzira na stvarnu vrijednost R1.Želimo da R1 bude velik u usporedbi s drugim otporima kruga, ali mali u usporedbi s otporom Magnabend zavojnice (inače bi R1 smanjio učinkovitost demagnetizirajućeg impulsa).Vrijednost od oko 5 do 10 ohma bila bi prikladna, ali koju snagu treba imati R1?Ono što stvarno trebamo odrediti je snaga impulsa ili energetska ocjena otpornika.Ali ova karakteristika obično nije specificirana za otpornike snage.Otpornici snage male vrijednosti obično su namotani žicom i utvrdili smo da je kritični faktor koji treba tražiti kod ovog otpornika količina stvarne žice koja se koristi u njegovoj konstrukciji.Morate razbiti uzorak otpornika i izmjeriti promjer i duljinu žice koja se koristi.Iz ovoga izračunajte ukupni volumen žice i zatim odaberite otpornik s najmanje 20 mm3 žice.
(Na primjer, otkriveno je da otpornik od 6,8 ohma/11 vata tvrtke RS Components ima volumen žice od 24 mm3).
Srećom, ove dodatne komponente male su veličine i cijene i stoga dodaju samo nekoliko dolara ukupnoj cijeni Magnabend elektrike.
Postoji dodatni dio strujnog kruga o kojem se još nije raspravljalo.Time se rješava relativno mali problem:
Ako se pritisne tipka START, a nakon toga ne slijedi povlačenje ručke (koja bi inače dovela do potpunog stezanja), kondenzator za pohranu neće biti potpuno napunjen i demagnetizacijski impuls koji nastaje nakon otpuštanja tipke START neće u potpunosti razmagnetizirati stroj .Stezna šipka bi tada ostala zalijepljena za stroj i to bi predstavljalo smetnju.
Dodatak D4 i R3, prikazan plavom bojom na slici 8 u nastavku, dovodi odgovarajući valni oblik u krug pumpe punjenja kako bi se osiguralo da se C1 napuni čak i ako se ne primijeni potpuno stezanje.(Vrijednost R3 nije kritična - 220 ohma/10 vata odgovara većini strojeva).
Slika 8: Strujni krug s demagnetizacijom samo nakon "START":
Za više informacija o komponentama kruga pogledajte odjeljak Komponente u "Izgradite vlastiti Magnabend"
U svrhu reference, dolje su prikazani puni dijagrami strujnog kruga 240 V AC, E-Type Magnabend strojeva koje proizvodi Magnetic Engineering Pty Ltd.
Imajte na umu da bi za rad na 115 VAC mnoge vrijednosti komponenti trebale biti modificirane.
Magnetic Engineering prestao je proizvoditi Magnabend strojeve 2003. godine kada je posao prodan.
Napomena: Namjera gornje rasprave je objasniti glavne principe rada kruga i nisu obuhvaćeni svi detalji.Gore prikazani potpuni sklopovi također su uključeni u Magnabend priručnike koji su dostupni drugdje na ovoj stranici.
Također treba napomenuti da smo razvili potpuno čvrste verzije ovog sklopa koji su koristili IGBT umjesto releja za prebacivanje struje.
Krug čvrstog stanja nikada se nije koristio u Magnabend strojevima, ali se koristio za posebne magnete koje smo proizvodili za proizvodne linije.Ove proizvodne linije obično su proizvodile 5000 artikala (kao što su vrata hladnjaka) dnevno.
Magnetic Engineering prestao je proizvoditi Magnabend strojeve 2003. godine kada je posao prodan.
Za više informacija upotrijebite vezu Kontaktirajte Alana na ovoj stranici.