MAGNABEND - PIIRIN KÄYTTÖ
Magnabend-levykansio on suunniteltu DC-kiinnityssähkömagneetiksi.
Yksinkertaisin sähkömagneettisen käämin käyttämiseen tarvittava piiri koostuu vain kytkimestä ja siltatasasuuntaajista:
Kuva 1: Pienin piiri:
On huomattava, että ON/OFF-kytkin on kytketty piirin AC-puolelle.Tämä sallii induktiivisen käämin virran kiertää siltatasasuuntaajan diodien läpi sammuttamisen jälkeen, kunnes virta vaimenee eksponentiaalisesti nollaan.
(Sillan diodit toimivat "fly-back" -diodeina).
Turvallisempaa ja mukavampaa käyttöä varten on toivottavaa, että piirissä on 2-kätinen lukitus ja myös 2-vaiheinen kiinnitys.2-kätinen lukitus auttaa varmistamaan, että sormet eivät jää puristangon alle ja porrastettu kiinnitys antaa pehmeämmän käynnistyksen ja antaa myös yhden käden pitää tavarat paikoillaan, kunnes esipuristin aktivoituu.
Kuva 2: Piiri lukituksella ja 2-vaiheisella kiinnityksellä:
Kun START-painiketta painetaan, pieni jännite syötetään magneettikäämiin AC-kondensaattorin kautta, mikä tuottaa kevyen puristusvaikutuksen.Tämä reaktiivinen menetelmä käämin virran rajoittamiseksi ei sisällä merkittävää tehohäviötä rajoituslaitteessa (kondensaattorissa).
Täysi kiinnitys saavutetaan, kun sekä taivutuspalkilla toimivaa kytkintä että START-painiketta painetaan yhdessä.
Tyypillisesti START-painiketta painetaan ensin (vasemmalla kädellä) ja sitten vedetään taivutuspalkin kahvasta toisella kädellä.Täysi puristus ei tapahdu, ellei 2 kytkimen toiminnassa ole päällekkäisyyttä.Kuitenkin, kun täysi kiristys on saatu aikaan, START-painiketta ei tarvitse pitää painettuna.
Jäännösmagnetismi
Pieni mutta merkittävä ongelma Magnabend-koneessa, kuten useimmissa sähkömagneeteissa, on jäännösmagnetismin ongelma.Tämä on pieni määrä magnetismia, joka jää jäljelle magneetin sammuttamisen jälkeen.Se saa kiinnitystangot jäämään heikosti kiinni magneettirunkoon, mikä vaikeuttaa työkappaleen poistamista.
Magneettisesti pehmeän raudan käyttö on yksi monista mahdollisista tavoista voittaa jäännösmagnetismi.
Tätä materiaalia on kuitenkin vaikea saada varastokoossa ja se on myös fyysisesti pehmeää, mikä tarkoittaa, että se vaurioituisi helposti taivutuskoneessa.
Ei-magneettisen raon sisällyttäminen magneettipiiriin on ehkä yksinkertaisin tapa vähentää jäännösmagnetismia.Tämä menetelmä on tehokas, ja se on melko helppo saavuttaa valmistetussa magneettirungossa - lisää vain noin 0,2 mm:n paksuinen pahvi- tai alumiinipala esimerkiksi etunapan ja ydinkappaleen väliin ennen kuin ruutat magneettiosat yhteen.Tämän menetelmän suurin haittapuoli on, että ei-magneettinen rako vähentää vuota, joka on käytettävissä täydessä kiinnityksessä.Ei myöskään ole suoraviivaista sisällyttää rakoa yksiosaiseen magneettirunkoon, kuten käytetään E-tyypin magneetin suunnittelussa.
Apukelan tuottama käänteinen esijännitekenttä on myös tehokas menetelmä.Mutta se sisältää tarpeettoman monimutkaisuuden kelan valmistuksessa ja myös ohjauspiirissä, vaikka sitä käytettiin lyhyesti varhaisessa Magnabend-suunnittelussa.
Vaimentava värähtely ("soittoääni") on käsitteellisesti erittäin hyvä menetelmä demagnetointiin.
Nämä oskilloskooppikuvat kuvaavat Magnabend-käämin jännitettä (yläjälki) ja virtaa (alajälki), johon on kytketty sopiva kondensaattori, jotta se värähtelee itsestään.(Virtavirta on kytketty pois päältä suunnilleen kuvan keskellä).
Ensimmäinen kuva on avoimelle magneettipiirille, eli ilman puristinta magneetissa.Toinen kuva on suljettu magneettipiiri, eli täyspitkä puristin on magneetissa.
Ensimmäisessä kuvassa jännite osoittaa vaimenevaa värähtelyä (soittoa) ja niin myös virta (alempi jälki), mutta toisessa kuvassa jännite ei värähtele eikä virta edes onnistu kääntymään ollenkaan.Tämä tarkoittaa, että magneettivuon värähtelyä ja siten jäännösmagnetismin kumoamista ei tapahdu.
Ongelmana on, että magneetti on liian voimakkaasti vaimennettu pääasiassa teräksen pyörrevirtahäviöiden vuoksi, joten valitettavasti tämä menetelmä ei toimi Magnabendille.
Pakkovärähtely on vielä yksi idea.Jos magneetti on liian vaimennettu itsevärähtelemään, se voidaan pakottaa värähtelemään aktiivisella virtapiirillä, joka syöttää energiaa tarpeen mukaan.Tämä on tutkittu perusteellisesti myös Magnabendin osalta.Sen suurin haittapuoli on, että se sisältää liian monimutkaisia piirejä.
Käänteinen pulssidemagnetointi on menetelmä, joka on osoittautunut Magnabendille kustannustehokkaimmaksi.Tämän suunnittelun yksityiskohdat edustavat alkuperäistä Magnetic Engineering Pty Ltd:n tekemää työtä. Yksityiskohtainen keskustelu seuraa:
KÄÄNTÄPULSSI DEMAGNETISOINNIN
Tämän idean ydin on varastoida energiaa kondensaattoriin ja vapauttaa se sitten kelaan heti magneetin sammuttamisen jälkeen.Napaisuuden tulee olla sellainen, että kondensaattori indusoi käämiin käänteisen virran.Kondensaattoriin varastoidun energian määrä voidaan räätälöidä juuri riittäväksi kumoamaan jäännösmagnetismin.(Liian paljon energiaa voi liioitella ja magnetoida magneetin uudelleen vastakkaiseen suuntaan).
Käänteispulssimenetelmän lisäetu on, että se tuottaa erittäin nopean demagnetisoinnin ja puristustangon lähes välittömän vapautumisen magneetista.Tämä johtuu siitä, että ei tarvitse odottaa käämin virran vaimenemista nollaan ennen käänteisen pulssin kytkemistä.Pulssia käytettäessä kelan virta pakotetaan nollaan (ja sitten kääntymään) hyvin paljon nopeammin kuin sen normaali eksponentiaalinen vaimeneminen olisi ollut.
Kuva 3: Käänteisen pulssin peruspiiri
Nyt normaalisti kytkinkoskettimen asettaminen tasasuuntaajan ja magneettikäämin väliin on "tulella leikkimistä".
Tämä johtuu siitä, että induktiivista virtaa ei voida yhtäkkiä katkaista.Jos näin on, kytkimen koskettimet valoa ja kytkin vaurioituu tai jopa tuhoutuu kokonaan.(Mekaaninen vastine olisi yrittää yhtäkkiä pysäyttää vauhtipyörä).
Siten, riippumatta siitä, mikä piiri on suunniteltu, sen on tarjottava tehokas reitti kelan virralle kaikkina aikoina, mukaan lukien muutaman millisekunnin ajan kytkimen koskettimen vaihtuessa.
Yllä oleva piiri, joka koostuu vain 2 kondensaattorista ja 2 diodista (sekä relekoskettimesta), saavuttaa toiminnot, jotka lataavat tallennuskondensaattorin negatiiviseen jännitteeseen (suhteessa käämin referenssipuolelle) ja tarjoaa myös vaihtoehtoisen reitin käämille. virtaa relekontaktin ollessa lennossa.
Kuinka se toimii:
Yleisesti ottaen D1 ja C2 toimivat latauspumppuina C1:lle, kun taas D2 on puristusdiodi, joka estää pistettä B menemästä positiiviseen suuntaan.
Kun magneetti on PÄÄLLÄ, relekosketin kytketään sen "normaalisti auki" (NO) -liittimeen ja magneetti tekee normaalia työtään metallilevyn kiinnittämisessä.Latauspumppu lataa C1:tä kohti negatiivista huippujännitettä, joka on yhtä suuri kuin kelan huippujännite.C1:n jännite kasvaa eksponentiaalisesti, mutta se latautuu täyteen noin 1/2 sekunnissa.
Se pysyy sitten tässä tilassa, kunnes kone sammutetaan.
Välittömästi sammuttamisen jälkeen rele pysyy päällä hetken.Tänä aikana erittäin induktiivinen kelavirta jatkaa kierrätystä siltatasasuuntaajan diodien kautta.Nyt noin 30 millisekunnin viiveen jälkeen relekosketin alkaa irrota.Kelan virta ei voi enää kulkea tasasuuntausdiodien läpi, vaan löytää polun C1:n, D1:n ja C2:n läpi.Tämän virran suunta on sellainen, että se lisää edelleen negatiivista varausta C1:ssä ja se alkaa ladata myös C2:ta.
C2:n arvon on oltava riittävän suuri ohjatakseen jännitteen nousunopeutta avautuvan relekontaktin yli, jotta voidaan varmistaa, ettei kaari muodostu.Noin 5 mikrofaradin arvo kelavirran ampeeria kohden on riittävä tyypilliselle releelle.
Alla oleva kuva 4 esittää yksityiskohtia aaltomuodoista, jotka esiintyvät ensimmäisen puolen sekunnin aikana sammutuksen jälkeen.C2:n ohjaama jänniteramppi näkyy selvästi kuvan keskellä olevasta punaisesta juovasta, se on merkitty "Relekontakti lennossa".(Todellinen ylilentoaika voidaan päätellä tästä jäljestä; se on noin 1,5 ms).
Heti kun releen ankkuri laskeutuu NC-liittimeensä, negatiivisesti varautunut tallennuskondensaattori kytketään magneettikelaan.Tämä ei käännä käämin virtaa välittömästi, vaan virta kulkee nyt "ylämäkeen" ja siten se pakotetaan nopeasti nollan läpi kohti negatiivista huippua, joka tapahtuu noin 80 ms varastokondensaattorin kytkemisen jälkeen.(Katso kuva 5).Negatiivinen virta indusoi magneetissa negatiivisen vuon, joka kumoaa jäännösmagnetismin ja puristin ja työkappale vapautuvat nopeasti.
Kuva 4: Laajennetut aaltomuodot
Kuva 5: Jännitteen ja virran aaltomuodot magneettikelalla
Yllä oleva kuva 5 kuvaa magneettikäämin jännitteen ja virran aaltomuotoja esipuristusvaiheen, täyden puristusvaiheen ja demagnetointivaiheen aikana.
Uskotaan, että tämän demagnetointipiirin yksinkertaisuuden ja tehokkuuden pitäisi tarkoittaa, että sitä voidaan soveltaa muissa demagnetisointia vaativissa sähkömagneeteissa.Vaikka jäännösmagnetismi ei ole ongelma, tämä piiri voi silti olla erittäin hyödyllinen kelan virran nollaamiseksi hyvin nopeasti ja siten nopean vapautuksen saamiseksi.
Käytännön Magnabend-piiri:
Yllä käsitellyt piirikonseptit voidaan yhdistää kokonaiseksi piiriksi, jossa on sekä 2-kätinen lukitus että käänteinen pulssidemagnetointi alla esitetyllä tavalla (Kuva 6):
Kuva 6: Yhdistetty piiri
Tämä piiri toimii, mutta valitettavasti se on hieman epäluotettava.
Luotettavan toiminnan ja kytkimien pidemmän käyttöiän saavuttamiseksi peruspiiriin on lisättävä joitain ylimääräisiä komponentteja alla esitetyllä tavalla (Kuva 7):
Kuva 7: Yhdistetty piiri tarkennuksilla
SW1:
Tämä on 2-napainen erotuskytkin.Se on lisätty mukavuuden ja sähköstandardien noudattamisen vuoksi.On myös toivottavaa, että tässä kytkimessä on neonmerkkivalo, joka näyttää piirin ON/OFF-tilan.
D3 ja C4:
Ilman D3:a releen lukitus on epäluotettava ja riippuu jonkin verran verkkoaaltomuodon vaiheittaisuudesta taivutuspalkkikytkimen toimintahetkellä.D3 lisää viiveen (tyypillisesti 30 millisekuntia) releen pudotukseen.Tämä ratkaisee lukitusongelman, ja on myös hyödyllistä saada poistumisviive juuri ennen demagnetointipulssin alkamista (myöhemmin jaksossa).C4 tarjoaa relepiirin AC-kytkennän, joka muuten olisi puoliaaltooikosulku, kun START-painiketta painetaan.
THERM.VAIHTAA:
Tämän kytkimen kotelo on kosketuksissa magneetin runkoon ja se avautuu, jos magneetti kuumenee liian kuumaksi (>70 C).Sen asettaminen sarjaan relekelan kanssa tarkoittaa, että sen täytyy kytkeä vain pieni virta relekelan läpi eikä täyden magneettivirran.
R2:
Kun START-painiketta painetaan, rele vetää sisään ja sen jälkeen tulee syöttövirta, joka lataa C3:n siltatasasuuntaajan, C2:n ja diodin D2 kautta.Ilman R2:ta tässä piirissä ei olisi vastusta ja seurauksena oleva korkea virta voisi vahingoittaa START-kytkimen koskettimia.
Lisäksi on toinen piiritila, jossa R2 tarjoaa suojan: Jos taivutussäteen kytkin (SW2) siirtyy NO-liittimestä (jossa se kuljettaisi täyden magneettivirran) NC-liittimeen, muodostuu usein kaari ja jos KÄYNNISTYS-kytkin oli vielä tällä hetkellä painettuna, jolloin C3 olisi itse asiassa oikosulussa ja riippuen siitä, kuinka paljon jännitettä C3:ssa oli, tämä voi vahingoittaa SW2:ta.Kuitenkin jälleen R2 rajoittaisi tämän oikosulkuvirran turvalliseen arvoon.R2 tarvitsee vain pienen resistanssiarvon (tyypillisesti 2 ohmia) riittävän suojan aikaansaamiseksi.
Varistori:
Varistori, joka on kytketty tasasuuntaajan AC-liittimien väliin, ei normaalisti tee mitään.Mutta jos verkkovirrassa on ylijännite (esimerkiksi - lähellä olevasta salamaniskusta johtuen), varistori absorboi ylijännitteen energiaa ja estää jännitepiikkiä vahingoittamasta siltatasasuuntaajaa.
R1:
Jos START-painiketta painettaisiin demagnetointipulssin aikana, tämä aiheuttaisi todennäköisesti kaaren relekoskettimessa, joka puolestaan oli käytännössä oikosulussa C1:n (muistikondensaattori).Kondensaattorin energia laskettaisiin piiriin, joka koostuu C1:stä, siltatasasuuntaajasta ja releen kaaresta.Ilman R1:tä tässä piirissä on hyvin vähän vastusta, joten virta olisi erittäin korkea ja riittäisi hitsaamaan releen koskettimet.R1 tarjoaa suojan tässä (jokseenkin epätavallisessa) tilanteessa.
Erityinen huomautus R1:n valinnasta:
Jos yllä kuvattu mahdollisuus toteutuu, R1 absorboi käytännössä kaiken energian, joka oli tallennettu C1:een riippumatta R1:n todellisesta arvosta.Haluamme, että R1 on suuri verrattuna muihin piiriresistanssiin, mutta pieni verrattuna Magnabend-käämin resistanssiin (muuten R1 heikentäisi demagnetointipulssin tehokkuutta).Noin 5-10 ohmin arvo olisi sopiva, mutta mikä teholuokitus R1:llä pitäisi olla?Meidän on todella määritettävä vastuksen pulssiteho tai energialuokitus.Mutta tätä ominaisuutta ei yleensä määritellä tehovastuksille.Pieniarvoiset tehovastukset ovat yleensä lankakäämittyjä, ja olemme päättäneet, että kriittinen tekijä tässä vastuksessa on sen rakentamisessa käytetyn todellisen johdon määrä.Sinun on avattava näytevastus ja mitattava mittari ja käytetyn johdon pituus.Laske tästä langan kokonaistilavuus ja valitse sitten vastus, jossa on vähintään 20 mm3 lankaa.
(Esimerkiksi RS Componentsin 6,8 ohmin/11 watin vastuksen johdon tilavuuden havaittiin olevan 24 mm3).
Onneksi nämä lisäkomponentit ovat kooltaan ja kustannuksiltaan pieniä ja lisäävät siten vain muutaman dollarin Magnabend-sähkön kokonaiskustannuksia.
On lisäpiiriä, josta ei ole vielä keskusteltu.Tämä ratkaisee suhteellisen pienen ongelman:
Jos START-painiketta painetaan eikä sitä seuraa kahvasta vetäminen (joka muuten antaisi täyden kiristyksen), tallennuskondensaattori ei lataudu täyteen ja demagnetointipulssi, joka syntyy START-painikkeen vapauttamisesta, ei demagnetoi konetta täysin. .Kiinnitintanko jäisi sitten kiinni koneeseen ja siitä olisi haittaa.
D4:n ja R3:n lisäys, jotka näkyvät sinisellä alla olevassa kuvassa 8, syöttävät sopivan aaltomuodon latauspumppupiiriin varmistaakseen, että C1 latautuu, vaikka täydellistä puristusta ei käytetä.(R3:n arvo ei ole kriittinen - 220 ohmia/10 wattia sopisi useimpiin koneisiin).
Kuva 8: Demagnetisoitu piiri vain "START":n jälkeen:
Lisätietoja piirikomponenteista on kohdassa "Rakenna oma Magnabend" -osiossa.
Viitetarkoituksessa alla on esitetty Magnetic Engineering Pty Ltd:n valmistamien 240 V AC, E-Type Magnabend -koneiden täydelliset piirikaaviot.
Huomaa, että 115 VAC:n käyttöä varten monia komponenttiarvoja on muutettava.
Magnetic Engineering lopetti Magnabend-koneiden tuotannon vuonna 2003, kun yritys myytiin.
Huomautus: Yllä olevan keskustelun tarkoituksena oli selittää piirin toiminnan pääperiaatteet, eikä kaikkia yksityiskohtia ole käsitelty.Yllä esitetyt täydelliset piirit sisältyvät myös Magnabend-oppaisiin, jotka ovat saatavilla muualla tällä sivustolla.
On myös huomattava, että kehitimme tästä piiristä täysin puolijohdeversioita, joissa käytettiin IGBT:itä releen sijaan virran kytkemiseen.
Puolijohdepiiriä ei koskaan käytetty missään Magnabend-koneessa, vaan sitä käytettiin erikoismagneeteissa, joita valmistamme tuotantolinjoille.Näillä tuotantolinjoilla valmistettiin tyypillisesti 5 000 tuotetta (kuten jääkaapin ovi) päivässä.
Magnetic Engineering lopetti Magnabend-koneiden tuotannon vuonna 2003, kun yritys myytiin.
Käytä tämän sivuston Ota yhteyttä Alan -linkkiä saadaksesi lisätietoja.