MAGNABEND - OPERASI LITAR
Folder kepingan logam Magnabend direka bentuk sebagai elektromagnet pengapit DC.
Litar paling mudah yang diperlukan untuk memacu gegelung elektromagnet terdiri daripada suis dan penerus jambatan sahaja:
Rajah 1: Litar Minimum:
Perlu diingat bahawa suis ON/OFF disambungkan pada bahagian AC litar.Ini membolehkan arus gegelung induktif beredar melalui diod dalam penerus jambatan berikutan pemadaman sehingga arus mereput secara eksponen kepada sifar.
(Diod dalam jambatan bertindak sebagai diod "fly-back").
Untuk operasi yang lebih selamat dan mudah adalah wajar untuk mempunyai litar yang menyediakan interlock 2 tangan dan juga pengapit 2 peringkat.Jalinan 2 tangan membantu memastikan jari tidak dapat ditangkap di bawah palang pengapit dan pengapit berperingkat memberikan permulaan yang lebih lembut dan juga membolehkan sebelah tangan memegang sesuatu di tempatnya sehingga pra pengapit diaktifkan.
Rajah 2: Litar dengan Interlock dan Pengapit 2 Peringkat:
Apabila butang MULA ditekan voltan kecil dibekalkan kepada gegelung magnet melalui kapasitor AC sekali gus menghasilkan kesan pengapit cahaya.Kaedah reaktif untuk mengehadkan arus ke gegelung tidak melibatkan pelesapan kuasa yang ketara dalam peranti pengehad (kapasitor).
Pengapitan penuh diperoleh apabila kedua-dua suis kendalian Rasuk Lentur dan butang MULA dikendalikan bersama.
Biasanya butang MULA akan ditekan dahulu (dengan tangan kiri) dan kemudian pemegang rasuk lentur akan ditarik dengan tangan yang satu lagi.Pengapitan penuh tidak akan berlaku melainkan terdapat beberapa pertindihan dalam pengendalian 2 suis.Bagaimanapun sebaik sahaja pengapitan penuh diwujudkan, ia tidak perlu terus menahan butang MULA.
Kemagnetan Baki
Masalah kecil tetapi ketara dengan mesin Magnabend, seperti kebanyakan elektro-magnet, adalah masalah kemagnetan sisa.Ini ialah jumlah kecil kemagnetan yang kekal selepas magnet dimatikan.Ia menyebabkan palang pengapit kekal lemah diapit pada badan magnet sehingga menyukarkan penyingkiran bahan kerja.
Penggunaan besi lembut secara magnetik adalah salah satu daripada banyak pendekatan yang mungkin untuk mengatasi kemagnetan sisa.
Walau bagaimanapun bahan ini sukar diperoleh dalam saiz stok dan ia juga lembut dari segi fizikal yang bermaksud ia mudah rosak dalam mesin lentur.
Kemasukan jurang bukan magnet dalam litar magnet mungkin merupakan cara paling mudah untuk mengurangkan kemagnetan sisa.Kaedah ini berkesan dan agak mudah dicapai dalam badan magnet yang direka - hanya masukkan sekeping kadbod atau aluminium setebal kira-kira 0.2mm di antara tiang hadapan dan bahagian teras sebelum mengikat bahagian magnet bersama-sama.Kelemahan utama kaedah ini ialah jurang bukan magnetik mengurangkan fluks yang tersedia untuk pengapit penuh.Juga ia tidak lurus ke hadapan untuk memasukkan jurang dalam badan magnet sekeping seperti yang digunakan untuk reka bentuk magnet E-jenis.
Medan pincang songsang, yang dihasilkan oleh gegelung tambahan, juga merupakan kaedah yang berkesan.Tetapi ia melibatkan kerumitan tambahan yang tidak wajar dalam pembuatan gegelung dan juga dalam litar kawalan, walaupun ia digunakan secara ringkas dalam reka bentuk Magnabend awal.
Ayunan yang mereput ("berdering") secara konsep adalah kaedah yang sangat baik untuk penyahmagnetan.
Foto osiloskop ini menggambarkan voltan (surih atas) dan arus (surih bawah) dalam gegelung Magnabend dengan kapasitor yang sesuai disambungkan merentasinya untuk menjadikannya berayun sendiri.(Bekalan AC telah dimatikan kira-kira di tengah-tengah gambar).
Gambar pertama adalah untuk litar magnet terbuka, iaitu tanpa palang pengapit pada magnet.Gambar kedua adalah untuk litar magnet tertutup, iaitu dengan pengapit panjang penuh pada magnet.
Dalam gambar pertama voltan mempamerkan ayunan yang mereput (berdering) dan begitu juga arus (jejak bawah), tetapi dalam gambar kedua voltan tidak berayun dan arus tidak dapat berbalik sama sekali.Ini bermakna bahawa tidak akan ada ayunan fluks magnet dan oleh itu tiada pembatalan kemagnetan sisa.
Masalahnya ialah magnet terlalu lembap, terutamanya disebabkan oleh kehilangan arus pusar dalam keluli, dan dengan itu malangnya kaedah ini tidak berfungsi untuk Magnabend.
Ayunan paksa adalah idea lain.Jika magnet terlalu lembap untuk berayun sendiri maka ia boleh dipaksa untuk berayun oleh litar aktif yang membekalkan tenaga seperti yang diperlukan.Ini juga telah disiasat dengan teliti untuk Magnabend.Kelemahan utamanya ialah ia melibatkan litar yang terlalu rumit.
Penyahmagnetan nadi terbalik ialah kaedah yang telah terbukti paling kos efektif untuk Magnabend.Butiran reka bentuk ini mewakili kerja asal yang dilakukan oleh Magnetic Engineering Pty Ltd. Perbincangan terperinci berikut:
DEMAGNETIS DENYET TERBALIK
Intipati idea ini adalah untuk menyimpan tenaga dalam kapasitor dan kemudian melepaskannya ke dalam gegelung sejurus selepas magnet dimatikan.Polariti perlu sedemikian rupa sehingga kapasitor akan mendorong arus terbalik dalam gegelung.Jumlah tenaga yang tersimpan dalam kapasitor boleh disesuaikan supaya hanya mencukupi untuk membatalkan kemagnetan sisa.(Terlalu banyak tenaga boleh berlebihan dan memanetkan semula magnet ke arah yang bertentangan).
Kelebihan selanjutnya kaedah nadi terbalik ialah ia menghasilkan penyahmagnetan yang sangat pantas dan pelepasan hampir serta-merta bagi palang pengapit daripada magnet.Ini kerana tidak perlu menunggu arus gegelung mereput kepada sifar sebelum menyambung nadi terbalik.Semasa penggunaan nadi, arus gegelung dipaksa kepada sifar (dan kemudian ke belakang) dengan lebih cepat daripada pereputan eksponen biasa.
Rajah 3: Litar Nadi Balik Asas
Sekarang, biasanya, meletakkan sesentuh suis antara penerus dan gegelung magnet "bermain dengan api".
Ini kerana arus aruhan tidak boleh diganggu secara tiba-tiba.Jika demikian, sesentuh suis akan lengkok dan suis akan rosak atau musnah sepenuhnya.(Persamaan mekanikal akan cuba menghentikan roda tenaga secara tiba-tiba).
Oleh itu, apa sahaja litar yang direka, ia mesti menyediakan laluan yang berkesan untuk arus gegelung pada setiap masa, termasuk untuk beberapa milisaat semasa sesentuh suis bertukar..
Litar di atas, yang hanya terdiri daripada 2 kapasitor dan 2 diod (ditambah sesentuh geganti), mencapai fungsi mengecas kapasitor Storan kepada voltan negatif (berbanding dengan bahagian rujukan gegelung) dan juga menyediakan laluan alternatif untuk gegelung semasa semasa sesentuh geganti sedang berjalan.
Bagaimana ia berfungsi:
Secara umumnya D1 dan C2 bertindak sebagai pam cas untuk C1 manakala D2 ialah diod pengapit yang menahan titik B daripada menjadi positif.
Semasa magnet DIHIDUP, sesentuh geganti akan disambungkan ke terminal "biasa terbuka" (NO) dan magnet akan melakukan tugas biasa mengapit kepingan logam.Pam cas akan mengecas C1 ke arah voltan negatif puncak yang sama dengan magnitud voltan gegelung puncak.Voltan pada C1 akan meningkat secara eksponen tetapi ia akan dicas sepenuhnya dalam masa kira-kira 1/2 saat.
Ia kemudian kekal dalam keadaan itu sehingga mesin dimatikan.
Sejurus selepas dimatikan geganti bertahan untuk masa yang singkat.Pada masa ini, arus gegelung induktif yang tinggi akan terus beredar melalui diod dalam penerus jambatan.Kini, selepas penangguhan kira-kira 30 milisaat kenalan geganti akan mula terpisah.Arus gegelung tidak lagi boleh melalui diod penerus tetapi sebaliknya mencari laluan melalui C1, D1, dan C2.Arah arus ini adalah sedemikian rupa sehingga ia akan meningkatkan lagi cas negatif pada C1 dan ia akan mula mengecas C2 juga.
Nilai C2 perlu cukup besar untuk mengawal kadar kenaikan voltan merentasi sesentuh geganti pembukaan untuk memastikan arka tidak terbentuk.Nilai kira-kira 5 mikro-farad setiap amp arus gegelung adalah memadai untuk geganti biasa.
Rajah 4 di bawah menunjukkan butiran bentuk gelombang yang berlaku semasa separuh saat pertama selepas MATI.Tanjakan voltan yang dikawal oleh C2 jelas kelihatan pada kesan merah di tengah-tengah rajah, ia dilabelkan "Relay contact on the fly".(Masa fly-over sebenar boleh disimpulkan daripada jejak ini; ia adalah kira-kira 1.5 ms).
Sebaik sahaja angker geganti mendarat pada terminal NCnya, kapasitor storan bercas negatif disambungkan kepada gegelung magnet.Ini tidak serta-merta membalikkan arus gegelung tetapi arus kini berjalan "mendaki bukit" dan dengan itu ia dengan cepat dipaksa melalui sifar dan ke arah puncak negatif yang berlaku kira-kira 80 ms selepas sambungan kapasitor penyimpanan.(Lihat Rajah 5).Arus negatif akan mendorong fluks negatif dalam magnet yang akan membatalkan kemagnetan sisa dan bar pengapit dan bahan kerja akan dilepaskan dengan cepat.
Rajah 4: Bentuk Gelombang Berkembang
Rajah 5: Bentuk Gelombang Voltan dan Arus pada Gegelung Magnet
Rajah 5 di atas menggambarkan bentuk gelombang voltan dan arus pada gegelung magnet semasa fasa pra-pengapit, fasa pengapit penuh dan fasa penyahmagnetan.
Adalah difikirkan bahawa kesederhanaan dan keberkesanan litar penyahmagnetan ini bermakna ia akan menemui aplikasi dalam elektromagnet lain yang memerlukan penyahmagnetan.Walaupun kemagnetan sisa tidak menjadi masalah litar ini masih boleh menjadi sangat berguna untuk menukar arus gegelung kepada sifar dengan sangat cepat dan dengan itu memberikan pelepasan pantas.
Litar Magnabend Praktikal:
Konsep litar yang dibincangkan di atas boleh digabungkan menjadi litar penuh dengan kedua-dua interlock 2 tangan dan penyahmagnetan nadi terbalik seperti ditunjukkan di bawah (Rajah 6):
Rajah 6: Litar Gabungan
Litar ini akan berfungsi tetapi malangnya ia agak tidak boleh dipercayai.
Untuk mendapatkan operasi yang boleh dipercayai dan hayat suis yang lebih lama adalah perlu untuk menambah beberapa komponen tambahan pada litar asas seperti ditunjukkan di bawah (Rajah 7):
Rajah 7: Litar Gabungan dengan Penapisan
SW1:
Ini ialah suis pengasing 2 kutub.Ia ditambah untuk kemudahan dan untuk mematuhi piawaian elektrik.Ia juga wajar untuk suis ini untuk memasukkan lampu penunjuk neon untuk menunjukkan status ON/OFF litar.
D3 dan C4:
Tanpa D3, selak geganti tidak boleh dipercayai dan bergantung sedikit pada fasa bentuk gelombang utama pada masa operasi suis rasuk lentur.D3 memperkenalkan kelewatan (biasanya 30 mili saat) dalam keciciran geganti.Ini mengatasi masalah selak dan ia juga berfaedah untuk mempunyai kelewatan keciciran sejurus sebelum permulaan nadi penyahmagnetan (kemudian dalam kitaran).C4 menyediakan gandingan AC bagi litar geganti yang sebaliknya akan menjadi litar pintas separuh gelombang apabila butang START ditekan.
THERM.TUKAR:
Suis ini mempunyai perumahnya yang bersentuhan dengan badan magnet dan ia akan menjadi litar terbuka jika magnet menjadi terlalu panas (>70 C).Meletakkannya secara bersiri dengan gegelung geganti bermakna ia hanya perlu menukar arus kecil melalui gegelung geganti dan bukannya arus magnet penuh.
R2:
Apabila butang MULA ditekan, geganti akan ditarik masuk dan kemudian akan berlaku arus masuk yang mengecas C3 melalui penerus jambatan, C2 dan diod D2.Tanpa R2 tidak akan ada rintangan dalam litar ini dan arus tinggi yang terhasil boleh merosakkan sesentuh dalam suis START.
Juga, terdapat satu lagi keadaan litar di mana R2 menyediakan perlindungan: Jika suis rasuk lentur (SW2) bergerak dari terminal NO (di mana ia akan membawa arus magnet penuh) ke terminal NC, maka selalunya arka akan terbentuk dan jika Suis START masih dipegang pada masa ini maka C3 akan menjadi litar pintas dan, bergantung pada berapa banyak voltan pada C3, maka ini boleh merosakkan SW2.Namun sekali lagi R2 akan mengehadkan arus litar pintas ini kepada nilai yang selamat.R2 hanya memerlukan nilai rintangan yang rendah (biasanya 2 ohm) untuk memberikan perlindungan yang mencukupi.
Varistor:
Varistor, yang disambungkan antara terminal AC penerus, biasanya tidak melakukan apa-apa.Tetapi jika terdapat voltan lonjakan pada sesalur kuasa (disebabkan misalnya - serangan kilat berdekatan) maka varistor akan menyerap tenaga dalam lonjakan dan menghalang lonjakan voltan daripada merosakkan penerus jambatan.
R1:
Jika butang MULA ditekan semasa nadi penyahmagnetan maka ini berkemungkinan menyebabkan arka pada sesentuh geganti yang seterusnya akan menyebabkan litar pintas C1 (kapasitor storan).Tenaga kapasitor akan dibuang ke dalam litar yang terdiri daripada C1, penerus jambatan dan arka dalam geganti.Tanpa R1 terdapat rintangan yang sangat sedikit dalam litar ini dan oleh itu arus akan menjadi sangat tinggi dan akan mencukupi untuk mengimpal sesentuh dalam geganti.R1 menyediakan perlindungan dalam kemungkinan (agak luar biasa) ini.
Nota Khas Pilihan semula R1:
Jika kemungkinan yang dinyatakan di atas berlaku maka R1 akan menyerap hampir semua tenaga yang disimpan dalam C1 tanpa mengira nilai sebenar R1.Kami mahu R1 menjadi besar berbanding dengan rintangan litar lain tetapi kecil berbanding dengan rintangan gegelung Magnabend (jika tidak R1 akan mengurangkan keberkesanan nadi penyahmagnetan).Nilai sekitar 5 hingga 10 ohm adalah sesuai tetapi apakah penarafan kuasa yang perlu ada pada R1?Apa yang perlu kita nyatakan ialah kuasa nadi, atau penarafan tenaga perintang.Tetapi ciri ini biasanya tidak dinyatakan untuk perintang kuasa.Perintang kuasa nilai rendah selalunya adalah luka dawai dan kami telah menentukan bahawa faktor kritikal yang perlu dicari dalam perintang ini ialah jumlah wayar sebenar yang digunakan dalam pembinaannya.Anda perlu memecahkan perintang sampel dan mengukur tolok dan panjang wayar yang digunakan.Daripada ini kira jumlah isipadu wayar dan kemudian pilih perintang dengan sekurang-kurangnya 20 mm3 wayar.
(Contohnya perintang 6.8 ohm/11 watt daripada RS Components didapati mempunyai isipadu wayar 24mm3).
Nasib baik komponen tambahan ini bersaiz dan kos yang kecil dan oleh itu menambah hanya beberapa dolar kepada kos keseluruhan elektrik Magnabend.
Terdapat sedikit litar tambahan yang masih belum dibincangkan.Ini mengatasi masalah yang agak kecil:
Jika butang MULA ditekan dan tidak diikuti dengan menarik pemegang (yang sebaliknya akan memberikan pengapitan penuh) maka kapasitor storan tidak akan dicas sepenuhnya dan nadi penyahmagnetan yang mengakibatkan pelepasan butang MULA tidak akan menyahmagnetkan mesin sepenuhnya. .Bar pengapit kemudiannya akan kekal melekat pada mesin dan itu akan menjadi kacau ganggu.
Penambahan D4 dan R3, ditunjukkan dalam warna biru dalam Rajah 8 di bawah, masukkan bentuk gelombang yang sesuai ke dalam litar pam cas untuk memastikan C1 dicas walaupun pengapit penuh tidak digunakan.(Nilai R3 tidak kritikal - 220 ohm/10 watt sesuai dengan kebanyakan mesin).
Rajah 8: Litar dengan Demagnetise selepas "MULA" sahaja:
Untuk maklumat lanjut tentang komponen litar sila rujuk bahagian Komponen dalam "Bina Magnabend Anda Sendiri"
Untuk tujuan rujukan, gambar rajah litar penuh 240 Volt AC, mesin Magnabend E-Type yang dikeluarkan oleh Magnetic Engineering Pty Ltd ditunjukkan di bawah.
Ambil perhatian bahawa untuk operasi pada 115 VAC banyak nilai komponen perlu diubah suai.
Kejuruteraan Magnetik menghentikan pengeluaran mesin Magnabend pada tahun 2003 apabila perniagaan itu dijual.
Nota: Perbincangan di atas bertujuan untuk menerangkan prinsip utama operasi litar dan tidak semua butiran telah diliputi.Litar penuh yang ditunjukkan di atas juga disertakan dalam manual Magnabend yang tersedia di tempat lain di tapak ini.
Perlu diingatkan juga bahawa kami telah membangunkan versi keadaan pepejal sepenuhnya bagi litar ini yang menggunakan IGBT dan bukannya geganti untuk menukar arus.
Litar keadaan pepejal tidak pernah digunakan dalam mana-mana mesin Magnabend tetapi digunakan untuk magnet khas yang kami keluarkan untuk barisan pengeluaran.Barisan pengeluaran ini biasanya menghasilkan 5,000 item (seperti pintu peti sejuk) setiap hari.
Kejuruteraan Magnetik menghentikan pengeluaran mesin Magnabend pada tahun 2003 apabila perniagaan itu dijual.
Sila gunakan pautan Hubungi Alan di tapak ini untuk mendapatkan maklumat lanjut.