MAGNABEND - РАБОТА НА ВЕРИГАТА
Папката за ламарина Magnabend е проектирана като DC затягащ електромагнит.
Най-простата верига, необходима за задвижване на електромагнитната намотка, се състои само от превключвател и мостов токоизправител:
Фигура 1: Минимална верига:
Трябва да се отбележи, че превключвателят за ВКЛ./ИЗКЛ. е свързан към AC страната на веригата.Това позволява токът на индуктивната намотка да циркулира през диодите в мостовия токоизправител след изключване, докато токът спадне експоненциално до нула.
(Диодите в моста действат като "fly-back" диоди).
За по-безопасна и по-удобна работа е желателно да има схема, която осигурява 2-ръчно блокиране, а също и 2-степенно затягане.Блокировката с 2 ръце помага да се гарантира, че пръстите не могат да бъдат захванати под скобата, а поетапното затягане дава по-мек старт и също така позволява на едната ръка да държи нещата на място, докато предварителното затягане се активира.
Фигура 2: Верига с блокировка и 2-степенно затягане:
При натискане на бутона START се подава малко напрежение към магнитната намотка чрез променливотоковия кондензатор, като по този начин се получава лек ефект на притискане.Този реактивен метод за ограничаване на тока към намотката не включва значително разсейване на мощността в ограничителното устройство (кондензатора).
Пълно затягане се получава, когато превключвателят, управляван от огъваща греда, и бутонът СТАРТ се задействат едновременно.
Обикновено първо се натиска бутонът СТАРТ (с лявата ръка), а след това дръжката на огъващата греда се издърпва с другата ръка.Пълно затягане няма да се случи, освен ако няма известно припокриване в работата на 2-та превключвателя.Но след като се установи пълно затягане, не е необходимо да продължавате да държите бутона СТАРТ.
Остатъчен магнетизъм
Малък, но значителен проблем с машината Magnabend, както и с повечето електромагнити, е проблемът с остатъчния магнетизъм.Това е малкото количество магнетизъм, което остава след изключване на магнита.Това кара скобите да останат слабо затегнати към тялото на магнита, което затруднява отстраняването на детайла.
Използването на магнитно меко желязо е един от многото възможни подходи за преодоляване на остатъчния магнетизъм.
Този материал обаче е труден за набавяне в складови размери и също така е физически мек, което означава, че лесно би се повредил в машина за огъване.
Включването на немагнитна междина в магнитната верига е може би най-простият начин за намаляване на остатъчния магнетизъм.Този метод е ефективен и е сравнително лесен за постигане в изработено магнитно тяло - просто включете парче картон или алуминий с дебелина около 0,2 mm между, да кажем, предния полюс и основната част, преди да закрепите магнитните части заедно.Основният недостатък на този метод е, че немагнитната междина наистина намалява наличния поток за пълно затягане.Също така не е лесно да се включи празнината в еднокомпонентно тяло на магнита, както се използва за конструкцията на магнит от тип E.
Полето с обратно отклонение, създадено от спомагателна намотка, също е ефективен метод.Но това включва неоправдана допълнителна сложност при производството на намотката, а също и в контролната верига, въпреки че е използвана за кратко в ранен дизайн на Magnabend.
Затихващото трептене ("звънене") концептуално е много добър метод за размагнитване.
Тези снимки на осцилоскоп изобразяват напрежението (горната следа) и тока (долната следа) в намотка Magnabend с подходящ кондензатор, свързан през нея, за да я накара да осцилира.(Променливотоковото захранване е изключено приблизително в средата на снимката).
Първата снимка е за отворена магнитна верига, тоест без скоба на магнита.Втората снимка е за затворена магнитна верига, тоест със скоба с пълна дължина на магнита.
На първата снимка напрежението показва затихващи колебания (звънене), както и токът (долна следа), но на втората снимка напрежението не осцилира и токът изобщо не успява да се обърне.Това означава, че няма да има колебания на магнитния поток и следователно няма да има анулиране на остатъчния магнетизъм.
Проблемът е, че магнитът е твърде силно затихнал, главно поради загуби от вихрови токове в стоманата, и затова за съжаление този метод не работи за Magnabend.
Принудителната осцилация е още една идея.Ако магнитът е твърде затихнал, за да осцилира самостоятелно, тогава той може да бъде принуден да осцилира от активни вериги, доставящи енергия, както се изисква.Това също е щателно проучено за Magnabend.Основният му недостатък е, че включва прекалено сложна схема.
Размагнитването с обратен импулс е методът, който се оказа най-рентабилен за Magnabend.Детайлите на този дизайн представляват оригинална работа, извършена от Magnetic Engineering Pty Ltd. Следва подробно обсъждане:
ОБРАТНО-ИМПУЛСНО ДЕМАГНЕТИЗИРАНЕ
Същността на тази идея е да се съхранява енергия в кондензатор и след това да се освободи в намотката веднага след като магнитът е изключен.Полярността трябва да бъде такава, че кондензаторът да индуцира обратен ток в намотката.Количеството енергия, съхранявано в кондензатора, може да бъде настроено така, че да бъде достатъчно, за да отмени остатъчния магнетизъм.(Твърде много енергия може да прекали и да намагнетизира отново магнита в обратна посока).
Друго предимство на метода с обратен импулс е, че той произвежда много бързо размагнитване и почти мигновено освобождаване на скобата от магнита.Това е така, защото не е необходимо да се чака токът на бобината да спадне до нула, преди да се свърже обратният импулс.При прилагане на импулса токът на намотката се принуждава да нулира (и след това се обръща) много по-бързо, отколкото би било нормалното му експоненциално затихване.
Фигура 3: Основна верига с обратен импулс
Сега обикновено поставянето на превключващ контакт между токоизправителя и магнитната намотка е "игра с огъня".
Това е така, защото индуктивен ток не може да бъде внезапно прекъснат.Ако е така, тогава контактите на превключвателя ще образуват дъга и превключвателят ще бъде повреден или дори напълно унищожен.(Механичният еквивалент би бил опит за внезапно спиране на маховик).
По този начин, каквато и верига да е създадена, тя трябва да осигурява ефективен път за тока на бобината по всяко време, включително за няколко милисекунди, докато контактът на превключвателя се променя.
Горната схема, която се състои само от 2 кондензатора и 2 диода (плюс релеен контакт), постига функциите на зареждане на кондензатора за съхранение до отрицателно напрежение (спрямо референтната страна на бобината) и също така осигурява алтернативен път за бобината ток, докато контактът на релето е в движение.
Как работи:
В общи линии D1 и C2 действат като зарядна помпа за C1, докато D2 е затягащ диод, който държи точка B от положителна.
Докато магнитът е ВКЛЮЧЕН, контактът на релето ще бъде свързан към неговата "нормално отворена" (NO) клема и магнитът ще върши нормалната си работа по затягане на ламарина.Помпата за зареждане ще зарежда C1 към пиково отрицателно напрежение, равно по големина на пиковото напрежение на бобината.Напрежението на C1 ще се увеличи експоненциално, но ще бъде напълно заредено за около 1/2 секунда.
След това остава в това състояние, докато машината бъде изключена.
Веднага след изключване релето се задържа за кратко време.През това време силно индуктивният ток на бобината ще продължи да рециркулира през диодите в мостовия токоизправител.Сега, след закъснение от около 30 милисекунди, контактът на релето ще започне да се разделя.Токът на намотката вече не може да преминава през токоизправителните диоди, а вместо това намира път през C1, D1 и C2.Посоката на този ток е такава, че допълнително ще увеличи отрицателния заряд на C1 и ще започне да зарежда C2 също.
Стойността на C2 трябва да бъде достатъчно голяма, за да контролира скоростта на нарастване на напрежението в контакта на отварящото реле, за да се гарантира, че няма да се образува дъга.Стойност от около 5 микрофарада на ампер ток на бобина е достатъчна за типично реле.
Фигура 4 по-долу показва подробности за вълните, които се появяват през първата половин секунда след изключване.Рампата на напрежението, която се управлява от C2, е ясно видима на червената следа в средата на фигурата, обозначена е като "Релеен контакт в движение".(Действителното време на прелитане може да се изведе от тази следа; то е около 1,5 ms).
Веднага след като арматурата на релето кацне на своя NC терминал, отрицателно зареденият кондензатор за съхранение се свързва към магнитната намотка.Това не обръща незабавно тока на бобината, но токът сега се движи "нагоре" и по този начин бързо преминава през нулата и към отрицателен пик, който се появява около 80 ms след свързването на кондензатора за съхранение.(Вижте Фигура 5).Отрицателният ток ще предизвика отрицателен поток в магнита, който ще елиминира остатъчния магнетизъм и скобата и детайлът бързо ще бъдат освободени.
Фигура 4: Разширени вълнови форми
Фигура 5: Криви на напрежение и ток върху магнитна намотка
Фигура 5 по-горе изобразява вълните на напрежението и тока върху магнитната намотка по време на фазата на предварително затягане, фазата на пълно затягане и фазата на размагнитване.
Смята се, че простотата и ефективността на тази демагнетизираща верига трябва да означава, че тя ще намери приложение в други електромагнити, които се нуждаят от демагнетизиране.Дори ако остатъчният магнетизъм не е проблем, тази верига все още може да бъде много полезна за комутиране на тока на бобината до нула много бързо и следователно за бързо освобождаване.
Практическа верига Magnabend:
Концепциите на веригата, обсъдени по-горе, могат да бъдат комбинирани в пълна верига както с блокировка с 2 ръце, така и с демагнетизиране с обратен импулс, както е показано по-долу (Фигура 6):
Фигура 6: Комбинирана верига
Тази схема ще работи, но за съжаление е донякъде ненадеждна.
За да се постигне надеждна работа и по-дълъг живот на превключвателя, е необходимо да се добавят някои допълнителни компоненти към основната верига, както е показано по-долу (Фигура 7):
Фигура 7: Комбинирана схема с уточнения
SW1:
Това е 2-полюсен изолиращ прекъсвач.Добавен е за удобство и за спазване на електрическите стандарти.Също така е желателно този превключвател да включва неонова индикаторна светлина, която да показва статуса ВКЛ./ИЗКЛ. на веригата.
D3 и C4:
Без D3 заключването на релето е ненадеждно и зависи донякъде от фазирането на формата на вълната на мрежата по време на работа на превключвателя на огъващата греда.D3 въвежда забавяне (обикновено 30 милисекунди) при изключване на релето.Това преодолява проблема със заключване и също така е полезно да има забавяне на отпадане точно преди началото на демагнетизиращия импулс (по-късно в цикъла).C4 осигурява AC свързване на веригата на релето, което иначе би представлявало късо съединение на половин вълна при натискане на бутона START.
ТЕРМ.ПРЕВКЛЮЧВАЧ:
Корпусът на този превключвател е в контакт с тялото на магнита и ще отвори верига, ако магнитът стане твърде горещ (>70 C).Поставянето му последователно с бобината на релето означава, че трябва да превключва само малкия ток през бобината на релето, а не пълния магнитен ток.
R2:
Когато се натисне бутонът START, релето се включва и тогава ще има пусков ток, който зарежда C3 през мостовия токоизправител, C2 и диод D2.Без R2 няма да има съпротивление в тази верига и произтичащият висок ток може да повреди контактите в превключвателя START.
Освен това има друго състояние на веригата, при което R2 осигурява защита: Ако превключвателят на огъващата греда (SW2) се премести от клемата NO (където ще пренася пълния магнитен ток) към клемата NC, тогава често се образува дъга и ако Превключвателят START все още беше задържан по това време, тогава C3 всъщност щеше да има късо съединение и, в зависимост от това колко напрежение беше на C3, тогава това можеше да повреди SW2.Но отново R2 ще ограничи този ток на късо съединение до безопасна стойност.R2 се нуждае само от ниска стойност на съпротивлението (обикновено 2 ома), за да осигури достатъчна защита.
Варистор:
Варисторът, който е свързан между AC клемите на токоизправителя, обикновено не прави нищо.Но ако има скок на напрежението в мрежата (поради например - близка мълния), тогава варисторът ще абсорбира енергията от удара и ще предотврати пика на напрежението да повреди мостовия токоизправител.
R1:
Ако бутонът START трябваше да бъде натиснат по време на демагнетизиращ импулс, тогава това вероятно би причинило дъга в контакта на релето, което от своя страна би причинило на практика късо съединение C1 (кондензатора за съхранение).Енергията на кондензатора ще бъде изхвърлена във веригата, състояща се от C1, мостовия токоизправител и дъгата в релето.Без R1 има много малко съпротивление в тази верига и затова токът би бил много висок и би бил достатъчен за заваряване на контактите в релето.R1 осигурява защита в този (донякъде необичаен) случай.
Специална бележка относно избора на R1:
Ако случайността, описана по-горе, се случи, тогава R1 ще абсорбира почти цялата енергия, която е била съхранена в C1, независимо от действителната стойност на R1.Искаме R1 да бъде голямо в сравнение с други съпротивления на веригата, но малко в сравнение със съпротивлението на бобината Magnabend (в противен случай R1 би намалило ефективността на демагнетизиращия импулс).Стойност от около 5 до 10 ома би била подходяща, но каква мощност трябва да има R1?Това, което наистина трябва да уточним, е импулсната мощност или енергийната оценка на резистора.Но тази характеристика обикновено не се определя за мощни резистори.Мощните резистори с ниска стойност обикновено са навити с тел и ние сме установили, че критичният фактор, който трябва да търсите в този резистор, е количеството действително използван проводник в конструкцията му.Трябва да отворите примерен резистор и да измерите габарита и дължината на използвания проводник.От това изчислете общия обем на проводника и след това изберете резистор с поне 20 mm3 проводник.
(Например е установено, че резистор 6,8 ома/11 вата от RS Components има обем на проводника от 24 mm3).
За щастие тези допълнителни компоненти са малки по размер и цена и следователно добавят само няколко долара към общата цена на електричеството Magnabend.
Има допълнителна част от схемата, която все още не е обсъдена.Това преодолява сравнително малък проблем:
Ако бутонът СТАРТ е натиснат и не е последван от издърпване на дръжката (което иначе би дало пълно затягане), тогава кондензаторът за съхранение няма да бъде напълно зареден и демагнетизиращият импулс, който се получава при освобождаване на бутона СТАРТ, няма да демагнетизира напълно машината .След това скобата ще остане залепена за машината и това ще бъде неудобство.
Добавянето на D4 и R3, показано в синьо на Фигура 8 по-долу, захранва подходяща форма на вълната във веригата на зарядната помпа, за да се гарантира, че C1 се зарежда, дори ако не е приложено пълно затягане.(Стойността на R3 не е критична - 220 ома/10 вата биха задоволили повечето машини).
Фигура 8: Верига с демагнетизиране само след "START":
За повече информация относно компонентите на веригата, моля, вижте раздела Компоненти в „Създайте свой собствен Magnabend“
За справка по-долу са показани пълните електрически схеми на 240-волтов AC, E-Type Magnabend машини, произведени от Magnetic Engineering Pty Ltd.
Обърнете внимание, че за работа на 115 VAC стойностите на много компоненти ще трябва да бъдат променени.
Magnetic Engineering прекрати производството на машини Magnabend през 2003 г., когато бизнесът беше продаден.
Забележка: Горната дискусия има за цел да обясни основните принципи на работа на веригата и не са обхванати всички подробности.Пълните вериги, показани по-горе, също са включени в ръководствата на Magnabend, които са достъпни другаде на този сайт.
Също така трябва да се отбележи, че разработихме напълно твърди версии на тази схема, които използваха IGBT вместо реле за превключване на тока.
Веригата в твърдо състояние никога не е била използвана в никакви машини на Magnabend, но е била използвана за специални магнити, които произвеждахме за производствени линии.Тези производствени линии обикновено произвеждат 5000 артикула (като врата на хладилник) на ден.
Magnetic Engineering прекрати производството на машини Magnabend през 2003 г., когато бизнесът беше продаден.
Моля, използвайте връзката Свържете се с Алън на този сайт, за да потърсите повече информация.