MAGNABEND - FUNCIONAMENT DEL CIRCUIT
La carpeta de xapa Magnabend està dissenyada com un electroimant de subjecció de corrent continu.
El circuit més senzill necessari per conduir la bobina electromagnètica consisteix només en un interruptor i un pont rectificador:
Figura 1: Circuit mínim:
Cal tenir en compte que l'interruptor ON/OFF està connectat al costat de CA del circuit.Això permet que el corrent de la bobina inductiva circuli pels díodes del pont rectificador després de l'apagat fins que el corrent disminueix exponencialment a zero.
(Els díodes del pont actuen com a díodes "fly-back").
Per a un funcionament més segur i còmode, és desitjable tenir un circuit que proporcioni un enclavament de 2 mans i també una subjecció de 2 etapes.L'enclavament de 2 mans ajuda a garantir que els dits no es puguin atrapar sota la pinça i la subjecció escenificada proporciona un inici més suau i també permet que una mà mantingui les coses al seu lloc fins que s'activa la fixació prèvia.
Figura 2: Circuit amb enclavament i fixació de 2 etapes:
Quan es prem el botó START, es subministra una petita tensió a la bobina de l'imant mitjançant el condensador de CA, produint així un efecte de subjecció lleuger.Aquest mètode reactiu per limitar el corrent a la bobina no implica una dissipació de potència significativa al dispositiu limitador (el condensador).
La fixació total s'obté quan tant l'interruptor accionat per la biga de flexió com el botó START s'accionen conjuntament.
Normalment, es prem el botó d'INICIA primer (amb la mà esquerra) i després el mànec de la biga de flexió s'estira amb l'altra mà.La subjecció total no es produirà tret que hi hagi algun solapament en el funcionament dels 2 interruptors.No obstant això, un cop establerta la subjecció total, no cal mantenir premut el botó START.
Magnetisme residual
Un problema petit però important amb la màquina Magnabend, com amb la majoria dels electroimants, és el problema del magnetisme residual.Aquesta és la petita quantitat de magnetisme que queda després d'apagar l'imant.Fa que les barres de pinça quedin feblement subjectades al cos de l'imant, dificultant així l'eliminació de la peça.
L'ús de ferro magnèticament tou és un dels molts enfocaments possibles per superar el magnetisme residual.
No obstant això, aquest material és difícil d'obtenir en mides d'estoc i també és físicament tou, el que significa que es malmetaria fàcilment en una màquina de doblegar.
La inclusió d'un buit no magnètic al circuit magnètic és potser la manera més senzilla de reduir el magnetisme residual.Aquest mètode és eficaç i és bastant fàcil d'aconseguir en un cos d'imant fabricat: només cal incorporar un tros de cartró o alumini d'uns 0,2 mm de gruix entre, per exemple, el pal frontal i la peça del nucli abans de cargolar les parts de l'imant junts.El principal inconvenient d'aquest mètode és que el buit no magnètic redueix el flux disponible per a la fixació completa.Tampoc és senzill incorporar la bretxa en un cos d'imant d'una sola peça tal com s'utilitza per al disseny de l'imant de tipus E.
Un camp de polarització inversa, produït per una bobina auxiliar, també és un mètode eficaç.Però implica una complexitat addicional injustificada en la fabricació de la bobina i també en els circuits de control, tot i que es va utilitzar breument en un primer disseny de Magnabend.
Una oscil·lació en decadència ("ringing") és conceptualment un molt bon mètode per a la desmagnetització.
Aquestes fotos de l'oscil·loscopi mostren la tensió (traça superior) i el corrent (traça inferior) en una bobina Magnabend amb un condensador adequat connectat per fer-la oscil·lar.(El subministrament de CA s'ha desactivat aproximadament al centre de la imatge).
La primera imatge és per a un circuit magnètic obert, és a dir, sense barra de pinça a l'imant.La segona imatge és per a un circuit magnètic tancat, és a dir, amb una pinça de llargada completa a l'imant.
A la primera imatge, la tensió presenta una oscil·lació decreixent (sonada) i també el corrent (traça inferior), però a la segona imatge la tensió no oscil·la i el corrent ni tan sols aconsegueix revertir-se.Això significa que no hi hauria oscil·lació del flux magnètic i, per tant, no hi hauria cancel·lació del magnetisme residual.
El problema és que l'imant està massa esmorteït, principalment a causa de les pèrdues de corrent de Foucault a l'acer, i per tant, malauradament, aquest mètode no funciona per al Magnabend.
L'oscil·lació forçada és una altra idea.Si l'imant està massa esmorteït per auto-oscil·lar, es podria veure obligat a oscil·lar per circuits actius que subministren energia segons sigui necessari.Això també s'ha investigat a fons per al Magnabend.El seu principal inconvenient és que implica uns circuits massa complicats.
La desmagnetització de pols invers és el mètode que ha resultat més rendible per al Magnabend.Els detalls d'aquest disseny representen el treball original realitzat per Magnetic Engineering Pty Ltd. A continuació es descriu detalladament:
DESIMAGNETITZACIÓ DE POLLS INVERS
L'essència d'aquesta idea és emmagatzemar energia en un condensador i després alliberar-la a la bobina just després d'apagar l'imant.La polaritat ha de ser tal que el condensador indueixi un corrent invers a la bobina.La quantitat d'energia emmagatzemada al condensador es pot adaptar perquè sigui suficient per cancel·lar el magnetisme residual.(Massa energia podria exagerar i tornar a magnetitzar l'imant en sentit contrari).
Un altre avantatge del mètode de pols invers és que produeix una desmagnetització molt ràpida i un alliberament gairebé instantani de la pinça de l'imant.Això es deu al fet que no cal esperar que el corrent de la bobina disminueixi a zero abans de connectar el pols invers.En aplicar el pols, el corrent de la bobina es força a zero (i després a la inversa) molt més ràpid del que hauria estat la seva decadència exponencial normal.
Figura 3: Circuit bàsic de pols invers
Ara, normalment, col·locar un interruptor de contacte entre el rectificador i la bobina de l'imant és "jugar amb foc".
Això es deu al fet que un corrent inductiu no es pot interrompre sobtadament.Si és així, els contactes de l'interruptor es produiran un arc i l'interruptor es farà malbé o fins i tot es destruirà completament.(L'equivalent mecànic seria intentar aturar de sobte un volant).
Així, sigui quin sigui el circuit dissenyat, ha de proporcionar una via eficaç per al corrent de la bobina en tot moment, fins i tot durant els pocs mil·lisegons mentre canvia un contacte d'interruptor.
El circuit anterior, que consta només de 2 condensadors i 2 díodes (més un contacte de relé), aconsegueix les funcions de carregar el condensador d'emmagatzematge a una tensió negativa (en relació amb el costat de referència de la bobina) i també proporciona una via alternativa per a la bobina. corrent mentre el contacte del relé està en marxa.
Com funciona:
A grans trets, D1 i C2 actuen com a bomba de càrrega per a C1, mentre que D2 és un díode de pinça que impedeix que el punt B sigui positiu.
Mentre l'imant està encès, el contacte del relé es connectarà al seu terminal "normalment obert" (NO) i l'imant farà la seva feina normal de subjectar la xapa.La bomba de càrrega carregarà C1 cap a una tensió negativa màxima igual en magnitud a la tensió màxima de la bobina.La tensió a C1 augmentarà exponencialment, però es carregarà completament en aproximadament 1/2 segon.
Aleshores roman en aquest estat fins que la màquina s'apaga.
Immediatament després d'apagar-se, el relé s'atura durant un temps curt.Durant aquest temps, el corrent de bobina altament inductiu continuarà circulant pels díodes del pont rectificador.Ara, després d'un retard d'uns 30 mil·lisegons, el contacte del relé començarà a separar-se.El corrent de la bobina ja no pot passar pels díodes rectificadors, sinó que troba un camí per C1, D1 i C2.La direcció d'aquest corrent és tal que augmentarà encara més la càrrega negativa de C1 i també començarà a carregar C2.
El valor de C2 ha de ser prou gran per controlar la velocitat d'augment de tensió a través del contacte del relé d'obertura per assegurar-se que no es formi un arc.Un valor d'uns 5 microfarads per amperatge de corrent de bobina és adequat per a un relé típic.
La figura 4 a continuació mostra detalls de les formes d'ona que es produeixen durant la primera meitat de segon després d'apagar-se.La rampa de tensió que està sent controlada per C2 és clarament visible a la traça vermella al mig de la figura, està etiquetada "Contacte de relé sobre la marxa".(El temps real de sobrevol es pot deduir d'aquesta traça; és d'uns 1,5 ms).
Tan aviat com l'armadura del relé aterra al seu terminal NC, el condensador d'emmagatzematge carregat negativament es connecta a la bobina de l'imant.Això no inverteix immediatament el corrent de la bobina, però el corrent està corrent "pujada" i, per tant, es veu forçat ràpidament a zero i cap a un pic negatiu que es produeix uns 80 ms després de la connexió del condensador d'emmagatzematge.(Vegeu la figura 5).El corrent negatiu induirà un flux negatiu a l'imant que anul·larà el magnetisme residual i la pinça i la peça s'alliberaran ràpidament.
Figura 4: Formes d'ona expandides
Figura 5: Formes d'ona de tensió i corrent a la bobina de l'imant
La figura 5 anterior mostra les formes d'ona de tensió i corrent a la bobina de l'imant durant la fase de pre-subjecció, la fase de subjecció completa i la fase de desmagnetització.
Es creu que la senzillesa i eficàcia d'aquest circuit desmagnetitzador hauria de significar que trobarà aplicació en altres electroimants que necessiten desmagnetització.Fins i tot si el magnetisme residual no és un problema, aquest circuit encara podria ser molt útil per commutar el corrent de la bobina a zero molt ràpidament i, per tant, donar un alliberament ràpid.
Circuit pràctic de Magnabend:
Els conceptes de circuit comentats anteriorment es poden combinar en un circuit complet tant amb un enclavament de dues mans com amb una desmagnetització de pols invers com es mostra a continuació (figura 6):
Figura 6: Circuit combinat
Aquest circuit funcionarà, però malauradament és una mica poc fiable.
Per obtenir un funcionament fiable i una vida útil més llarga de l'interruptor, cal afegir alguns components addicionals al circuit bàsic, tal com es mostra a continuació (Figura 7):
Figura 7: Circuit combinat amb refinaments
SW1:
Aquest és un interruptor aïllant de 2 pols.S'afegeix per comoditat i per complir amb les normes elèctriques.També és desitjable que aquest interruptor incorpori una llum indicadora de neó per mostrar l'estat ON/OFF del circuit.
D3 i C4:
Sense D3, el bloqueig del relé no és fiable i depèn una mica de la fase de la forma d'ona de la xarxa en el moment de l'operació de l'interruptor del feix de flexió.D3 introdueix un retard (normalment 30 mil·lisegons) en la sortida del relé.Això supera el problema d'enganxament i també és beneficiós tenir un retard d'abandonament just abans de l'inici del pols de desmagnetització (més endavant en el cicle).C4 proporciona un acoblament de CA del circuit de relé que, d'altra manera, seria un curtcircuit de mitja ona quan es premeu el botó START.
THERMA.INTERRUPTOR:
Aquest interruptor té la seva carcassa en contacte amb el cos de l'imant i s'obrirà el circuit si l'imant s'escalfa massa (>70 C).Posar-lo en sèrie amb la bobina del relé significa que només ha de canviar el corrent petit a través de la bobina del relé en lloc del corrent magnètic complet.
R2:
Quan es prem el botó START, el relé s'activa i llavors hi haurà un corrent d'entrada que carrega C3 mitjançant el pont rectificador, C2 i el díode D2.Sense R2 no hi hauria resistència en aquest circuit i l'elevat corrent resultant podria danyar els contactes de l'interruptor START.
A més, hi ha una altra condició del circuit on R2 proporciona protecció: si l'interruptor del feix de flexió (SW2) es mou des del terminal NO (on portaria el corrent magnètic complet) al terminal NC, sovint es formaria un arc i si el L'interruptor START encara s'estava mantenint en aquest moment i, de fet, el C3 seria curtcircuitat i, depenent de la tensió del C3, això podria danyar SW2.Tanmateix, de nou R2 limitaria aquest corrent de curtcircuit a un valor segur.R2 només necessita un valor de resistència baix (normalment 2 ohms) per proporcionar una protecció suficient.
Varistor:
El varistor, que està connectat entre els terminals de CA del rectificador, normalment no fa res.Però si hi ha una sobretensió a la xarxa elèctrica (a causa, per exemple, d'un llamp proper), el varistor absorbirà l'energia de la sobretensió i evitarà que la pujada de tensió danyi el pont rectificador.
R1:
Si s'hagués de prémer el botó START durant un pols de desmagnetització, és probable que això provoqui un arc al contacte del relé que, al seu torn, virtualment curtcircuitaria C1 (el condensador d'emmagatzematge).L'energia del condensador s'abocaria al circuit format per C1, el pont rectificador i l'arc del relé.Sense R1 hi ha molt poca resistència en aquest circuit i per tant el corrent seria molt elevat i seria suficient per soldar els contactes del relé.R1 proporciona protecció en aquesta eventualitat (una mica inusual).
Nota especial sobre l'elecció de R1:
Si es produeix la eventualitat descrita anteriorment, R1 absorbirà pràcticament tota l'energia emmagatzemada a C1, independentment del valor real de R1.Volem que R1 sigui gran en comparació amb altres resistències del circuit, però petit en comparació amb la resistència de la bobina Magnabend (en cas contrari, R1 reduiria l'efectivitat del pols desmagnetitzador).Un valor d'entre 5 i 10 ohms seria adequat, però quina potència hauria de tenir R1?El que realment hem d'especificar és la potència del pols o la qualificació d'energia de la resistència.Però aquesta característica no s'especifica normalment per a resistències de potència.Les resistències de potència de baix valor solen ser enrotllades amb fil i hem determinat que el factor crític a buscar en aquesta resistència és la quantitat de cable real utilitzat en la seva construcció.Heu d'obrir una resistència de mostra i mesurar el calibre i la longitud del cable utilitzat.A partir d'això, calculeu el volum total del cable i, a continuació, trieu una resistència amb almenys 20 mm3 de cable.
(Per exemple, es va trobar que una resistència de 6,8 ohms/11 watts de RS Components tenia un volum de cable de 24 mm3).
Afortunadament, aquests components addicionals són de mida i cost reduïts i, per tant, només afegeixen uns quants dòlars al cost total de l'electricitat Magnabend.
Hi ha un circuit addicional que encara no s'ha discutit.Això supera un problema relativament menor:
Si es prem el botó START i no se segueix estirant del mànec (que d'altra manera donaria una subjecció total), el condensador d'emmagatzematge no es carregarà completament i el pols de desmagnetització que resulta en deixar anar el botó START no desmagnetitzarà completament la màquina. .Aleshores, la pinça romandria enganxada a la màquina i això seria una molèstia.
L'addició de D4 i R3, que es mostra en blau a la figura 8 a continuació, alimenta una forma d'ona adequada al circuit de la bomba de càrrega per garantir que C1 es carregui fins i tot si no s'aplica la fixació total.(El valor de R3 no és crític: 220 ohms/10 watts s'adaptarien a la majoria de màquines).
Figura 8: Circuit amb desmagnetització només després de "START":
Per obtenir més informació sobre els components del circuit, consulteu la secció Components a "Construeix el teu propi Magnabend"
A continuació, es mostren els diagrames de circuit complets de les màquines Magnabend de tipus E de 240 volts CA, fabricades per Magnetic Engineering Pty Ltd.
Tingueu en compte que per funcionar amb 115 VAC caldria modificar molts valors dels components.
Magnetic Engineering va deixar de produir les màquines Magnabend l'any 2003 quan es va vendre el negoci.
Nota: la discussió anterior pretenia explicar els principis principals del funcionament del circuit i no s'han cobert tots els detalls.Els circuits complets que es mostren anteriorment també s'inclouen als manuals Magnabend que estan disponibles en altres llocs d'aquest lloc.
També cal assenyalar que hem desenvolupat versions totalment d'estat sòlid d'aquest circuit que utilitzaven IGBT en lloc d'un relé per canviar el corrent.
El circuit d'estat sòlid mai es va utilitzar en cap màquina Magnabend, sinó que es va utilitzar per a imants especials que vam fabricar per a les línies de producció.Aquestes línies de producció solen produir 5.000 articles (com ara una porta de nevera) al dia.
Magnetic Engineering va deixar de produir les màquines Magnabend l'any 2003 quan es va vendre el negoci.
Si us plau, utilitzeu l'enllaç Contacta amb Alan d'aquest lloc per cercar més informació.