MAGNABEND - DEVRE İŞLETİMİ
Magnabend sac katlayıcı, bir DC kenetleme elektromıknatısı olarak tasarlanmıştır.
Elektro-manyetik bobini sürmek için gereken en basit devre, yalnızca bir anahtar ve bir köprü doğrultucudan oluşur:
Şekil 1: Minimal Devre:
ON/OFF anahtarının devrenin AC tarafına bağlı olduğuna dikkat edilmelidir.Bu, endüktif bobin akımının, akım üstel olarak sıfıra düşene kadar kapatmanın ardından köprü doğrultucudaki diyotlarda dolaşmasına izin verir.
(Köprüdeki diyotlar "geri dönüş" diyotları gibi davranır).
Daha güvenli ve rahat çalışma için, 2 elli kilitleme ve ayrıca 2 kademeli kenetleme sağlayan bir devreye sahip olunması arzu edilir.2 elli kilit, parmakların kıskaç çubuğunun altına sıkışmamasını sağlamaya yardımcı olur ve aşamalı kenetleme daha yumuşak bir başlangıç sağlar ve ayrıca ön kenetleme etkinleştirilene kadar bir elin nesneleri yerinde tutmasına olanak tanır.
Şekil 2: Kilitli ve 2 Aşamalı Kelepçeli Devre:
BAŞLAT düğmesine basıldığında, AC kondansatör aracılığıyla mıknatıs bobinine küçük bir voltaj sağlanır ve böylece hafif bir kenetleme etkisi üretilir.Akımı bobine sınırlayan bu reaktif yöntem, sınırlayıcı cihazda (kapasitör) önemli bir güç dağılımı içermez.
Tam kenetleme, Bending Beam ile çalıştırılan anahtar ve BAŞLAT düğmesi birlikte çalıştırıldığında elde edilir.
Tipik olarak önce BAŞLAT düğmesine basılır (sol el ile) ve ardından diğer el ile bükme kirişinin kolu çekilir.2 anahtarın çalışmasında bir miktar örtüşme olmadığı sürece tam kenetleme gerçekleşmez.Ancak tam kenetleme sağlandıktan sonra BAŞLAT düğmesini basılı tutmaya devam etmek gerekli değildir.
Artık Manyetizma
Çoğu elektro-mıknatısta olduğu gibi, Magnabend makinesiyle ilgili küçük ama önemli bir sorun artık manyetizma sorunudur.Bu, mıknatıs KAPALI konuma getirildikten sonra kalan az miktardaki manyetizmadır.Kıstırma çubuklarının mıknatıs gövdesine zayıf bir şekilde kenetlenmiş kalmasına neden olarak iş parçasının çıkarılmasını zorlaştırır.
Manyetik olarak yumuşak demirin kullanılması, artık manyetizmanın üstesinden gelmek için birçok olası yaklaşımdan biridir.
Ancak bu malzeme stok ölçülerinde elde edilmesi zor olduğu gibi fiziksel olarak da yumuşaktır yani bir büküm makinesinde kolayca zarar görebilir.
Manyetik devreye manyetik olmayan bir boşluğun dahil edilmesi, kalan manyetizmayı azaltmanın belki de en basit yoludur.Bu yöntem etkilidir ve imal edilmiş bir mıknatıs gövdesinde elde edilmesi oldukça kolaydır - mıknatıs parçalarını birbirine cıvatalamadan önce örneğin ön kutup ile çekirdek parçası arasına yaklaşık 0,2 mm kalınlığında bir karton veya alüminyum parçası yerleştirin.Bu yöntemin ana dezavantajı, manyetik olmayan boşluğun tam kenetleme için mevcut olan akıyı azaltmasıdır.Ayrıca, E-tipi mıknatıs tasarımında kullanılan boşluğu tek parça bir mıknatıs gövdesine dahil etmek kolay değildir.
Yardımcı bir bobin tarafından üretilen bir ters öngerilim alanı da etkili bir yöntemdir.Ancak, erken bir Magnabend tasarımında kısaca kullanılmasına rağmen, bobinin imalatında ve ayrıca kontrol devresinde yersiz ekstra karmaşıklık içerir.
Zayıflayan bir salınım ("zil sesi") kavramsal olarak manyetikliği gidermek için çok iyi bir yöntemdir.
Bu osiloskop fotoğrafları, kendi kendine salınım yapması için üzerine uygun bir kapasitör bağlanmış bir Magnabend bobinindeki voltajı (üstteki iz) ve akımı (alttaki iz) gösterir.(AC kaynağı resmin yaklaşık olarak ortasında kapatılmıştır).
İlk resim, mıknatıs üzerinde kıskaç çubuğu olmayan açık bir manyetik devre içindir.İkinci resim, mıknatıs üzerinde tam uzunlukta bir kıskaç bulunan kapalı bir manyetik devre içindir.
İlk resimde voltaj azalan salınım (zil sesi) sergiliyor ve akım da (alt iz) öyle, ancak ikinci resimde voltaj salınım yapmıyor ve akım tersine dönmeyi bile başaramıyor.Bu, manyetik akıda salınım olmayacağı ve dolayısıyla artık manyetizmanın iptali olmayacağı anlamına gelir.
Sorun şu ki, esas olarak çelikteki girdap akımı kayıpları nedeniyle mıknatıs çok fazla sönümleniyor ve bu nedenle ne yazık ki bu yöntem Magnabend için işe yaramıyor.
Zorla salınım başka bir fikirdir.Mıknatıs kendi kendine salınım yapamayacak kadar sönümlüyse, gerektiği gibi enerji sağlayan aktif devreler tarafından salınım yapmaya zorlanabilir.Bu, Magnabend için de kapsamlı bir şekilde araştırıldı.Ana dezavantajı, aşırı karmaşık devreler içermesidir.
Ters darbeli manyetik giderme, Magnabend için en uygun maliyetli olduğu kanıtlanmış yöntemdir.Bu tasarımın ayrıntıları, Magnetic Engineering Pty Ltd. tarafından gerçekleştirilen orijinal çalışmayı temsil etmektedir. Aşağıda ayrıntılı bir tartışma yer almaktadır:
TERS-PULSE MANYETİKSİZLEŞTİRME
Bu fikrin özü, enerjiyi bir kapasitörde depolamak ve ardından mıknatıs kapatıldıktan hemen sonra bobine bırakmaktır.Polarite, kondansatörün bobinde bir ters akımı indükleyeceği şekilde olmalıdır.Kapasitörde depolanan enerji miktarı, artık manyetizmayı iptal etmeye yetecek şekilde uyarlanabilir.(Çok fazla enerji aşırıya kaçabilir ve mıknatısı ters yönde yeniden mıknatıslayabilir).
Ters darbe yönteminin diğer bir avantajı da çok hızlı manyetikliği giderme ve kıskaç çubuğunu mıknatıstan neredeyse anında serbest bırakmasıdır.Bunun nedeni, ters darbeyi bağlamadan önce bobin akımının sıfıra düşmesini beklemeye gerek olmamasıdır.Darbenin uygulanması üzerine bobin akımı, normal üstel zayıflamasının olacağından çok daha hızlı bir şekilde sıfıra (ve sonra tersine) zorlanır.
Şekil 3: Temel Ters Darbe Devresi
Şimdi, normalde, doğrultucu ile mıknatıs bobini arasına bir anahtar kontağı yerleştirmek "ateşle oynamaktır".
Bunun nedeni, bir endüktif akımın aniden kesilememesidir.Eğer öyleyse, anahtar kontakları yaylanacak ve anahtar hasar görecek ve hatta tamamen yok olacaktır.(Mekanik eşdeğeri, bir volanı aniden durdurmaya çalışmak olacaktır).
Bu nedenle, hangi devre tasarlanırsa tasarlansın, bir anahtar kontağının değiştiği birkaç milisaniye dahil olmak üzere her zaman bobin akımı için etkili bir yol sağlamalıdır.
Yalnızca 2 kondansatör ve 2 diyottan (artı bir röle kontağı) oluşan yukarıdaki devre, Depolama kondansatörünü negatif bir voltaja (bobin referans tarafına göre) şarj etme işlevlerini yerine getirir ve ayrıca bobin için alternatif bir yol sağlar. röle kontağı hareket halindeyken akım.
Nasıl çalışır:
Genel olarak D1 ve C2, C1 için bir şarj pompası görevi görürken, D2, B noktasının pozitif olmasını engelleyen bir kıskaç diyottur.
Mıknatıs AÇIK durumdayken, röle kontağı "normalde açık" (NO) terminaline bağlanacak ve mıknatıs normal sac levha kenetleme işini yapacaktır.Şarj pompası, C1'i tepe bobin voltajına eşit büyüklükte bir negatif tepe voltajına doğru şarj edecektir.C1'deki voltaj katlanarak artacak, ancak saniyede yaklaşık 1/2 oranında tamamen şarj olacaktır.
Ardından, makine KAPALI konuma getirilene kadar bu durumda kalır.
Kapandıktan hemen sonra röle kısa bir süre tutulur.Bu süre zarfında, yüksek endüktif bobin akımı, köprü doğrultucudaki diyotlar aracılığıyla yeniden dolaşmaya devam edecektir.Şimdi, yaklaşık 30 milisaniyelik bir gecikmeden sonra röle kontağı ayrılmaya başlayacaktır.Bobin akımı artık doğrultucu diyotlardan geçemez, bunun yerine C1, D1 ve C2'den bir yol bulur.Bu akımın yönü C1 üzerindeki negatif yükü daha da artıracak ve C2'yi de yüklemeye başlayacak şekildedir.
C2'nin değerinin, bir arkın oluşmamasını sağlamak için açma rölesi kontağı boyunca voltaj yükselme oranını kontrol edecek kadar büyük olması gerekir.Tipik bir röle için bobin akımının amperi başına yaklaşık 5 mikro-faradlık bir değer yeterlidir.
Aşağıdaki Şekil 4, KAPALI konuma getirildikten sonraki ilk yarım saniye boyunca meydana gelen dalga biçimlerinin ayrıntılarını göstermektedir.C2 tarafından kontrol edilen gerilim rampası, şeklin ortasındaki kırmızı iz üzerinde açıkça görülmektedir, "Anında röle kontağı" olarak etiketlenmiştir.(Gerçek uçuş süresi bu izden çıkarılabilir; yaklaşık 1,5 ms'dir).
Röle armatürü NC terminaline iner inmez, negatif yüklü depolama kapasitörü mıknatıs bobinine bağlanır.Bu, bobin akımını hemen tersine çevirmez, ancak akım artık "yokuş yukarı" akar ve bu nedenle hızlı bir şekilde sıfıra ve depolama kapasitörünün bağlanmasından yaklaşık 80 ms sonra meydana gelen negatif bir zirveye doğru zorlanır.(Bkz. Şekil 5).Negatif akım, mıknatısta kalan manyetizmayı ortadan kaldıracak ve kıskaç çubuğu ile iş parçası hızla serbest bırakılacak olan negatif bir akıyı indükleyecektir.
Şekil 4: Genişletilmiş Dalga Biçimleri
Şekil 5: Mıknatıs Bobindeki Gerilim ve Akım Dalga Formları
Yukarıdaki Şekil 5, ön kenetleme aşaması, tam kenetleme aşaması ve manyetikliği giderme aşaması sırasında mıknatıs bobini üzerindeki voltaj ve akım dalga biçimlerini göstermektedir.
Bu manyetikliği giderme devresinin basitliği ve etkinliğinin, manyetikliği gidermeye ihtiyaç duyan diğer elektromıknatıslarda uygulama bulabileceği anlamına gelmesi gerektiği düşünülmektedir.Artık manyetizma bir sorun olmasa bile, bu devre bobin akımını çok hızlı bir şekilde sıfıra değiştirmek ve dolayısıyla hızlı bir serbest bırakma sağlamak için yine de çok yararlı olabilir.
Pratik Magnabend Devresi:
Yukarıda tartışılan devre konseptleri, aşağıda gösterildiği gibi hem 2 elli kilitleme hem de ters darbe manyetikliği giderme ile tam bir devrede birleştirilebilir (Şekil 6):
Şekil 6: Kombine Devre
Bu devre çalışacak ama ne yazık ki biraz güvenilmez.
Güvenilir çalışma ve daha uzun anahtar ömrü elde etmek için, aşağıda gösterildiği gibi temel devreye bazı ekstra bileşenler eklemek gerekir (Şekil 7):
Şekil 7: İyileştirmelerle Kombine Devre
SW1:
Bu, 2 kutuplu bir izolasyon anahtarıdır.Kolaylık sağlamak ve elektrik standartlarına uymak için eklenmiştir.Devrenin AÇIK/KAPALI durumunu göstermek için bu anahtarın bir neon gösterge ışığı içermesi de arzu edilir.
D3 ve C4:
D3 olmadan rölenin kilitlenmesi güvenilir değildir ve bir şekilde, bükme ışını anahtarının çalışması sırasında ana dalga formunun fazlamasına bağlıdır.D3, rölenin düşmesinde bir gecikme (tipik olarak 30 mili saniye) getirir.Bu, kilitlenme probleminin üstesinden gelir ve manyetikliği giderme darbesinin başlamasından hemen önce (döngünün ilerleyen bölümlerinde) bir bırakma gecikmesine sahip olmak da faydalıdır.C4, aksi halde BAŞLAT düğmesine basıldığında yarım dalga kısa devre olacak olan röle devresinin AC kuplajını sağlar.
TERM.DEĞİŞTİRMEK:
Bu anahtarın yuvası mıknatıs gövdesi ile temas halindedir ve mıknatıs çok ısınırsa (>70 C) açık devre olur.Röle bobini ile seri hale getirmek, tam mıknatıs akımı yerine yalnızca küçük akımı röle bobininden geçirmesi gerektiği anlamına gelir.
R2:
BAŞLAT düğmesine basıldığında röle çeker ve ardından köprü doğrultucu, C2 ve diyot D2 aracılığıyla C3'ü şarj eden bir ani akım olacaktır.R2 olmadan bu devrede direnç olmaz ve ortaya çıkan yüksek akım BAŞLAT anahtarındaki kontaklara zarar verebilir.
Ayrıca, R2'nin koruma sağladığı başka bir devre koşulu vardır: Eğme kiriş anahtarı (SW2) NO terminalinden (tam mıknatıs akımını taşıyacağı yer) NC terminaline hareket ederse, o zaman genellikle bir ark oluşur ve eğer BAŞLATMA anahtarı bu sırada hala tutuluyorsa, C3 fiilen kısa devre olur ve C3'te ne kadar voltaj olduğuna bağlı olarak bu SW2'ye zarar verebilir.Ancak yine de R2, bu kısa devre akımını güvenli bir değerle sınırlayacaktır.Yeterli koruma sağlamak için R2'nin yalnızca düşük bir direnç değerine (tipik olarak 2 ohm) ihtiyacı vardır.
varistör:
Doğrultucunun AC terminalleri arasına bağlanan varistör normalde hiçbir şey yapmaz.Ancak şebekede bir aşırı gerilim varsa (örneğin - yakındaki bir yıldırım çarpması nedeniyle), varistör dalgalanmadaki enerjiyi emecek ve gerilim yükselmesinin köprü doğrultucuya zarar vermesini önleyecektir.
R1:
Manyetikliği giderici bir darbe sırasında BAŞLAT düğmesine basılacaksa, bu durum büyük olasılıkla röle kontağında bir arka neden olur ve bu da C1'i (depolama kapasitörü) fiilen kısa devre yapar.Kapasitör enerjisi, C1, köprü doğrultucu ve röledeki arktan oluşan devreye dökülecektir.R1 olmadan bu devrede çok az direnç vardır ve bu nedenle akım çok yüksek olur ve röledeki kontakları kaynaklamak için yeterli olur.R1, bu (biraz sıra dışı) olasılıkta koruma sağlar.
R1 Seçimi ile ilgili Özel Not:
Yukarıda açıklanan olasılık meydana gelirse, R1'in gerçek değerinden bağımsız olarak R1, C1'de depolanan enerjinin neredeyse tamamını emecektir.R1'in diğer devre dirençleriyle karşılaştırıldığında büyük, ancak Magnabend bobininin direnciyle karşılaştırıldığında küçük olmasını istiyoruz (aksi halde R1, manyetik giderme darbesinin etkinliğini azaltacaktır).5 ila 10 ohm civarında bir değer uygun olacaktır, ancak R1'in hangi güç değerine sahip olması gerekir?Gerçekten belirtmemiz gereken şey, direncin darbe gücü veya enerji derecesidir.Ancak bu özellik genellikle güç dirençleri için belirtilmez.Düşük değerli güç dirençleri genellikle tel sargılıdır ve bu dirençte aranacak kritik faktörün yapımında kullanılan gerçek tel miktarı olduğunu belirledik.Örnek bir rezistör açmanız ve kullanılan telin ölçüsünü ve uzunluğunu ölçmeniz gerekir.Buradan telin toplam hacmini hesaplayın ve ardından en az 20 mm3 telli bir direnç seçin.
(Örneğin, RS Bileşenlerinden alınan 6,8 ohm/11 watt'lık bir direncin 24 mm3 kablo hacmine sahip olduğu bulunmuştur).
Neyse ki bu ekstra bileşenlerin boyutu ve maliyeti küçüktür ve bu nedenle Magnabend elektriğinin toplam maliyetine yalnızca birkaç dolar ekler.
Henüz tartışılmayan ek bir devre parçası var.Bu, nispeten küçük bir sorunun üstesinden gelir:
BAŞLAT düğmesine basılır ve ardından tutamaç çekilmezse (aksi takdirde tam kenetleme sağlar), depolama kapasitörü tam olarak şarj olmaz ve BAŞLAT düğmesinin serbest bırakılmasıyla sonuçlanan manyetikliği giderme darbesi makineyi tamamen manyetikten arındırmaz. .Kelepçe çubuğu daha sonra makineye yapışık kalır ve bu bir sıkıntı olur.
Aşağıdaki Şekil 8'de mavi ile gösterilen D4 ve R3'ün eklenmesi, tam kenetleme uygulanmasa bile C1'in şarj olmasını sağlamak için şarj pompası devresine uygun bir dalga formu besler.(R3'ün değeri kritik değildir - 220 ohm/10 watt çoğu makineye uygundur).
Şekil 8: Yalnızca "BAŞLAT" sonrasında Manyetikliği Giderilen Devre:
Devre bileşenleri hakkında daha fazla bilgi için lütfen "Kendi Magnabendinizi Oluşturun" bölümündeki Bileşenler bölümüne bakın.
Referans amacıyla Magnetic Engineering Pty Ltd tarafından üretilen 240 Volt AC, E-Type Magnabend makinelerinin tam devre şemaları aşağıda gösterilmiştir.
115 VAC'de çalışma için birçok bileşen değerinin değiştirilmesi gerektiğini unutmayın.
Magnetic Engineering, işletme satıldığında 2003 yılında Magnabend makinelerinin üretimini durdurdu.
Not: Yukarıdaki tartışma, devre çalışmasının ana ilkelerini açıklamayı amaçladı ve tüm ayrıntılar ele alınmadı.Yukarıda gösterilen tüm devreler, bu sitede başka bir yerde bulunan Magnabend kılavuzlarında da yer almaktadır.
Akımı değiştirmek için röle yerine IGBT'ler kullanan bu devrenin tamamen katı hal versiyonlarını geliştirdiğimize de dikkat edilmelidir.
Katı hal devresi hiçbir Magnabend makinesinde kullanılmadı, üretim hatları için ürettiğimiz özel mıknatıslarda kullanıldı.Bu üretim hatları tipik olarak günde 5.000 parça (buzdolabı kapısı gibi) üretti.
Magnetic Engineering, işletme satıldığında 2003 yılında Magnabend makinelerinin üretimini durdurdu.
Lütfen daha fazla bilgi almak için bu sitedeki Alan ile İletişime Geç bağlantısını kullanın.