MAGNABEND - FUNCIONAMENTO DO CIRCUITO
A carpeta de chapas Magnabend está deseñada como un electroimán de suxeición de CC.
O circuíto máis sinxelo necesario para conducir a bobina electromagnética consiste só nun interruptor e un rectificador en ponte:
Figura 1: Circuíto mínimo:
Hai que ter en conta que o interruptor ON/OFF está conectado no lado de CA do circuíto.Isto permite que a corrente da bobina indutiva circule polos díodos do rectificador da ponte despois do apagado ata que a corrente decae exponencialmente ata cero.
(Os díodos da ponte actúan como díodos "fly-back").
Para un funcionamento máis seguro e cómodo, é desexable ter un circuíto que proporcione un bloqueo con dúas mans e tamén unha suxeición en dúas etapas.O bloqueo de dúas mans axuda a garantir que os dedos non se poidan atrapar debaixo da barra de suxeición e a suxeición por etapas dá un inicio máis suave e tamén permite que unha man manteña as cousas no seu lugar ata que se active a suxeición previa.
Figura 2: Circuíto con bloqueo e suxeición en dúas etapas:
Cando se preme o botón START, entrégase unha pequena tensión á bobina do imán a través do capacitor de CA, producindo así un efecto de suxeición lixeiro.Este método reactivo de limitar a corrente á bobina non implica unha disipación de enerxía significativa no dispositivo limitador (o capacitor).
A suxeición total obtense cando se accionan conxuntamente o interruptor accionado por Bending Beam e o botón START.
Normalmente, o botón START sería empuxado primeiro (coa man esquerda) e despois o mango da viga de flexión tiraríase coa outra man.A suxeición total non se producirá a non ser que exista algunha superposición no funcionamento dos 2 interruptores.Non obstante, unha vez que se establece a suxeición total, non é necesario manter premido o botón START.
Magnetismo residual
Un problema pequeno pero significativo coa máquina Magnabend, como coa maioría dos electroimáns, é o problema do magnetismo residual.Esta é a pequena cantidade de magnetismo que queda despois de apagar o imán.Fai que as barras de suxeición permanezan débilmente suxeitadas ao corpo do imán, dificultando así a eliminación da peza.
O uso de ferro magnéticamente brando é un dos moitos enfoques posibles para superar o magnetismo residual.
Non obstante, este material é difícil de obter en tamaños de stock e tamén é fisicamente brando, o que significa que se danaría facilmente nunha máquina dobradora.
A inclusión dun espazo non magnético no circuíto magnético é quizais a forma máis sinxela de reducir o magnetismo remanente.Este método é efectivo e é bastante sinxelo de conseguir nun corpo de imán fabricado; só incorpore un anaco de cartón ou aluminio duns 0,2 mm de espesor entre, por exemplo, o polo frontal e a peza central antes de atornillar as partes do imán.O principal inconveniente deste método é que a fenda non magnética reduce o fluxo dispoñible para a suxeición total.Tampouco é sinxelo incorporar o espazo nun corpo de imán dunha soa peza como se usa para o deseño do imán de tipo E.
Un campo de polarización inversa, producido por unha bobina auxiliar, tamén é un método eficaz.Pero implica unha complexidade extra inxustificada na fabricación da bobina e tamén nos circuítos de control, aínda que se utilizou brevemente nun deseño temprano de Magnabend.
Unha oscilación en descomposición ("ringing") é conceptualmente un método moi bo para desmagnetizar.
Estas fotos do osciloscopio representan a tensión (traza superior) e a corrente (traza inferior) nunha bobina Magnabend cun capacitor axeitado conectado a través dela para que oscile automaticamente.(A fonte de CA desactivouse aproximadamente no medio da imaxe).
A primeira imaxe é para un circuíto magnético aberto, é dicir, sen unha abrazadeira no imán.A segunda imaxe é para un circuíto magnético pechado, é dicir, cunha abrazadeira de lonxitude total no imán.
Na primeira imaxe a tensión presenta unha oscilación decrecente (zoar) e tamén a corrente (traza inferior), pero na segunda imaxe a tensión non oscila e a corrente nin sequera consegue reverter.Isto significa que non habería oscilación do fluxo magnético e, polo tanto, ningunha cancelación do magnetismo residual.
O problema é que o imán está demasiado amortiguado, principalmente debido ás perdas de corrente de Foucault no aceiro, polo que, desafortunadamente, este método non funciona para o Magnabend.
A oscilación forzada é outra idea.Se o imán está demasiado amortiguado para auto-oscilar, entón podería verse forzado a oscilar por circuítos activos que fornecen enerxía segundo sexa necesario.Isto tamén foi investigado a fondo para o Magnabend.O seu principal inconveniente é que implica uns circuítos demasiado complicados.
A desmagnetización de pulso inverso é o método que resultou máis rendible para o Magnabend.Os detalles deste deseño representan o traballo orixinal realizado por Magnetic Engineering Pty Ltd. A continuación unha discusión detallada:
DESMAGNETIZACIÓN DE IMPULSO INVERSO
A esencia desta idea é almacenar enerxía nun capacitor e despois liberala na bobina xusto despois de que se apague o imán.A polaridade debe ser tal que o capacitor inducirá unha corrente inversa na bobina.A cantidade de enerxía almacenada no capacitor pódese adaptar para que sexa só suficiente para cancelar o magnetismo residual.(Demasiada enerxía podería esaxerar e volver magnetizar o imán na dirección oposta).
Outra vantaxe do método de pulso inverso é que produce unha desmagnetización moi rápida e unha liberación case instantánea da pinza do imán.Isto débese a que non é necesario esperar a que a corrente da bobina caia a cero antes de conectar o pulso inverso.Ao aplicar o pulso, a corrente da bobina é forzada a cero (e logo á inversa) moito máis rápido do que sería o seu descenso exponencial normal.
Figura 3: Circuíto básico de pulso inverso
Agora, normalmente, colocar un contacto de interruptor entre o rectificador e a bobina magnética é "xogar co lume".
Isto débese a que non se pode interromper de súpeto unha corrente indutiva.Se é así, os contactos do interruptor formarán un arco e o interruptor darase ou mesmo destruirase completamente.(O equivalente mecánico sería tentar deter de súpeto un volante).
Así, calquera que sexa o circuíto que se deseñe, debe proporcionar unha vía eficaz para a corrente da bobina en todo momento, incluso durante os poucos milisegundos mentres cambia un contacto de interruptor.
O circuíto anterior, que consta só de 2 capacitores e 2 díodos (máis dun contacto de relé), realiza as funcións de cargar o condensador de almacenamento a unha tensión negativa (en relación co lado de referencia da bobina) e tamén proporciona unha vía alternativa para a bobina. actual mentres o contacto do relé está en marcha.
Cómo funciona:
En liñas xerais, D1 e C2 actúan como unha bomba de carga para C1 mentres que D2 é un díodo de pinza que impide que o punto B vaia positivo.
Mentres o imán está ON, o contacto do relé conectarase ao seu terminal "normalmente aberto" (NO) e o imán fará o seu traballo normal de suxeición da chapa.A bomba de carga cargará C1 cara a unha tensión de pico negativa igual en magnitude á tensión de pico da bobina.A tensión en C1 aumentará exponencialmente pero cargarase completamente en aproximadamente 1/2 segundo.
A continuación, permanece nese estado ata que a máquina se apague.
Inmediatamente despois da desactivación, o relé mantense acendido durante un curto período de tempo.Durante este tempo, a corrente da bobina altamente indutiva continuará recirculando polos díodos do rectificador da ponte.Agora, despois dun atraso duns 30 milisegundos, o contacto do relé comezará a separarse.A corrente da bobina xa non pode pasar polos díodos rectificadores senón que atopa un camiño a través de C1, D1 e C2.A dirección desta corrente é tal que aumentará aínda máis a carga negativa en C1 e comezará a cargar tamén C2.
O valor de C2 debe ser o suficientemente grande como para controlar a taxa de aumento de tensión no contacto do relé de apertura para garantir que non se forme un arco.Un valor duns 5 microfarads por amperio de corrente da bobina é adecuado para un relé típico.
A figura 4 a continuación mostra detalles das formas de onda que se producen durante a primeira metade de segundo despois de apagar.A rampla de tensión que está a ser controlada por C2 é claramente visible na traza vermella do medio da figura, está etiquetada como "Contacto de relé sobre a marcha".(O tempo de sobrevoo real pódese deducir desta traza; é duns 1,5 ms).
Tan pronto como a armadura do relé aterra no seu terminal NC, o capacitor de almacenamento cargado negativamente conéctase á bobina do imán.Isto non inverte inmediatamente a corrente da bobina, pero a corrente corre agora "costa arriba" e, polo tanto, é forzada rapidamente a cero e cara a un pico negativo que se produce uns 80 ms despois da conexión do capacitor de almacenamento.(Ver Figura 5).A corrente negativa inducirá un fluxo negativo no imán que cancelará o magnetismo residual e a barra de sujeción e a peza de traballo liberaranse rapidamente.
Figura 4: Formas de onda expandidas
Figura 5: Formas de onda de tensión e corrente na bobina do imán
A Figura 5 anterior representa as formas de onda de tensión e corrente na bobina do imán durante a fase de pre-suxección, a fase de suxeición completa e a fase de desmagnetización.
Pénsase que a sinxeleza e eficacia deste circuíto desmagnetizador debería significar que atopará aplicación noutros electroimáns que necesiten desmagnetización.Aínda que o magnetismo residual non sexa un problema, este circuíto aínda pode ser moi útil para conmutar a corrente da bobina a cero moi rapidamente e, polo tanto, dar unha liberación rápida.
Circuito práctico de Magnabend:
Os conceptos de circuíto comentados anteriormente pódense combinar nun circuíto completo con bloqueo de dúas mans e desmagnetización de pulso inverso como se mostra a continuación (Figura 6):
Figura 6: Circuíto combinado
Este circuíto funcionará pero, por desgraza, é pouco fiable.
Para obter un funcionamento fiable e unha vida útil máis longa do interruptor, é necesario engadir algúns compoñentes adicionais ao circuíto básico como se mostra a continuación (Figura 7):
Figura 7: Circuíto combinado con perfeccionamentos
SW1:
Este é un interruptor illante de 2 polos.Engádese por comodidade e para cumprir coas normas eléctricas.Tamén é desexable que este interruptor incorpore unha luz indicadora de neón para mostrar o estado ON/OFF do circuíto.
D3 e C4:
Sen D3, o bloqueo do relé non é fiable e depende un pouco da fase da forma de onda da rede no momento de funcionar o interruptor do feixe de flexión.D3 introduce un atraso (normalmente 30 milisegundos) na caída do relé.Isto supera o problema de enganche e tamén é beneficioso ter un atraso de caída xusto antes do inicio do pulso de desmagnetización (máis tarde no ciclo).C4 proporciona un acoplamento de CA do circuíto de relé que, doutro xeito, sería un curtocircuíto de media onda cando se preme o botón START.
TERMO.INTERRUPTOR:
Este interruptor ten a súa carcasa en contacto co corpo do imán e abrirase o circuíto se o imán se quente demasiado (>70 C).Poñelo en serie coa bobina do relé significa que só ten que cambiar a pequena corrente a través da bobina do relé en lugar da corrente do imán total.
R2:
Cando se preme o botón START, o relé entra e entón haberá unha corrente de entrada que carga C3 a través do rectificador da ponte, C2 e o díodo D2.Sen R2 non habería resistencia neste circuíto e a alta corrente resultante podería danar os contactos do interruptor START.
Ademais, hai outra condición de circuíto na que R2 proporciona protección: se o interruptor do feixe de flexión (SW2) se move desde o terminal NO (onde estaría transportando a corrente do imán completa) ao terminal NC, a miúdo formaríase un arco e se o O interruptor START aínda estaba mantendo neste momento, entón o C3 quedaría en curtocircuíto e, dependendo da cantidade de tensión que había en C3, isto podería danar o SW2.Non obstante, de novo R2 limitaría esta corrente de curtocircuíto a un valor seguro.R2 só necesita un valor de resistencia baixo (normalmente 2 ohmios) para proporcionar protección suficiente.
Varistor:
O varistor, que está conectado entre os terminais de CA do rectificador, normalmente non fai nada.Pero se hai unha sobretensión na rede (debido, por exemplo, a un raio nas proximidades), o varistor absorberá a enerxía da sobretensión e evitará que o pico de tensión dane o rectificador da ponte.
R1:
Se se preme o botón START durante un pulso de desmagnetización, isto probablemente provocaría un arco no contacto do relé que, á súa vez, practicaría un curtocircuíto C1 (o capacitor de almacenamento).A enerxía do capacitor verteríase no circuíto formado por C1, a ponte rectificadora e o arco no relé.Sen R1 hai moi pouca resistencia neste circuíto polo que a corrente sería moi alta e sería suficiente para soldar os contactos do relé.R1 ofrece protección nesta (algo inusual) eventualidade.
Nota especial sobre a elección de R1:
Se ocorre a eventualidade descrita anteriormente, entón R1 absorberá practicamente toda a enerxía almacenada en C1 independentemente do valor real de R1.Queremos que R1 sexa grande en comparación con outras resistencias do circuíto, pero pequeno en comparación coa resistencia da bobina Magnabend (se non, R1 reduciría a eficacia do pulso desmagnetizador).Sería adecuado un valor de entre 5 e 10 ohmios, pero que potencia nominal debería ter R1?O que realmente necesitamos especificar é a potencia do pulso ou a clasificación de enerxía da resistencia.Pero esta característica non adoita especificarse para as resistencias de potencia.As resistencias de potencia de baixo valor adoitan estar enrolladas por cable e determinamos que o factor crítico que hai que buscar nesta resistencia é a cantidade de cable real empregada na súa construción.Debe abrir unha resistencia de mostra e medir o calibre e a lonxitude do cable utilizado.A partir deste calcula o volume total do fío e despois elixe unha resistencia con polo menos 20 mm3 de fío.
(Por exemplo, descubriuse que unha resistencia de 6,8 ohmios/11 watts de RS Components tiña un volume de cable de 24 mm3).
Afortunadamente, estes compoñentes adicionais son pequenos en tamaño e custo e, polo tanto, só engaden uns poucos dólares ao custo total dos eléctricos Magnabend.
Hai un circuíto adicional que aínda non foi discutido.Isto supera un problema relativamente menor:
Se se preme o botón START e non se tira do mango (o que doutro xeito daría unha suxeición total), entón o capacitor de almacenamento non estará completamente cargado e o pulso de desmagnetización que resulta ao soltar o botón START non desmagnetizará completamente a máquina. .A barra de sujeción permanecería entón pegada á máquina e iso sería unha molestia.
A adición de D4 e R3, mostrada en azul na Figura 8 a continuación, alimenta unha forma de onda adecuada ao circuíto da bomba de carga para garantir que C1 se cargue aínda que non se aplique a suxeición total.(O valor de R3 non é crítico: 220 ohmios/10 watts serían adecuados para a maioría das máquinas).
Figura 8: Circuíto con desmagnetización só despois de "START":
Para obter máis información sobre os compoñentes do circuíto, consulte a sección Compoñentes en "Constrúe o teu propio Magnabend"
Como referencia, os diagramas de circuítos completos das máquinas Magnabend tipo E de 240 voltios CA fabricadas por Magnetic Engineering Pty Ltd móstranse a continuación.
Teña en conta que para o funcionamento en 115 VCA, moitos valores dos compoñentes deberían ser modificados.
Magnetic Engineering deixou de producir máquinas Magnabend en 2003 cando se vendeu o negocio.
Nota: a discusión anterior pretendía explicar os principais principios do funcionamento do circuíto e non se cubriron todos os detalles.Os circuítos completos mostrados anteriormente tamén están incluídos nos manuais de Magnabend que están dispoñibles noutro lugar deste sitio.
Tamén hai que ter en conta que desenvolvemos versións de estado sólido deste circuíto que usaban IGBTs en lugar dun relé para cambiar a corrente.
O circuíto de estado sólido nunca se utilizou en ningunha máquina Magnabend, senón que se utilizou para imáns especiais que fabricamos para liñas de produción.Estas liñas de produción normalmente produciron 5.000 artigos (como a porta dunha neveira) ao día.
Magnetic Engineering deixou de producir máquinas Magnabend en 2003 cando se vendeu o negocio.
Use a ligazón Contactar con Alan neste sitio para buscar máis información.