MAGNABEND - תפעול מעגל
תיקיית הגיליון Magnabend מעוצבת כאלקטרומגנט מהדק DC.
המעגל הפשוט ביותר הנדרש להנעת הסליל האלקטרו-מגנטי מורכב ממתג ומיישר גשר בלבד:
איור 1: מעגל מינימלי:
יש לציין שמתג ה-ON/OFF מחובר בצד AC של המעגל.זה מאפשר לזרם הסליל האינדוקטיבי להסתובב דרך הדיודות במיישר הגשר לאחר כיבוי עד שהזרם יורד באופן אקספוננציאלי לאפס.
(הדיודות בגשר פועלות כדיודות "לעוף אחורה").
להפעלה בטוחה ונוחה יותר רצוי שיהיה מעגל המספק אינטרלוק בשתי ידיים וגם הידוק דו-שלבי.המנעול בשתי ידיים עוזר להבטיח שלא ניתן לתפוס את האצבעות מתחת למוט המהדק וההידוק המבויים נותן התחלה רכה יותר וגם מאפשר יד אחת להחזיק דברים במקומם עד להפעלת ההידוק המקדים.
איור 2: מעגל עם נעילה והידוק דו-שלבי:
כאשר כפתור ה-START נלחץ, מסופק מתח קטן לסליל המגנט דרך קבל ה-AC ובכך מייצר אפקט הידוק קל.שיטה תגובתית זו להגבלת הזרם לסליל אינה כרוכה בפיזור כוח משמעותי בהתקן המגביל (הקבל).
הידוק מלא מתקבל כאשר הן המתג המופעל באמצעות קרן כיפוף והן כפתור START מופעלים יחד.
בדרך כלל כפתור ה-START יילחץ תחילה (ביד שמאל) ולאחר מכן תימשך הידית של הקורה המתכופפת ביד השנייה.הידוק מלא לא יתרחש אלא אם יש חפיפה מסוימת בפעולת 2 המתגים.אולם לאחר יצירת הידוק מלא, אין צורך להמשיך להחזיק את לחצן ההתחלה.
מגנטיות שיורית
בעיה קטנה אך משמעותית במכונת Magnabend, כמו ברוב המגנטים האלקטרומגנטים, היא בעיית מגנטיות שיורית.זוהי הכמות הקטנה של מגנטיות שנשארת לאחר כיבוי המגנט.זה גורם למוטות המהדקים להישאר מהודקים בצורה חלשה לגוף המגנט ובכך מקשה על הסרת חומר העבודה.
שימוש בברזל רך מבחינה מגנטית הוא אחת ממגוון גישות אפשריות להתגברות על מגנטיות שיורית.
עם זאת חומר זה קשה להשיג בגדלים של מלאי והוא גם רך פיזית מה שאומר שהוא ייפגע בקלות במכונת כיפוף.
הכללת פער לא מגנטי במעגל המגנטי היא אולי הדרך הפשוטה ביותר להפחית מגנטיות שארית.שיטה זו יעילה ודי קלה להשגה בגוף מגנט מיוצר - פשוט שלבו חתיכת קרטון או אלומיניום בעובי של כ-0.2 מ"מ בין נגיד הקוטב הקדמי לחלק הליבה לפני הברגה של חלקי המגנט יחד.החיסרון העיקרי של שיטה זו הוא שהפער הלא מגנטי אכן מפחית את השטף הזמין להידוק מלא.כמו כן, זה לא פשוט לשלב את הפער בגוף מגנט מקשה אחת כפי שמשמש לעיצוב מגנט מסוג E.
שדה הטיה הפוכה, המיוצר על ידי סליל עזר, הוא גם שיטה יעילה.אבל זה כרוך במורכבות נוספת לא מוצדקת בייצור הסליל וגם במעגלי הבקרה, אם כי נעשה בו שימוש קצר בתכנון מוקדם של Magnabend.
תנודה מתפוררת ("צלצול") היא מבחינה רעיונית שיטה טובה מאוד לדה-מגנטיזציה.
צילומי אוסילוסקופ אלה מתארים את המתח (עקיבה עליונה) והזרם (עקב תחתון) בסליל Magnabend עם קבל מתאים המחובר לרוחבו כדי לגרום לו להתנודד.(ספק ה-AC נותק בערך באמצע התמונה).
התמונה הראשונה מיועדת למעגל מגנטי פתוח, כלומר ללא מוט מהדק על המגנט.התמונה השנייה מיועדת למעגל מגנטי סגור, כלומר עם מוט מהדק באורך מלא על המגנט.
בתמונה הראשונה המתח מפגין תנודה מתפוגגת (צלצול) וכך גם הזרם (עקיבה נמוכה יותר), אבל בתמונה השנייה המתח לא מתנודד והזרם אפילו לא מצליח להתהפך בכלל.המשמעות היא שלא תהיה תנודה של השטף המגנטי ומכאן שלא תהיה ביטול של מגנטיות שיורית.
הבעיה היא שהמגנט משוכך חזק מדי, בעיקר בגלל הפסדי זרם מערבולת בפלדה, ולכן לצערנו השיטה הזו לא עובדת עבור המגנבנד.
תנודה מאולצת היא רעיון נוסף.אם המגנט דחוס מכדי להתנודד בעצמו, הוא עלול להיאלץ להתנודד על ידי מעגלים פעילים המספקים אנרגיה כנדרש.זה גם נחקר ביסודיות עבור המגנבנד.החיסרון העיקרי שלו הוא שהוא כרוך במעגלים מסובכים מדי.
דה-מגנטיזציה בפולסים הפוכים היא השיטה שהוכיחה את העלות האפקטיבית ביותר עבור Magnabend.הפרטים של עיצוב זה מייצגים עבודה מקורית שבוצעה על ידי Magnetic Engineering Pty Ltd. דיון מפורט להלן:
דה-מגנטיזציה בדופק הפוכה
המהות של רעיון זה היא לאגור אנרגיה בקבל ולאחר מכן לשחרר אותה לתוך הסליל מיד לאחר כיבוי המגנט.הקוטביות צריכה להיות כזו שהקבל יגרום לזרם הפוך בסליל.ניתן להתאים את כמות האנרגיה האצורה בקבל כך שתספיק בדיוק לביטול המגנטיות השיורית.(יותר מדי אנרגיה עלולה להגזים ולמגנט מחדש את המגנט בכיוון ההפוך).
יתרון נוסף של שיטת הפולסים ההפוכים הוא שהיא מייצרת דה-מגנטיזציה מהירה מאוד ושחרור כמעט מיידי של המוט מהמגנט.הסיבה לכך היא שאין צורך להמתין עד שזרם הסליל יירד לאפס לפני חיבור הפולס ההפוכה.בהפעלת הדופק, זרם הסליל נאלץ לאפס (ולאחר מכן לאחור) הרבה יותר מהר ממה שהדעיכה האקספוננציאלית הרגילה שלו הייתה.
איור 3: מעגל דופק הפוך בסיסי
כעת, בדרך כלל, הצבת מגע מתג בין המיישר לסליל המגנט "משחקת באש".
הסיבה לכך היא שלא ניתן להפסיק זרם אינדוקטיבי בפתאומיות.אם כן, מגעי המתג יקשתי והמתג ייפגע או אפילו ייהרס לחלוטין.(המקבילה המכנית תהיה ניסיון לעצור פתאום גלגל תנופה).
לפיכך, כל מעגל שמתוכנן הוא חייב לספק מסלול יעיל לזרם הסליל בכל עת, כולל לכמה אלפיות השנייה בזמן שמגע מתג מתחלף.
המעגל הנ"ל, המורכב מ-2 קבלים ו-2 דיודות בלבד (בתוספת מגע ממסר), משיג את הפונקציות של טעינת קבל ה- Storage למתח שלילי (ביחס לצד הייחוס של הסליל) וכן מספק מסלול חלופי לסליל. זרם בזמן שמגע הממסר פועל.
איך זה עובד:
באופן כללי, D1 ו-C2 פועלים כמשאבת מטען עבור C1 בעוד ש-D2 היא דיודת מהדק שמונעת מנקודה B להיות חיובית.
בזמן שהמגנט פועל, מגע הממסר יחובר למסוף ה"פתוח כרגיל" (NO) שלו והמגנט יבצע את עבודתו הרגילה של הידוק פח.משאבת המטען תטעין את C1 לקראת שיא מתח שלילי השווה בגודלו למתח סליל השיא.המתח ב-C1 יגדל באופן אקספוננציאלי אך הוא ייטען במלואו תוך כ-1/2 שנייה.
לאחר מכן הוא נשאר במצב זה עד שהמכונה יכבה.
מיד לאחר הכיבוי הממסר מחזיק לזמן קצר.במהלך זמן זה, זרם הסליל האינדוקטיבי ביותר ימשיך להסתובב מחדש דרך הדיודות במיישר הגשר.כעת, לאחר השהייה של כ-30 מילישניות, קשר הממסר יתחיל להיפרד.זרם הסליל כבר לא יכול לעבור דרך דיודות המיישר אלא מוצא נתיב דרך C1, D1 ו-C2.כיוון הזרם הזה הוא כזה שהוא יגדיל עוד יותר את המטען השלילי ב-C1 והוא יתחיל לטעון גם את C2.
הערך של C2 צריך להיות גדול מספיק כדי לשלוט בקצב עליית המתח על פני מגע ממסר הפתיחה כדי להבטיח שלא תיווצר קשת.ערך של כ-5 מיקרו-פארד לכל אמפר של זרם סליל מתאים לממסר טיפוסי.
איור 4 להלן מציג פרטים של צורות הגל המתרחשות במהלך החצי הראשון שנייה לאחר הכיבוי.רמפת המתח אשר נשלטת על ידי C2 נראית בבירור על הרצועה האדומה באמצע האיור, היא מסומנת "מגע ממסר תוך כדי תנועה".(ניתן להסיק מהעקיבה הזו את זמן המעבר בפועל; הוא בערך 1.5 אלפיות השנייה).
ברגע שאבזור הממסר נוחת על מסוף ה-NC שלו, קבל האחסון הטעון שלילי מחובר לסליל המגנט.זה לא הופך מיד את זרם הסליל, אבל הזרם פועל כעת "במעלה" ובכך הוא נאלץ במהירות לאפס ולכיוון שיא שלילי המתרחש כ-80 אלפיות השנייה לאחר חיבור קבל האחסון.(ראה איור 5).הזרם השלילי יגרום לשטף שלילי במגנט אשר יבטל את המגנטיות השיורית והמוט והחומר ישתחררו במהירות.
איור 4: צורות גל מורחבות
איור 5: צורות גל מתח וזרם על סליל מגנט
איור 5 לעיל מתאר את צורות הגל של המתח והזרם על סליל המגנט במהלך שלב ההידוק מראש, שלב ההידוק המלא ושלב הדה-מגנטיזציה.
הוא חושב שהפשטות והיעילות של מעגל דה-מגנטיזציה זה אמורות לגרום לכך שהוא ימצא יישום באלקטרומגנטים אחרים הזקוקים לדה-מגנטיזציה.גם אם מגנטיות שיורית אינה בעיה מעגל זה עדיין יכול להיות שימושי מאוד כדי להעביר את זרם הסליל לאפס מהר מאוד, ומכאן לתת שחרור מהיר.
מעגל Magnabend מעשי:
ניתן לשלב את מושגי המעגלים שנדונו לעיל למעגל מלא עם נעילה בשתי ידיים וגם דה-מגנטיזציה של דופק הפוך, כפי שמוצג להלן (איור 6):
איור 6: מעגל משולב
המעגל הזה יעבוד אבל למרבה הצער הוא קצת לא אמין.
כדי להשיג פעולה אמינה וחיי מתג ארוכים יותר, יש צורך להוסיף כמה רכיבים נוספים למעגל הבסיסי כפי שמוצג להלן (איור 7):
איור 7: מעגל משולב עם חידודים
SW1:
זהו מתג בידוד דו-קוטבי.הוא מתווסף מטעמי נוחות וכדי לעמוד בתקני החשמל.רצוי גם שמתג זה ישלב נורית חיווי ניאון כדי להראות את מצב ה-ON/OFF של המעגל.
D3 ו-C4:
ללא D3 החזקת הממסר אינה אמינה ותלויה במידה מסוימת בהדרגה של צורת הגל של הרשת בזמן ההפעלה של מתג קרן כיפוף.D3 מציג השהייה (בדרך כלל 30 מילי שניות) בנשירה מהממסר.זה מתגבר על בעיית הנעילה ומועיל גם להשהות יציאה ממש לפני תחילת דופק הדה-מגנטיזציה (בהמשך המחזור).C4 מספק צימוד AC של מעגל הממסר, שאחרת יהיה קצר חשמלי של חצי גל כאשר לחצן ה-START נלחץ.
תֶרם.החלף:
למתג זה יש את הבית שלו במגע עם גוף המגנט והוא יעבור למעגל פתוח אם המגנט יתחמם מדי (>70 C).הצבתו בסדרה עם סליל הממסר פירושה שהוא צריך רק להעביר את הזרם הקטן דרך סליל הממסר ולא את זרם המגנט המלא.
R2:
כאשר כפתור ה-START נלחץ, הממסר נמשך פנימה ואז יהיה זרם דחיפה אשר טוען את C3 דרך מיישר הגשר, C2 ודיודה D2.ללא R2 לא תהיה התנגדות במעגל הזה והזרם הגבוה שנוצר עלול לפגוע במגעים במתג START.
כמו כן, קיים מצב מעגל נוסף שבו R2 מספק הגנה: אם מתג אלומת כיפוף (SW2) זז ממסוף ה-NO (שם הוא נושא את זרם המגנט המלא) אל מסוף ה-NC, לעתים קרובות תיווצר קשת ואם מתג START עדיין היה מוחזק בשלב זה, אז C3 למעשה יקצר, ובהתאם לכמה מתח היה ב-C3, אז זה עלול להזיק ל-SW2.אולם שוב R2 יגביל את זרם הקצר הזה לערך בטוח.R2 זקוק לערך התנגדות נמוך בלבד (בדרך כלל 2 אוהם) על מנת לספק הגנה מספקת.
וריאסטר:
הווריסטור, שמחובר בין מסופי ה-AC של המיישר, אינו עושה דבר בדרך כלל.אבל אם יש מתח נחשול על רשת החשמל (בגלל למשל - פגיעת ברק סמוכה) אז הווריסטור יספוג את האנרגיה בנחשול וימנע מנקודת המתח לפגוע במיישר הגשר.
R1:
אם יש ללחוץ על כפתור ה-START במהלך פעימה של דה-מגנטיזציה, סביר להניח שהדבר יגרום לקשת במגע הממסר, שבתורה למעשה יקצר את C1 (קבל האחסון).אנרגיית הקבל תוזרק לתוך המעגל המורכב מ-C1, מיישר הגשר והקשת בממסר.ללא R1 יש מעט מאוד התנגדות במעגל הזה ולכן הזרם יהיה גבוה מאוד ויהיה מספיק כדי לרתך את המגעים בממסר.R1 מספק הגנה במקרה (קצת חריג) זה.
הערה מיוחדת לבחירה של R1:
אם האירוע המתואר לעיל אכן מתרחש, R1 יספוג למעשה את כל האנרגיה שנאגרה ב-C1 ללא קשר לערך האמיתי של R1.אנו רוצים ש-R1 יהיה גדול בהשוואה להתנגדויות מעגלים אחרות אך קטן בהשוואה להתנגדות של סליל Magnabend (אחרת R1 יפחית את האפקטיביות של דופק הדה-מגנטיזציה).ערך של בסביבות 5 עד 10 אוהם יהיה מתאים אבל איזה דירוג הספק צריך להיות ל-R1?מה שאנחנו באמת צריכים לציין הוא עוצמת הדופק, או דירוג האנרגיה של הנגד.אבל מאפיין זה אינו מצוין בדרך כלל עבור נגדי כוח.נגדי כוח בעלי ערך נמוך הם בדרך כלל מפותלים בחוט וקבענו שהגורם הקריטי שיש לחפש בנגד זה הוא כמות החוט בפועל המשמש בבנייתו.אתה צריך לפתוח נגד מדגם ולמדוד את המדיד ואת אורך החוט המשמש.מתוך זה חשב את הנפח הכולל של החוט ולאחר מכן בחר נגד עם לפחות 20 מ"מ של חוט.
(לדוגמה, נגד 6.8 אוהם/11 וואט מבית RS Components נמצא כבעל נפח חוט של 24 מ"מ).
למרבה המזל, הרכיבים הנוספים הללו קטנים בגודלם ובעלותם, ולכן מוסיפים רק כמה דולרים לעלות הכוללת של החשמל של Magnabend.
יש מעגל נוסף שעדיין לא נדון.זה מתגבר על בעיה קטנה יחסית:
אם כפתור ה-START נלחץ ולאחריו לא משיכה בידית (שאם לא כן הייתה נותנת הידוק מלא) אז קבל האחסון לא ייטען במלואו ודופק הדה-מגנטיז שנוצר עם שחרור כפתור ה-START לא יבטל לחלוטין את המכונה .אז המהדק יישאר דבוק למכונה וזה יהיה מטרד.
התוספת של D4 ו-R3, המוצגת בכחול באיור 8 להלן, הזינה צורת גל מתאימה למעגל משאבת הטעינה כדי להבטיח ש-C1 ייטען גם אם לא יופעל הידוק מלא.(הערך של R3 אינו קריטי - 220 אוהם/10 וואט יתאים לרוב המכונות).
איור 8: מעגל עם Demagnetise לאחר "START" בלבד:
למידע נוסף על רכיבי מעגל, עיין בסעיף רכיבים ב"בנה משלך Magnabend"
למטרות התייחסות, דיאגרמות המעגל המלאות של 240 וולט AC, מכונות E-Type Magnabend המיוצרות על ידי Magnetic Engineering Pty Ltd מוצגים להלן.
שים לב שלפעולה על 115 VAC יהיה צורך לשנות ערכי רכיבים רבים.
הנדסה מגנטית הפסיקה את הייצור של מכונות Magnabend בשנת 2003 כאשר העסק נמכר.
הערה: הדיון לעיל נועד להסביר את העקרונות העיקריים של פעולת המעגל ולא כל הפרטים כוסו.המעגלים המלאים המוצגים לעיל כלולים גם במדריכי Magnabend הזמינים במקומות אחרים באתר זה.
יש לציין גם שפיתחנו גרסאות מוצקות לחלוטין של מעגל זה, שהשתמשו ב-IGBT במקום בממסר כדי להחליף את הזרם.
מעגל המצב המוצק מעולם לא היה בשימוש בכל מכונות Magnabend אלא שימש למגנטים מיוחדים שיצרנו עבור קווי ייצור.פסי ייצור אלה הוציאו בדרך כלל 5,000 פריטים (כגון דלת מקרר) ביום.
הנדסה מגנטית הפסיקה את הייצור של מכונות Magnabend בשנת 2003 כאשר העסק נמכר.
אנא השתמש בקישור צור קשר עם אלן באתר זה כדי לחפש מידע נוסף.