MAGNABEND - VẬN HÀNH MẠCH
Thư mục tấm kim loại Magnabend được thiết kế như một nam châm điện kẹp DC.
Mạch đơn giản nhất cần thiết để điều khiển cuộn dây điện từ chỉ bao gồm một công tắc và bộ chỉnh lưu cầu:
Hình 1: Mạch tối thiểu:
Cần lưu ý rằng công tắc BẬT/TẮT được kết nối ở phía AC của mạch.Điều này cho phép dòng điện cuộn dây cảm ứng lưu thông qua các điốt trong bộ chỉnh lưu cầu sau khi tắt cho đến khi dòng điện giảm dần theo cấp số nhân về 0.
(Các điốt trong cầu đang hoạt động như các điốt "fly-back").
Để vận hành an toàn hơn và thuận tiện hơn, nên có một mạch cung cấp khóa liên động 2 tay và kẹp 2 giai đoạn.Khóa liên động 2 tay giúp đảm bảo rằng các ngón tay không thể bị kẹt dưới thanh kẹp và kẹp theo giai đoạn giúp khởi động nhẹ nhàng hơn và cũng cho phép một tay giữ đồ vật tại chỗ cho đến khi kích hoạt kẹp trước.
Hình 2: Mạch có Khóa liên động và Kẹp 2 giai đoạn:
Khi nhấn nút START, một điện áp nhỏ được cung cấp cho cuộn dây nam châm thông qua tụ điện xoay chiều, do đó tạo ra hiệu ứng kẹp sáng.Phương pháp phản kháng này để giới hạn dòng điện tới cuộn dây không gây tiêu hao năng lượng đáng kể trong thiết bị giới hạn (tụ điện).
Kẹp hoàn toàn đạt được khi cả công tắc vận hành bằng Bending Beam và nút START được vận hành cùng nhau.
Thông thường, nút BẮT ĐẦU sẽ được nhấn trước (bằng tay trái) và sau đó tay cầm của thanh uốn sẽ được kéo bằng tay kia.Việc kẹp hoàn toàn sẽ không xảy ra trừ khi có một số chồng chéo trong hoạt động của 2 công tắc.Tuy nhiên, khi thiết lập kẹp hoàn toàn, không cần thiết phải tiếp tục giữ nút KHỞI ĐỘNG.
từ tính dư
Một vấn đề nhỏ nhưng quan trọng với máy Magnabend, giống như hầu hết các nam châm điện, là vấn đề từ dư.Đây là lượng từ tính nhỏ còn lại sau khi TẮT nam châm.Nó làm cho các thanh kẹp vẫn được kẹp yếu vào thân nam châm, do đó làm cho việc tháo phôi trở nên khó khăn.
Sử dụng sắt mềm có từ tính là một trong nhiều phương pháp khả thi để khắc phục từ tính dư.
Tuy nhiên, vật liệu này khó có được với kích thước sẵn có và nó cũng mềm về mặt vật lý, điều đó có nghĩa là nó sẽ dễ bị hỏng trong máy uốn.
Việc đưa vào một khe hở phi từ tính trong mạch từ tính có lẽ là cách đơn giản nhất để giảm từ tính còn sót lại.Phương pháp này hiệu quả và khá dễ đạt được trong thân nam châm được chế tạo - chỉ cần kết hợp một miếng bìa cứng hoặc nhôm dày khoảng 0,2 mm giữa cực trước và miếng lõi trước khi bắt vít các bộ phận nam châm lại với nhau.Hạn chế chính của phương pháp này là khe hở không từ tính làm giảm từ thông có sẵn để kẹp hoàn toàn.Ngoài ra, không dễ dàng để kết hợp khe hở trong thân nam châm một mảnh như được sử dụng cho thiết kế nam châm loại E.
Trường phân cực ngược do cuộn dây phụ tạo ra cũng là một phương pháp hiệu quả.Nhưng nó liên quan đến sự phức tạp thêm không đáng có trong quá trình sản xuất cuộn dây và cả trong mạch điều khiển, mặc dù nó đã được sử dụng một thời gian ngắn trong thiết kế Magnabend ban đầu.
Một dao động phân rã ("đổ chuông") về mặt khái niệm là một phương pháp rất tốt để khử từ.
Những bức ảnh máy hiện sóng này mô tả điện áp (dấu vết trên cùng) và dòng điện (dấu vết dưới cùng) trong cuộn dây Magnabend với một tụ điện phù hợp được kết nối qua nó để làm cho nó tự dao động.(Nguồn AC đã bị tắt gần như ở giữa hình).
Hình ảnh đầu tiên là một mạch từ hở, nghĩa là không có thanh kẹp trên nam châm.Hình ảnh thứ hai dành cho một mạch từ kín, nghĩa là có một thanh kẹp có chiều dài đầy đủ trên nam châm.
Trong hình ảnh đầu tiên, điện áp thể hiện dao động giảm dần (chuông) và dòng điện cũng vậy (dấu vết thấp hơn), nhưng trong hình ảnh thứ hai, điện áp không dao động và dòng điện thậm chí không thể đảo ngược chút nào.Điều này có nghĩa là sẽ không có dao động của từ thông và do đó không có hiện tượng triệt tiêu từ dư.
Vấn đề là nam châm bị ẩm quá nặng, chủ yếu là do tổn thất dòng điện xoáy trong thép, và do đó, thật không may, phương pháp này không hiệu quả với Magnabend.
Dao động cưỡng bức là một ý tưởng khác.Nếu nam châm quá ẩm để tự dao động thì nó có thể buộc phải dao động bằng các mạch tích cực cung cấp năng lượng theo yêu cầu.Điều này cũng đã được điều tra kỹ lưỡng cho Magnabend.Hạn chế chính của nó là liên quan đến mạch điện quá phức tạp.
Khử từ theo xung ngược là phương pháp được chứng minh là có hiệu quả nhất về chi phí đối với Magnabend.Các chi tiết của thiết kế này đại diện cho công việc ban đầu được thực hiện bởi Magnetic Engineering Pty Ltd. Một cuộc thảo luận chi tiết sau đây:
KHỬ TỪ XUNG NGƯỢC LẠI
Bản chất của ý tưởng này là lưu trữ năng lượng trong một tụ điện và sau đó giải phóng nó vào cuộn dây ngay sau khi tắt nam châm.Cực cần phải sao cho tụ điện sẽ tạo ra dòng điện ngược trong cuộn dây.Lượng năng lượng được lưu trữ trong tụ điện có thể được điều chỉnh sao cho vừa đủ để triệt tiêu từ tính dư.(Quá nhiều năng lượng có thể làm quá tải và từ hóa lại nam châm theo hướng ngược lại).
Một ưu điểm nữa của phương pháp xung đảo ngược là nó tạo ra quá trình khử từ rất nhanh và giải phóng thanh kẹp khỏi nam châm gần như ngay lập tức.Điều này là do không cần thiết phải đợi dòng điện cuộn dây giảm dần về 0 trước khi kết nối xung ngược.Khi áp dụng xung, dòng điện cuộn dây bị buộc về 0 (và sau đó đảo ngược) nhanh hơn rất nhiều so với sự phân rã theo cấp số nhân thông thường của nó.
Hình 3: Mạch đảo chiều cơ bản
Bây giờ, thông thường, việc đặt một tiếp điểm công tắc giữa bộ chỉnh lưu và cuộn nam châm là "đùa với lửa".
Điều này là do dòng điện cảm ứng không thể bị ngắt đột ngột.Nếu đúng như vậy thì các tiếp điểm của công tắc sẽ hồ quang và công tắc sẽ bị hỏng hoặc thậm chí bị phá hủy hoàn toàn.(Tương đương cơ học sẽ cố gắng dừng đột ngột một bánh đà).
Do đó, bất kỳ mạch nào được tạo ra, nó phải luôn cung cấp một đường dẫn hiệu quả cho dòng điện cuộn dây, kể cả trong vài phần nghìn giây khi tiếp điểm của công tắc thay đổi.
Mạch trên, chỉ bao gồm 2 tụ điện và 2 điốt (cộng với một tiếp điểm rơle), đạt được các chức năng sạc tụ Lưu trữ thành điện áp âm (so với phía tham chiếu của cuộn dây) và cũng cung cấp một đường dẫn thay thế cho cuộn dây dòng điện trong khi tiếp điểm rơle đang hoạt động.
Làm thế nào nó hoạt động:
Nhìn chung, D1 và C2 hoạt động như một máy bơm tích điện cho C1 trong khi D2 là một diode kẹp giữ cho điểm B không bị dương.
Trong khi nam châm BẬT, tiếp điểm rơle sẽ được kết nối với đầu cực "thường mở" (NO) của nó và nam châm sẽ thực hiện công việc bình thường là kẹp tấm kim loại.Bơm sạc sẽ sạc C1 về phía điện áp âm cực đại có độ lớn tương đương với điện áp cuộn dây cực đại.Điện áp trên C1 sẽ tăng theo cấp số nhân nhưng nó sẽ được sạc đầy trong khoảng 1/2 giây.
Sau đó, nó sẽ duy trì ở trạng thái đó cho đến khi TẮT máy.
Ngay sau khi tắt, rơle giữ trong một thời gian ngắn.Trong thời gian này, dòng điện cuộn cảm cao sẽ tiếp tục tuần hoàn qua các điốt trong bộ chỉnh lưu cầu.Bây giờ, sau khoảng 30 mili giây, tiếp điểm rơle sẽ bắt đầu tách ra.Dòng điện cuộn dây không còn có thể đi qua các điốt chỉnh lưu mà thay vào đó tìm một đường dẫn qua C1, D1 và C2.Hướng của dòng điện này sao cho nó sẽ làm tăng thêm điện tích âm trên C1 và nó cũng sẽ bắt đầu tích điện cho C2.
Giá trị của C2 cần đủ lớn để kiểm soát tốc độ tăng điện áp trên tiếp điểm rơle mở nhằm đảm bảo không hình thành hồ quang.Giá trị khoảng 5 micro-farad trên mỗi amp dòng điện cuộn dây là đủ cho một rơle điển hình.
Hình 4 bên dưới hiển thị chi tiết các dạng sóng xảy ra trong nửa giây đầu tiên sau khi TẮT.Đường dốc điện áp đang được điều khiển bởi C2 có thể nhìn thấy rõ ràng trên đường màu đỏ ở giữa hình, nó được dán nhãn "Tiếp điểm rơle khi đang di chuyển".(Thời gian bay qua thực tế có thể được suy ra từ dấu vết này; nó là khoảng 1,5 ms).
Ngay khi phần ứng của rơle chạm vào đầu cực NC của nó, tụ điện tích điện âm được nối với cuộn dây nam châm.Điều này không ngay lập tức đảo ngược dòng điện trong cuộn dây nhưng dòng điện hiện đang chạy "lên dốc" và do đó, nó nhanh chóng bị ép về 0 và hướng tới đỉnh âm xảy ra khoảng 80 ms sau khi kết nối tụ điện lưu trữ.(Xem Hình 5).Dòng điện âm sẽ tạo ra một từ thông âm trong nam châm, dòng điện này sẽ triệt tiêu từ tính dư và thanh kẹp cũng như phôi gia công sẽ nhanh chóng được nhả ra.
Hình 4: Dạng sóng mở rộng
Hình 5: Dạng sóng điện áp và dòng điện trên cuộn nam châm
Hình 5 ở trên mô tả dạng sóng điện áp và dòng điện trên cuộn dây nam châm trong giai đoạn tiền kẹp, giai đoạn kẹp hoàn toàn và giai đoạn khử từ.
Người ta cho rằng tính đơn giản và hiệu quả của mạch khử từ này có nghĩa là nó sẽ tìm thấy ứng dụng trong các nam châm điện khác cần khử từ.Ngay cả khi từ dư không phải là vấn đề, mạch này vẫn có thể rất hữu ích để chuyển dòng điện qua cuộn dây về 0 rất nhanh và do đó giải phóng nhanh chóng.
Mạch Magnabend thực tế:
Các khái niệm về mạch được thảo luận ở trên có thể được kết hợp thành một mạch đầy đủ với cả khóa liên động 2 tay và khử từ xung ngược như minh họa bên dưới (Hình 6):
Hình 6: Mạch kết hợp
Mạch này sẽ hoạt động nhưng tiếc là nó hơi không đáng tin cậy.
Để có được hoạt động đáng tin cậy và tuổi thọ của công tắc dài hơn, cần phải thêm một số thành phần bổ sung vào mạch cơ bản như hình bên dưới (Hình 7):
Hình 7: Mạch kết hợp với các cải tiến
SW1:
Đây là công tắc cách ly 2 cực.Nó được thêm vào để thuận tiện và tuân thủ các tiêu chuẩn về điện.Công tắc này cũng nên kết hợp đèn báo neon để hiển thị trạng thái BẬT/TẮT của mạch.
D3 và C4:
Không có D3, chốt của rơle không đáng tin cậy và phần nào phụ thuộc vào pha của dạng sóng nguồn tại thời điểm hoạt động của công tắc dầm uốn.D3 giới thiệu độ trễ (thường là 30 mili giây) khi bỏ rơle.Điều này khắc phục vấn đề chốt và cũng có lợi khi có độ trễ giảm ngay trước khi bắt đầu xung khử từ (sau này trong chu kỳ).C4 cung cấp khớp nối AC của mạch rơle, nếu không sẽ là ngắn mạch nửa sóng khi nhấn nút KHỞI ĐỘNG.
NHIỆT.CÔNG TẮC:
Công tắc này có vỏ tiếp xúc với thân nam châm và nó sẽ bị hở mạch nếu nam châm quá nóng (>70 C).Đặt nó nối tiếp với cuộn dây rơle có nghĩa là nó chỉ phải chuyển dòng điện nhỏ qua cuộn dây rơle chứ không phải dòng điện nam châm đầy đủ.
R2:
Khi nhấn nút START, rơle sẽ kéo vào và sau đó sẽ có một dòng điện chạy vào nạp điện cho C3 thông qua bộ chỉnh lưu cầu, C2 và điốt D2.Không có R2 sẽ không có điện trở trong mạch này và dòng điện cao dẫn đến có thể làm hỏng các tiếp điểm trong công tắc START.
Ngoài ra, có một tình trạng mạch khác trong đó R2 cung cấp khả năng bảo vệ: Nếu công tắc dầm uốn (SW2) di chuyển từ cực NO (nơi nó sẽ mang toàn bộ dòng điện nam châm) sang cực NC, thì thường thì một hồ quang sẽ hình thành và nếu Công tắc START vẫn đang được giữ vào thời điểm này, sau đó C3 thực tế sẽ bị đoản mạch và tùy thuộc vào mức điện áp trên C3, điều này có thể làm hỏng SW2.Tuy nhiên, một lần nữa R2 sẽ giới hạn dòng điện ngắn mạch này ở một giá trị an toàn.R2 chỉ cần giá trị điện trở thấp (thường là 2 ôm) để cung cấp khả năng bảo vệ đầy đủ.
Biến trở:
Biến trở, được kết nối giữa các cực AC của bộ chỉnh lưu, thường không làm gì cả.Nhưng nếu có điện áp tăng đột biến trên nguồn điện (ví dụ do sét đánh gần đó) thì biến trở sẽ hấp thụ năng lượng khi điện áp tăng đột biến và ngăn điện áp tăng đột biến làm hỏng bộ chỉnh lưu cầu.
R1:
Nếu nút KHỞI ĐỘNG được nhấn trong khi xung khử từ thì điều này có thể sẽ gây ra hồ quang ở tiếp điểm rơle, do đó sẽ gần như làm đoản mạch C1 (tụ điện lưu trữ).Năng lượng của tụ điện sẽ được đưa vào mạch bao gồm C1, bộ chỉnh lưu cầu và hồ quang trong rơle.Không có R1, có rất ít điện trở trong mạch này và do đó dòng điện sẽ rất cao và đủ để hàn các tiếp điểm trong rơle.R1 cung cấp sự bảo vệ trong tình huống (hơi bất thường) này.
Lưu ý đặc biệt lại Sự lựa chọn của R1:
Nếu trường hợp được mô tả ở trên xảy ra thì R1 sẽ hấp thụ gần như toàn bộ năng lượng được lưu trữ trong C1 bất kể giá trị thực của R1 là bao nhiêu.Chúng tôi muốn R1 lớn so với điện trở mạch khác nhưng nhỏ so với điện trở của cuộn Magnabend (nếu không R1 sẽ làm giảm hiệu quả của xung khử từ).Giá trị khoảng 5 đến 10 ohms sẽ phù hợp nhưng R1 nên có xếp hạng công suất nào?Những gì chúng ta thực sự cần chỉ định là công suất xung hoặc định mức năng lượng của điện trở.Nhưng đặc tính này thường không được chỉ định cho điện trở công suất.Các điện trở công suất có giá trị thấp thường là loại dây quấn và chúng tôi đã xác định rằng yếu tố quan trọng cần tìm ở điện trở này là lượng dây thực tế được sử dụng trong cấu tạo của nó.Bạn cần mở một điện trở mẫu và đo máy đo và chiều dài của dây được sử dụng.Từ đó tính toán tổng khối lượng của dây và sau đó chọn một điện trở có ít nhất 20 mm3 dây.
(Ví dụ: điện trở 6,8 ohm/11 watt từ Linh kiện RS được phát hiện có thể tích dây là 24mm3).
May mắn thay, các thành phần bổ sung này có kích thước và giá thành nhỏ, do đó chỉ thêm một vài đô la vào tổng chi phí của thiết bị điện Magnabend.
Có một chút mạch bổ sung chưa được thảo luận.Điều này khắc phục một vấn đề tương đối nhỏ:
Nếu nhấn nút KHỞI ĐỘNG và không kéo tay cầm (điều này sẽ khiến kẹp hoàn toàn) thì tụ điện dự trữ sẽ không được sạc đầy và xung khử từ do nhả nút KHỞI ĐỘNG sẽ không khử từ hoàn toàn cho máy .Sau đó, thanh kẹp sẽ vẫn bị kẹt vào máy và điều đó sẽ gây phiền toái.
Việc bổ sung D4 và R3, được thể hiện bằng màu xanh lam trong Hình 8 bên dưới, cung cấp dạng sóng phù hợp vào mạch bơm sạc để đảm bảo rằng C1 được sạc ngay cả khi không áp dụng kẹp hoàn toàn.(Giá trị của R3 không quan trọng - 220 ohms/10 watt sẽ phù hợp với hầu hết các máy).
Hình 8: Mạch khử từ chỉ sau khi "BẮT ĐẦU":
Để biết thêm thông tin về các thành phần mạch, vui lòng tham khảo phần Thành phần trong "Xây dựng Magnabend của riêng bạn"
Đối với mục đích tham khảo, sơ đồ mạch đầy đủ của 240 Volt AC, máy Magnabend loại E do Magnetic Engineering Pty Ltd sản xuất được hiển thị bên dưới.
Lưu ý rằng để hoạt động trên 115 VAC, nhiều giá trị thành phần sẽ cần phải được sửa đổi.
Magnetic Engineering đã ngừng sản xuất máy Magnabend vào năm 2003 khi doanh nghiệp được bán.
Lưu ý: Phần thảo luận ở trên nhằm mục đích giải thích các nguyên tắc chính của hoạt động của mạch và không phải tất cả các chi tiết đều được đề cập.Các mạch đầy đủ hiển thị ở trên cũng được bao gồm trong hướng dẫn sử dụng Magnabend có sẵn ở những nơi khác trên trang web này.
Cũng cần lưu ý rằng chúng tôi đã phát triển các phiên bản trạng thái rắn hoàn toàn của mạch này sử dụng IGBT thay vì rơle để chuyển đổi dòng điện.
Mạch trạng thái rắn không bao giờ được sử dụng trong bất kỳ máy Magnabend nào nhưng được sử dụng cho nam châm đặc biệt mà chúng tôi sản xuất cho dây chuyền sản xuất.Những dây chuyền sản xuất này thường tạo ra 5.000 mặt hàng (chẳng hạn như cửa tủ lạnh) mỗi ngày.
Magnetic Engineering đã ngừng sản xuất máy Magnabend vào năm 2003 khi doanh nghiệp được bán.
Vui lòng sử dụng liên kết Liên hệ với Alan trên trang web này để tìm kiếm thêm thông tin.