أساسيات دائرة ماجنابند الكهربائية

ماجنابند - تشغيل الدائرة
تم تصميم مجلد Magnabend sheetmetal كمغناطيس كهربائي لقط DC.
أبسط دائرة مطلوبة لتشغيل الملف الكهرومغناطيسي تتكون من مفتاح ومقوم جسر فقط:
الشكل 1: الدائرة الدنيا:

وتجدر الإشارة إلى أن مفتاح التشغيل / الإيقاف متصل على جانب التيار المتردد من الدائرة.يسمح هذا لتيار الملف الاستقرائي بالانتشار عبر الثنائيات في مقوم الجسر بعد إيقاف التشغيل حتى يتحلل التيار بشكل كبير إلى الصفر.
(تعمل الثنائيات الموجودة في الجسر كثنائيات "fly-back").

للحصول على تشغيل أكثر أمانًا وراحة ، من المستحسن أن يكون لديك دائرة توفر تعشيقًا ثنائي اليد وأيضًا تثبيتًا على مرحلتين.يساعد التعشيق ثنائي اليد على ضمان عدم إمكانية الإمساك بالأصابع أسفل المشبك ، كما أن التثبيت المرحلي يمنح بداية أكثر نعومة ويسمح أيضًا بيد واحدة بإمساك الأشياء في مكانها حتى يتم تنشيط التثبيت المسبق.

الشكل 2: الدائرة مع التعشيق و 2 المرحلة لقط:

عند الضغط على زر START ، يتم توفير جهد صغير لملف المغناطيس عبر مكثف التيار المتردد ، مما ينتج عنه تأثير تثبيت خفيف.لا تتضمن هذه الطريقة التفاعلية للحد من التيار على الملف أي تبديد كبير للطاقة في الجهاز المحدد (المكثف).
يتم الحصول على التثبيت الكامل عند تشغيل كل من مفتاح تشغيل Bending Beam وزر START معًا.
عادةً ما يتم الضغط على زر START أولاً (باليد اليسرى) ثم يتم سحب مقبض شعاع الانحناء باليد الأخرى.لن يحدث التثبيت الكامل ما لم يكن هناك بعض التداخل في تشغيل المفتاحين.ولكن بمجرد تثبيت التثبيت الكامل ، ليس من الضروري الاستمرار في الضغط على زر START.

المغناطيسية المتبقية
مشكلة صغيرة ولكنها مهمة في آلة Magnabend ، كما هو الحال مع معظم المغناطيسات الكهربائية ، هي مشكلة المغناطيسية المتبقية.هذه هي الكمية الصغيرة من المغناطيسية التي تبقى بعد إيقاف تشغيل المغناطيس.يتسبب في بقاء قضبان التثبيت مثبتة بشكل ضعيف على جسم المغناطيس مما يجعل إزالة قطعة العمل صعبة.

يعد استخدام الحديد اللين مغناطيسيًا أحد الأساليب العديدة الممكنة للتغلب على المغناطيسية المتبقية.
ومع ذلك ، يصعب الحصول على هذه المادة بأحجام مخزون كما أنها لينة ماديًا مما يعني أنه من السهل إتلافها في آلة الثني.

ربما يكون إدراج فجوة غير مغناطيسية في الدائرة المغناطيسية هو أبسط طريقة لتقليل المغناطيسية المتبقية.هذه الطريقة فعالة ويسهل تحقيقها إلى حد ما في جسم مغناطيسي مُصنَّع - ما عليك سوى دمج قطعة من الورق المقوى أو الألومنيوم بسمك 0.2 مم تقريبًا بين العمود الأمامي والقطعة الأساسية قبل ربط أجزاء المغناطيس معًا.العيب الرئيسي لهذه الطريقة هو أن الفجوة غير المغناطيسية تقلل من التدفق المتاح للتثبيت الكامل.كما أنه ليس من السهل دمج الفجوة في جسم مغناطيسي من قطعة واحدة كما هو مستخدم في تصميم المغناطيس من النوع E.

يعد مجال التحيز العكسي ، الناتج عن ملف إضافي ، طريقة فعالة أيضًا.ولكنه ينطوي على تعقيد إضافي غير مبرر في تصنيع الملف وكذلك في دوائر التحكم ، على الرغم من أنه تم استخدامه لفترة وجيزة في تصميم Magnabend المبكر.

التذبذب المتحلل ("الرنين") هو من الناحية المفاهيمية طريقة جيدة جدًا لإزالة المغناطيسية.

تصور صور الذبذبات هذه الجهد (التتبع العلوي) والتيار (التتبع السفلي) في ملف Magnabend مع مكثف مناسب متصل عبره لجعله يتأرجح ذاتيًا.(تم إيقاف تشغيل مصدر التيار المتردد في منتصف الصورة تقريبًا).

الصورة الأولى لدائرة مغناطيسية مفتوحة ، بدون مشبك على المغناطيس.الصورة الثانية لدائرة مغناطيسية مغلقة ، مع مشبك كامل الطول على المغناطيس.
في الصورة الأولى ، يُظهر الجهد تذبذبًا متحللًا (رنينًا) وكذلك التيار (أثر أقل) ، ولكن في الصورة الثانية ، لا يتذبذب الجهد ولا ينجح التيار في الانعكاس على الإطلاق.هذا يعني أنه لن يكون هناك تذبذب في التدفق المغناطيسي وبالتالي لن يكون هناك إلغاء للمغناطيسية المتبقية.
تكمن المشكلة في أن المغناطيس رطب بشدة ، ويرجع ذلك أساسًا إلى خسائر التيار الدوامة في الفولاذ ، وبالتالي للأسف هذه الطريقة لا تعمل مع Magnabend.

التذبذب القسري فكرة أخرى.إذا كان المغناطيس رطبًا جدًا بحيث لا يتأرجح ذاتيًا ، فيمكن إجباره على التأرجح بواسطة الدوائر النشطة التي توفر الطاقة حسب الحاجة.تم أيضًا التحقيق في هذا الأمر بدقة من أجل Magnabend.عيبها الرئيسي هو أنها تنطوي على دوائر معقدة للغاية.

إن إزالة المغناطيسية بالنبض العكسي هي الطريقة التي أثبتت أنها أكثر فعالية من حيث التكلفة في Magnabend.تمثل تفاصيل هذا التصميم العمل الأصلي الذي قامت به شركة Magnetic Engineering Pty Ltd. فيما يلي مناقشة مفصلة:

عكس النبض DEMAGNETISING
جوهر هذه الفكرة هو تخزين الطاقة في مكثف ثم إطلاقها في الملف بعد إيقاف تشغيل المغناطيس مباشرة.يجب أن يكون القطبية بحيث أن المكثف سيحدث تيارًا عكسيًا في الملف.يمكن تخصيص كمية الطاقة المخزنة في المكثف لتكون كافية فقط لإلغاء المغناطيسية المتبقية.(يمكن أن تفرط الطاقة المفرطة في ذلك وتعيد مغناطيس المغناطيس في الاتجاه المعاكس).

ومن المزايا الأخرى لطريقة النبض العكسي أنها تنتج إزالة مغناطيسية سريعة جدًا وتحريرًا فوريًا تقريبًا لقضيب التثبيت من المغناطيس.هذا لأنه ليس من الضروري الانتظار حتى يتحلل تيار الملف إلى الصفر قبل توصيل النبض العكسي.عند تطبيق النبضة ، يُجبر تيار الملف على الصفر (ثم إلى الاتجاه المعاكس) أسرع بكثير من تسوسه الأسي الطبيعي.

الشكل 3: دائرة النبض العكسي الأساسية

الآن ، عادة ، وضع مفتاح اتصال بين المعدل والملف المغناطيس "اللعب بالنار".
هذا لأنه لا يمكن مقاطعة التيار الاستقرائي فجأة.إذا كان الأمر كذلك ، فستتحول جهات الاتصال إلى قوس وسيتلف المفتاح أو حتى يتلف تمامًا.(سيحاول المكافئ الميكانيكي إيقاف دولاب الموازنة فجأة).
وبالتالي ، أيا كانت الدائرة التي يتم ابتكارها ، يجب أن توفر مسارًا فعالًا لتيار الملف في جميع الأوقات ، بما في ذلك بضع ميلي ثانية بينما يتغير اتصال المفتاح ..
الدائرة المذكورة أعلاه ، والتي تتكون من مكثفين فقط و 2 صمامات ثنائية (بالإضافة إلى اتصال مرحل) ، تحقق وظائف شحن مكثف التخزين إلى جهد سلبي (بالنسبة للجانب المرجعي للملف) وتوفر أيضًا مسارًا بديلاً للملف الحالي بينما يكون اتصال الترحيل على الطاير.

كيف تعمل:
يعمل D1 و C2 على نطاق واسع كمضخة شحن لـ C1 بينما D2 عبارة عن صمام ثنائي مشابك يحافظ على النقطة B من أن تصبح موجبة.
أثناء تشغيل المغناطيس ، سيتم توصيل جهة اتصال الترحيل بطرفها "المفتوح بشكل طبيعي" (NO) وسيعمل المغناطيس وظيفته العادية المتمثلة في تثبيت sheetmetal.ستقوم مضخة الشحن بشحن C1 باتجاه ذروة الجهد السالب المتساوي في الحجم لجهد الملف الذروة.سيزداد الجهد على C1 بشكل كبير ولكن سيتم شحنه بالكامل في غضون حوالي 1/2 ثانية.
ثم يظل في هذه الحالة حتى يتم إيقاف تشغيل الجهاز.
مباشرة بعد إيقاف التشغيل ، يستمر التتابع لفترة قصيرة.خلال هذا الوقت ، سيستمر تيار الملف الاستقرائي العالي في إعادة التدوير من خلال الثنائيات في مقوم الجسر.الآن ، بعد تأخير حوالي 30 مللي ثانية ، سيبدأ اتصال الترحيل في الانفصال.لم يعد بإمكان الملف الحالي المرور من خلال الثنائيات المعدلة ولكن بدلاً من ذلك يجد مسارًا من خلال C1 و D1 و C2.اتجاه هذا التيار سيزيد الشحنة السالبة على C1 وسيبدأ في شحن C2 أيضًا.

يجب أن تكون قيمة C2 كبيرة بما يكفي للتحكم في معدل ارتفاع الجهد عبر جهة اتصال الترحيل الافتتاحي لضمان عدم تشكل قوس.تعد قيمة حوالي 5 ميكرو فاراد لكل أمبير من تيار الملف كافية لمرحل نموذجي.

يوضح الشكل 4 أدناه تفاصيل أشكال الموجة التي تحدث خلال النصف الأول من الثانية بعد إيقاف التشغيل.يكون منحدر الجهد الذي يتم التحكم فيه بواسطة C2 مرئيًا بوضوح على المسار الأحمر في منتصف الشكل ، وهو مكتوب عليه "تلامس الترحيل أثناء الطيران".(يمكن استنتاج وقت التحليق الفعلي من هذا التتبع ؛ إنه حوالي 1.5 مللي ثانية).
بمجرد أن يهبط محرك الترحيل على محطة NC الخاصة به ، يتم توصيل مكثف التخزين سالب الشحنة بملف المغناطيس.لا يؤدي هذا إلى عكس تيار الملف على الفور ولكن التيار يعمل الآن "صعودًا" وبالتالي يتم إجباره بسرعة من خلال الصفر ونحو ذروة سلبية تحدث حوالي 80 مللي ثانية بعد توصيل مكثف التخزين.(انظر الشكل 5).سيحدث التيار السالب تدفقًا سلبيًا في المغناطيس والذي سيلغي المغناطيسية المتبقية وسيتم تحرير المشبك وقطعة العمل بسرعة.

الشكل 4: الأشكال الموجية الموسعة

الشكل 5: الجهد وأشكال الموجة الحالية على ملف المغناطيس

يوضح الشكل 5 أعلاه أشكال موجة الجهد والتيار على ملف المغناطيس أثناء مرحلة ما قبل التثبيت ، ومرحلة التثبيت الكاملة ، ومرحلة إزالة المغناطيسية.

يُعتقد أن بساطة وفعالية دائرة إزالة المغناطيسية هذه تعني أنها ستجد تطبيقًا في المغناطيسات الكهربائية الأخرى التي تحتاج إلى إزالة المغناطيسية.حتى لو لم تكن المغناطيسية المتبقية مشكلة ، فقد تظل هذه الدائرة مفيدة للغاية لتبديل تيار الملف إلى الصفر بسرعة كبيرة وبالتالي إعطاء سرعة إطلاق.
دائرة ماجنابند العملية:

يمكن دمج مفاهيم الدائرة التي تمت مناقشتها أعلاه في دائرة كاملة مع كل من التعشيق ثنائي اليد وإزالة مغناطيسية النبض العكسي كما هو موضح أدناه (الشكل 6):

الشكل 6: الدائرة المركبة

ستعمل هذه الدائرة ولكن للأسف لا يمكن الاعتماد عليها إلى حد ما.
للحصول على عملية موثوقة وعمر تبديل أطول ، من الضروري إضافة بعض المكونات الإضافية إلى الدائرة الأساسية كما هو موضح أدناه (الشكل 7):
الشكل 7: الدائرة المدمجة مع التحسينات

SW1:
هذا مفتاح عزل ثنائي القطب.تمت إضافته للراحة والامتثال للمعايير الكهربائية.من المستحسن أيضًا أن يشتمل هذا المفتاح على ضوء مؤشر نيون لإظهار حالة التشغيل / الإيقاف للدائرة.

D3 و C4:
بدون D3 ، يكون قفل المرحل غير موثوق به ويعتمد إلى حد ما على مراحل شكل موجة التيار الكهربائي في وقت تشغيل مفتاح شعاع الانحناء.يقدم D3 تأخيرًا (عادةً 30 مللي ثانية) في التسرب من التتابع.هذا يتغلب على مشكلة الإغلاق ومن المفيد أيضًا أن يكون لديك تأخير في التسرب قبل بداية نبضة إزالة المغناطيسية (لاحقًا في الدورة).يوفر C4 اقتران التيار المتردد لدائرة الترحيل والتي ستكون بخلاف ذلك دائرة قصيرة نصف موجة عند الضغط على زر START.

ثيرم.تحول:
هذا المفتاح له غلافه الملامس لجسم المغناطيس وسيتحول إلى دائرة مفتوحة إذا كان المغناطيس ساخنًا جدًا (> 70 درجة مئوية).وضعه في سلسلة مع ملف الترحيل يعني أنه يتعين عليه فقط تبديل التيار الصغير من خلال ملف الترحيل بدلاً من تيار المغناطيس الكامل.

R2:
عند الضغط على زر START ، يسحب المرحل ثم يكون هناك تيار سريع يشحن C3 عبر مقوم الجسر و C2 والصمام الثنائي D2.بدون R2 لن تكون هناك مقاومة في هذه الدائرة وقد يؤدي التيار العالي الناتج إلى إتلاف جهات الاتصال في مفتاح START.
أيضًا ، هناك حالة دارة أخرى حيث يوفر R2 الحماية: إذا تحرك مفتاح شعاع الانحناء (SW2) من طرف NO (حيث سيحمل تيار المغناطيس الكامل) إلى طرف NC ، فغالبًا ما يتشكل قوس وإذا كان كان مفتاح START لا يزال محتجزًا في هذا الوقت ، ثم C3 سيكون في الواقع قصير الدائرة ، واعتمادًا على مقدار الجهد في C3 ، فقد يؤدي ذلك إلى إتلاف SW2.ومع ذلك ، مرة أخرى ، سيحد R2 تيار الدائرة القصيرة هذا إلى قيمة آمنة.يحتاج R2 إلى قيمة مقاومة منخفضة (عادةً 2 أوم) من أجل توفير حماية كافية.

مكثف:
المكثف ، الذي يتم توصيله بين أطراف التيار المتردد في المعدل ، لا يفعل شيئًا في العادة.ولكن إذا كان هناك جهد تصاعدي في التيار الكهربائي (بسبب على سبيل المثال - ضربة صاعقة قريبة) فإن المكثف سوف يمتص الطاقة في زيادة التيار ويمنع ارتفاع الجهد من إتلاف مقوم الجسر.

R1:
إذا تم الضغط على زر START أثناء نبضة إزالة المغناطيسية ، فمن المحتمل أن يتسبب ذلك في وجود قوس عند جهة اتصال الترحيل والذي بدوره سيؤدي فعليًا إلى دائرة قصر C1 (مكثف التخزين).سيتم تفريغ طاقة المكثف في الدائرة التي تتكون من C1 ومقوم الجسر والقوس في التتابع.بدون R1 ، توجد مقاومة قليلة جدًا في هذه الدائرة ، وبالتالي سيكون التيار مرتفعًا جدًا وسيكون كافيًا لحام جهات الاتصال في التتابع.يوفر R1 الحماية في هذا الاحتمال (غير المعتاد إلى حد ما).

ملاحظة خاصة بشأن اختيار R1:
إذا حدث الاحتمال الموصوف أعلاه ، فسوف يمتص R1 تقريبًا كل الطاقة المخزنة في C1 بغض النظر عن القيمة الفعلية لـ R1.نريد أن يكون R1 كبيرًا مقارنة بمقاومات الدوائر الأخرى ولكنه صغير مقارنة بمقاومة ملف Magnabend (وإلا فإن R1 سيقلل من فعالية نبضة إزالة المغناطيسية).ستكون القيمة من حوالي 5 إلى 10 أوم مناسبة ولكن ما هو تصنيف الطاقة الذي يجب أن يمتلكه R1؟ما نحتاج إلى تحديده حقًا هو قوة النبض ، أو تصنيف طاقة المقاوم.لكن هذه الخاصية لا يتم تحديدها عادة لمقاومات القوة.عادة ما تكون مقاومات الطاقة المنخفضة القيمة ملفوفة بالأسلاك وقد قررنا أن العامل الحاسم الذي يجب البحث عنه في هذا المقاوم هو مقدار السلك الفعلي المستخدم في بنائه.تحتاج إلى فتح عينة المقاوم وقياس المقياس وطول السلك المستخدم.من هذا احسب الحجم الإجمالي للسلك ثم اختر مقاومًا بسلك لا يقل عن 20 مم 3.
(على سبيل المثال ، وجد أن المقاوم 6.8 أوم / 11 واط من مكونات RS له حجم سلك 24 مم 3).

لحسن الحظ ، هذه المكونات الإضافية صغيرة الحجم والتكلفة وبالتالي تضيف بضعة دولارات فقط إلى التكلفة الإجمالية للكهرباء Magnabend.
هناك جزء إضافي من الدوائر لم تتم مناقشته بعد.هذا يتغلب على مشكلة بسيطة نسبيًا:
إذا تم الضغط على زر START ولم يتم اتباعه بسحب المقبض (والذي من شأنه أن يعطي إحكامًا كاملاً) ، فلن يتم شحن مكثف التخزين بالكامل ولن تقوم نبضة إزالة المغناطيسية التي تنتج عند تحرير زر START بإزالة مغناطيسية الماكينة بالكامل .سيظل المشبك بعد ذلك عالقًا في الجهاز وسيكون ذلك مصدر إزعاج.
تؤدي إضافة D4 و R3 ، الموضحة باللون الأزرق في الشكل 8 أدناه ، إلى تغذية شكل موجة مناسب في دائرة مضخة الشحن لضمان شحن C1 حتى إذا لم يتم تطبيق التثبيت الكامل.(قيمة R3 ليست حرجة - 220 أوم / 10 واط تناسب معظم الآلات).
الشكل 8: الدائرة مع إزالة المغناطيسية بعد "START" فقط:

لمزيد من المعلومات حول مكونات الدائرة ، يرجى الرجوع إلى قسم المكونات في "Build Your Own Magnabend"
لأغراض مرجعية ، يتم عرض المخططات الكاملة للدائرة الكهربائية لـ 240 فولت تيار متردد وآلات ماجنابند من النوع E المصنّعة بواسطة Magnetic Engineering Pty Ltd أدناه.

لاحظ أنه للتشغيل على 115 فولت تيار متردد ، يجب تعديل العديد من قيم المكونات.

توقفت شركة Magnetic Engineering عن إنتاج ماكينات Magnabend في عام 2003 عندما تم بيع الشركة.

ملاحظة: كان الهدف من المناقشة أعلاه شرح المبادئ الرئيسية لتشغيل الدائرة ولم يتم تغطية جميع التفاصيل.يتم تضمين الدوائر الكاملة الموضحة أعلاه أيضًا في أدلة Magnabend المتوفرة في مكان آخر على هذا الموقع.

وتجدر الإشارة أيضًا إلى أننا قمنا بتطوير إصدارات الحالة الصلبة بالكامل من هذه الدائرة والتي تستخدم IGBTs بدلاً من التتابع لتبديل التيار.
لم يتم استخدام دائرة الحالة الصلبة مطلقًا في أي ماكينات Magnabend ولكنها كانت تستخدم للمغناطيسات الخاصة التي قمنا بتصنيعها لخطوط الإنتاج.عادة ما تنتج خطوط الإنتاج هذه 5000 عنصر (مثل باب الثلاجة) يوميًا.

توقفت شركة Magnetic Engineering عن إنتاج ماكينات Magnabend في عام 2003 عندما تم بيع الشركة.

يرجى استخدام رابط الاتصال بـ Alan على هذا الموقع للحصول على مزيد من المعلومات.