MAGNABEND - 회로 작동
Magnabend 판금 폴더는 DC 클램핑 전자석으로 설계되었습니다.
전자기 코일을 구동하는 데 필요한 가장 간단한 회로는 스위치와 브리지 정류기로만 구성됩니다.
그림 1: 최소 회로:
ON/OFF 스위치는 회로의 AC 측에 연결되어 있습니다.이렇게 하면 유도 코일 전류가 전류가 기하급수적으로 0으로 감소할 때까지 턴오프 후 브리지 정류기의 다이오드를 통해 순환할 수 있습니다.
(브리지의 다이오드는 "플라이백" 다이오드 역할을 합니다.)
보다 안전하고 편리한 작동을 위해 2-handed 인터록과 2단계 클램핑을 제공하는 회로를 갖는 것이 바람직합니다.양손 인터록은 손가락이 클램프바 아래에 끼이지 않도록 하는 데 도움이 되며 단계적 클램핑은 더 부드러운 시작을 제공하고 사전 클램핑이 활성화될 때까지 한 손으로 물건을 제자리에 고정할 수 있도록 합니다.
그림 2: 인터록 및 2단계 클램핑이 있는 회로:
START 버튼을 누르면 AC 커패시터를 통해 자석 코일에 작은 전압이 공급되어 가벼운 클램핑 효과가 발생합니다.코일에 대한 전류를 제한하는 이 반응성 방법은 제한 장치(커패시터)에서 상당한 전력 손실을 수반하지 않습니다.
Bending Beam 작동 스위치와 START 버튼을 함께 작동하면 전체 클램핑이 이루어집니다.
일반적으로 START 버튼을 먼저 누른 다음(왼손으로) 벤딩 빔의 핸들을 다른 손으로 당깁니다.2개의 스위치 작동에 약간의 중첩이 없으면 전체 클램핑이 발생하지 않습니다.그러나 일단 완전한 클램핑이 이루어지면 START 버튼을 계속 누르고 있을 필요가 없습니다.
잔류 자성
대부분의 전자석과 마찬가지로 Magnabend 기계의 작지만 중요한 문제는 잔류 자기 문제입니다.이것은 자석을 끈 후에도 남아있는 소량의 자성입니다.이로 인해 클램프 바가 자석 본체에 약하게 고정되어 공작물 제거가 어려워집니다.
연자성 철을 사용하는 것은 잔류 자기를 극복하기 위한 많은 가능한 방법 중 하나입니다.
그러나이 재료는 재고 크기로 구하기 어렵고 물리적으로 부드럽기 때문에 벤딩 머신에서 쉽게 손상될 수 있습니다.
자기 회로에 비자기 갭을 포함시키는 것이 잔류 자기를 줄이는 가장 간단한 방법일 것입니다.이 방법은 효과적이고 제조된 자석 본체에서 달성하기가 매우 쉽습니다. 자석 부품을 함께 볼트로 고정하기 전에 전면 기둥과 코어 조각 사이에 약 0.2mm 두께의 판지 또는 알루미늄 조각을 통합하기만 하면 됩니다.이 방법의 주요 단점은 비자기 갭이 전체 클램핑에 사용할 수 있는 플럭스를 감소시킨다는 것입니다.또한 E형 자석 설계에 사용되는 일체형 자석 본체에 간격을 통합하는 것은 간단하지 않습니다.
보조 코일에 의해 생성된 역방향 바이어스 필드도 효과적인 방법입니다.그러나 이는 초기 Magnabend 설계에서 잠깐 사용되었지만 코일 제조와 제어 회로에 부당한 추가 복잡성을 수반합니다.
소멸 진동("링잉")은 개념적으로 매우 좋은 자기 소거 방법입니다.
이 오실로스코프 사진은 자체 발진을 위해 적절한 커패시터가 연결된 Magnabend 코일의 전압(상단 트레이스)과 전류(하단 트레이스)를 보여줍니다.(AC 전원은 그림 중간쯤에서 꺼졌습니다.)
첫 번째 그림은 자석에 클램프바가 없는 개방형 자기 회로에 대한 것입니다.두 번째 그림은 자석에 전체 길이의 클램프바가 있는 폐쇄 자기 회로에 대한 것입니다.
첫 번째 그림에서 전압은 감소하는 진동(링잉)을 나타내고 전류(낮은 트레이스)도 마찬가지지만 두 번째 그림에서는 전압이 진동하지 않고 전류가 전혀 역전되지도 않습니다.이것은 자기 플럭스의 진동이 없고 따라서 잔여 자기의 상쇄가 없다는 것을 의미합니다.
문제는 주로 강철의 와전류 손실로 인해 자석이 너무 심하게 감쇠되어 불행하게도 이 방법이 Magnabend에는 작동하지 않는다는 것입니다.
강제 진동은 또 다른 아이디어입니다.자석이 자체 발진하기에 너무 감쇠되면 필요에 따라 에너지를 공급하는 능동 회로에 의해 강제로 발진할 수 있습니다.이것은 또한 Magnabend에 대해 철저히 조사되었습니다.주요 단점은 지나치게 복잡한 회로를 포함한다는 것입니다.
역 펄스 자기소거는 Magnabend에 대해 가장 비용 효율적인 것으로 입증된 방법입니다.이 디자인의 세부 사항은 Magnetic Engineering Pty Ltd에서 수행한 원본 작업을 나타냅니다. 자세한 설명은 다음과 같습니다.
역 펄스 소자기
이 아이디어의 핵심은 커패시터에 에너지를 저장한 다음 자석이 꺼진 직후에 코일로 방출하는 것입니다.극성은 커패시터가 코일에 역전류를 유도하도록 해야 합니다.커패시터에 저장된 에너지의 양은 잔류 자기를 제거하기에 충분하도록 조정할 수 있습니다.(너무 많은 에너지는 그것을 과도하게 사용하여 반대 방향으로 자석을 재자화시킬 수 있습니다).
리버스 펄스 방법의 또 다른 장점은 매우 빠른 자기 소거와 자석에서 클램프바의 거의 즉각적인 해제를 생성한다는 것입니다.역방향 펄스를 연결하기 전에 코일 전류가 0으로 감소할 때까지 기다릴 필요가 없기 때문입니다.펄스를 적용하면 코일 전류가 정상적인 지수 감쇠보다 훨씬 더 빠르게 0(그리고 역방향)이 됩니다.
그림 3: 기본 역 펄스 회로
이제 일반적으로 정류기와 자석 코일 사이에 스위치 접점을 배치하는 것은 "불장난"입니다.
유도 전류는 갑자기 차단할 수 없기 때문입니다.그럴 경우 스위치 접점에 아크가 발생하고 스위치가 손상되거나 완전히 파손될 수 있습니다.(기계적 등가물은 플라이휠을 갑자기 멈추려고 시도하는 것입니다).
따라서 고안된 회로가 무엇이든 스위치 접점이 전환되는 몇 밀리초 동안을 포함하여 항상 코일 전류에 대한 효과적인 경로를 제공해야 합니다.
2개의 커패시터와 2개의 다이오드(및 릴레이 접점)로만 구성된 위의 회로는 저장 커패시터를 음의 전압(코일의 기준측에 비해)으로 충전하는 기능을 수행하고 코일에 대한 대체 경로도 제공합니다. 릴레이 접점이 작동 중일 때 전류.
작동 방식:
대체로 D1과 C2는 C1에 대한 전하 펌프 역할을 하는 반면 D2는 지점 B가 양수로 가지 않도록 유지하는 클램프 다이오드입니다.
자석이 켜져 있는 동안 릴레이 접점은 "평상시 열림"(NO) 단자에 연결되고 자석은 판금을 클램핑하는 정상적인 작업을 수행합니다.차지 펌프는 피크 코일 전압과 크기가 동일한 피크 음의 전압 쪽으로 C1을 충전합니다.C1의 전압은 기하급수적으로 증가하지만 약 1/2초 이내에 완전히 충전됩니다.
그런 다음 기기를 끌 때까지 그 상태를 유지합니다.
스위치를 끈 직후 릴레이는 짧은 시간 동안 유지됩니다.이 시간 동안 높은 유도성 코일 전류는 브리지 정류기의 다이오드를 통해 계속해서 재순환됩니다.이제 약 30밀리초의 지연 후에 릴레이 접점이 분리되기 시작합니다.코일 전류는 더 이상 정류기 다이오드를 통과할 수 없지만 대신 C1, D1 및 C2를 통과하는 경로를 찾습니다.이 전류의 방향은 C1의 음전하를 더욱 증가시키고 C2도 충전하기 시작하는 방향입니다.
C2의 값은 아크가 형성되지 않도록 개방 릴레이 접점에서 전압 상승률을 제어할 수 있을 만큼 충분히 커야 합니다.코일 전류 암페어당 약 5마이크로패럿의 값이 일반적인 릴레이에 적합합니다.
아래의 그림 4는 전원이 꺼진 후 전반 1/2초 동안 발생하는 파형의 세부 사항을 보여줍니다.C2에 의해 제어되는 전압 램프는 그림 중앙의 빨간색 트레이스에서 명확하게 볼 수 있으며 "Relay contact on the fly"라고 표시되어 있습니다.(실제 비행 시간은 이 추적에서 추론할 수 있습니다. 약 1.5ms입니다.)
릴레이 전기자가 NC 단자에 닿는 즉시 음으로 충전된 저장 커패시터가 자석 코일에 연결됩니다.이것은 코일 전류를 즉시 반전시키지 않지만 전류는 이제 "오르막"으로 흐르고 있으므로 저장 커패시터 연결 후 약 80ms에 발생하는 음의 피크를 향해 0을 통해 빠르게 강제됩니다.(그림 5 참조).네거티브 전류는 자석에 네거티브 플럭스를 유도하여 잔류 자기를 상쇄하고 클램프 바와 작업물을 신속하게 해제합니다.
그림 4: 확장된 파형
그림 5: 자석 코일의 전압 및 전류 파형
위의 그림 5는 사전 클램핑 단계, 전체 클램핑 단계 및 자기 소거 단계 동안 자석 코일의 전압 및 전류 파형을 보여줍니다.
이 자기 소거 회로의 단순성과 효율성은 자기 소거가 필요한 다른 전자석에서 응용 프로그램을 찾을 수 있음을 의미해야 한다고 생각됩니다.잔류 자기가 문제가 되지 않더라도 이 회로는 코일 전류를 매우 빠르게 0으로 전환하여 신속하게 해제하는 데 여전히 매우 유용할 수 있습니다.
실용적인 마그나벤드 회로:
위에서 논의한 회로 개념은 아래 그림과 같이 양손 인터록과 역 펄스 자기 소거를 모두 사용하여 전체 회로로 결합할 수 있습니다(그림 6).
그림 6: 결합 회로
이 회로는 작동하지만 불행히도 다소 신뢰할 수 없습니다.
안정적인 작동과 더 긴 스위치 수명을 얻으려면 아래와 같이 기본 회로에 몇 가지 추가 구성 요소를 추가해야 합니다(그림 7).
그림 7: 개선된 결합 회로
SW1:
이것은 2극 절연 스위치입니다.편의성과 전기 규격을 준수하기 위해 추가되었습니다.또한 이 스위치는 회로의 ON/OFF 상태를 표시하기 위해 네온 표시등을 통합하는 것이 바람직합니다.
D3 및 C4:
D3가 없으면 계전기의 래칭은 신뢰할 수 없으며 벤딩 빔 스위치 작동 시 주전원 파형의 위상에 어느 정도 의존합니다.D3은 릴레이 드롭아웃에 지연(일반적으로 30밀리초)을 도입합니다.이는 래칭 문제를 극복하고 자기소거 펄스가 시작되기 직전(사이클 후반)에 드롭아웃 지연을 갖는 것도 유익합니다.C4는 START 버튼을 눌렀을 때 반파 단락이 되는 릴레이 회로의 AC 커플링을 제공합니다.
영국 열량 단위.스위치:
이 스위치는 자석 본체와 접촉하는 하우징을 가지고 있으며 자석이 너무 뜨거워지면(>70C) 개방 회로가 됩니다.릴레이 코일과 직렬로 연결하면 전체 자기 전류가 아닌 릴레이 코일을 통해 작은 전류만 전환하면 됩니다.
R2:
START 버튼을 누르면 릴레이가 당겨지고 브리지 정류기, C2 및 다이오드 D2를 통해 C3을 충전하는 돌입 전류가 발생합니다.R2가 없으면 이 회로에 저항이 없고 그 결과 높은 전류가 START 스위치의 접점을 손상시킬 수 있습니다.
또한 R2가 보호 기능을 제공하는 또 다른 회로 조건이 있습니다. 벤딩 빔 스위치(SW2)가 NO 단자(완전한 자기 전류를 전달하는 위치)에서 NC 단자로 이동하면 종종 아크가 형성되고 이때 START 스위치가 계속 유지되고 있으면 C3이 사실상 단락되고 C3에 있는 전압의 양에 따라 SW2가 손상될 수 있습니다.그러나 다시 R2는 이 단락 전류를 안전한 값으로 제한합니다.R2는 충분한 보호를 제공하기 위해 낮은 저항 값(일반적으로 2옴)만 필요합니다.
배리스터:
정류기의 AC 단자 사이에 연결된 배리스터는 일반적으로 아무 역할도 하지 않습니다.그러나 주전원에 서지 전압이 있는 경우(예: 근처의 낙뢰로 인해) 배리스터는 서지의 에너지를 흡수하고 전압 스파이크가 브리지 정류기를 손상시키는 것을 방지합니다.
R1:
감자 펄스 중에 START 버튼을 누르면 릴레이 접점에서 아크가 발생하여 C1(저장 커패시터)이 사실상 단락될 수 있습니다.커패시터 에너지는 C1, 브리지 정류기 및 계전기의 아크로 구성된 회로에 버려집니다.R1이 없으면 이 회로에 저항이 거의 없으므로 전류가 매우 높아 릴레이의 접점을 용접하기에 충분합니다.R1은 이와 같은 (다소 특이한) 만일의 사태에 대한 보호를 제공합니다.
R1 선택에 대한 특별 참고 사항:
위에서 설명한 상황이 발생하면 R1은 R1의 실제 값에 관계없이 C1에 저장된 거의 모든 에너지를 흡수합니다.우리는 R1이 다른 회로 저항에 비해 크지만 Magnabend 코일의 저항에 비해 작기를 원합니다(그렇지 않으면 R1은 자기소거 펄스의 효율성을 감소시킬 것입니다).약 5~10옴의 값이 적합하지만 R1의 정격 전력은 어느 정도여야 합니까?실제로 지정해야 하는 것은 펄스 전력 또는 저항기의 에너지 등급입니다.그러나 이 특성은 일반적으로 전력 저항에 대해 지정되지 않습니다.낮은 값의 전력 저항기는 일반적으로 권선형이며 이 저항기에서 찾아야 할 중요한 요소는 구성에 사용되는 실제 와이어의 양입니다.샘플 저항기를 열어 게이지와 사용된 와이어 길이를 측정해야 합니다.여기에서 전선의 총 부피를 계산한 다음 전선이 20mm3 이상인 저항을 선택합니다.
(예를 들어, RS Components의 6.8ohm/11W 저항기는 와이어 부피가 24mm3인 것으로 확인되었습니다.)
다행스럽게도 이러한 추가 구성 요소는 크기와 비용이 작기 때문에 Magnabend 전기 장치의 전체 비용에 몇 달러만 추가됩니다.
아직 논의되지 않은 추가 회로가 있습니다.이것은 상대적으로 사소한 문제를 극복합니다.
START 버튼을 누른 후 핸들을 당기지 않으면(그렇지 않으면 전체 클램핑이 제공됨) 저장 커패시터가 완전히 충전되지 않고 START 버튼을 놓았을 때 발생하는 감자 펄스가 기계를 완전히 감자하지 않습니다. .그러면 클램프바가 기계에 달라붙어 성가신 일이 될 것입니다.
아래 그림 8에서 파란색으로 표시된 D4 및 R3을 추가하면 전체 클램핑이 적용되지 않은 경우에도 C1이 충전되도록 충전 펌프 회로에 적절한 파형을 공급합니다.(R3의 값은 중요하지 않습니다. 220옴/10와트가 대부분의 기계에 적합합니다).
그림 8: "시작" 후에만 소자가 있는 회로:
회로 구성 요소에 대한 자세한 내용은 "Build Your Own Magnabend"의 구성 요소 섹션을 참조하십시오.
참고용으로 Magnetic Engineering Pty Ltd에서 제조한 240V AC, E-Type Magnabend 기계의 전체 회로도가 아래에 나와 있습니다.
115VAC에서 작동하려면 많은 구성 요소 값을 수정해야 합니다.
Magnetic Engineering은 사업이 매각된 2003년에 Magnabend 기계 생산을 중단했습니다.
참고: 위의 논의는 회로 작동의 주요 원리를 설명하기 위한 것이며 모든 세부 사항을 다루지는 않았습니다.위에 표시된 전체 회로는 이 사이트의 다른 곳에서 사용할 수 있는 Magnabend 설명서에도 포함되어 있습니다.
전류를 전환하기 위해 릴레이 대신 IGBT를 사용하는 이 회로의 완전 솔리드 스테이트 버전을 개발했다는 점도 주목해야 합니다.
솔리드 스테이트 회로는 어떤 Magnabend 기계에도 사용되지 않았지만 우리가 생산 라인용으로 제조한 특수 자석에 사용되었습니다.이러한 생산 라인은 일반적으로 하루에 5,000개의 품목(예: 냉장고 문)을 생산했습니다.
Magnetic Engineering은 사업이 매각된 2003년에 Magnabend 기계 생산을 중단했습니다.
자세한 정보를 찾으려면 이 사이트의 Contact Alan 링크를 사용하십시오.