MAGNABEND - OPERASI RANGKAIAN
Folder sheetmetal Magnabend dirancang sebagai elektromagnet penjepit DC.
Rangkaian paling sederhana yang diperlukan untuk menggerakkan kumparan elektro-magnetik hanya terdiri dari sakelar dan penyearah jembatan:
Gambar 1: Sirkuit Minimal:
Perlu dicatat bahwa sakelar ON/OFF terhubung di sisi AC sirkuit.Hal ini memungkinkan arus kumparan induktif bersirkulasi melalui dioda di penyearah jembatan setelah mati sampai arus meluruh secara eksponensial ke nol.
(Dioda di jembatan bertindak sebagai dioda "fly-back").
Untuk pengoperasian yang lebih aman dan nyaman, diinginkan untuk memiliki sirkuit yang menyediakan interlock 2 tangan dan juga penjepitan 2 tahap.Interlock 2 tangan membantu memastikan bahwa jari tidak dapat terjepit di bawah batang penjepit dan penjepitan bertahap memberikan permulaan yang lebih lembut dan juga memungkinkan satu tangan untuk menahan benda di tempatnya sampai penjepitan awal diaktifkan.
Gambar 2: Sirkuit dengan Interlock dan Penjepitan 2 Tahap:
Ketika tombol START ditekan tegangan kecil dialirkan ke kumparan magnet melalui kapasitor AC sehingga menghasilkan efek penjepitan yang ringan.Metode reaktif untuk membatasi arus ke koil ini tidak melibatkan disipasi daya yang signifikan pada perangkat pembatas (kapasitor).
Penjepitan penuh diperoleh saat sakelar yang dioperasikan Bending Beam dan tombol MULAI dioperasikan bersamaan.
Biasanya tombol MULAI akan ditekan terlebih dahulu (dengan tangan kiri) dan kemudian pegangan balok lentur akan ditarik dengan tangan lainnya.Penjepitan penuh tidak akan terjadi kecuali ada tumpang tindih dalam pengoperasian 2 sakelar.Namun begitu penjepitan penuh terbentuk, tidak perlu terus menahan tombol MULAI.
Magnetisme Sisa
Masalah kecil tapi signifikan dengan mesin Magnabend, seperti kebanyakan magnet-elektro, adalah masalah magnet sisa.Ini adalah jumlah kecil magnet yang tersisa setelah magnet dimatikan.Ini menyebabkan batang penjepit tetap terjepit dengan lemah ke badan magnet sehingga membuat pelepasan benda kerja menjadi sulit.
Penggunaan besi lunak secara magnetis adalah salah satu dari banyak pendekatan yang mungkin untuk mengatasi sisa magnetisme.
Namun bahan ini sulit didapat dalam ukuran stok dan juga secara fisik lunak yang berarti mudah rusak di mesin tekuk.
Dimasukkannya celah non-magnetik dalam sirkuit magnetik mungkin merupakan cara paling sederhana untuk mengurangi sisa magnetisme.Metode ini efektif dan cukup mudah dicapai dalam bodi magnet buatan - cukup gabungkan selembar karton atau aluminium setebal 0,2 mm di antara tiang depan dan potongan inti sebelum menyatukan bagian-bagian magnet.Kelemahan utama dari metode ini adalah celah non-magnetik mengurangi fluks yang tersedia untuk penjepitan penuh.Juga tidak mudah untuk menggabungkan celah dalam bodi magnet satu bagian seperti yang digunakan untuk desain magnet tipe-E.
Bidang bias balik, yang dihasilkan oleh kumparan bantu, juga merupakan metode yang efektif.Tapi itu melibatkan kerumitan ekstra yang tidak beralasan dalam pembuatan koil dan juga dalam sirkuit kontrol, meskipun digunakan secara singkat dalam desain Magnabend awal.
Osilasi yang membusuk ("dering") secara konseptual merupakan metode yang sangat baik untuk demagnetisasi.
Foto-foto osiloskop ini menggambarkan tegangan (pelacakan atas) dan arus (pelacakan bawah) dalam kumparan Magnabend dengan kapasitor yang sesuai yang terhubung di atasnya untuk membuatnya berosilasi sendiri.(Pasokan AC telah dimatikan kira-kira di tengah gambar).
Gambar pertama adalah untuk rangkaian magnet terbuka, yaitu tanpa penjepit pada magnet.Gambar kedua adalah untuk rangkaian magnet tertutup, yaitu dengan penjepit panjang penuh pada magnet.
Pada gambar pertama tegangan menunjukkan penurunan osilasi (dering) dan begitu juga arus (jejak lebih rendah), tetapi pada gambar kedua tegangan tidak berosilasi dan arus bahkan tidak berhasil membalikkan sama sekali.Ini berarti bahwa tidak akan ada osilasi fluks magnet dan karenanya tidak ada pembatalan sisa magnetisme.
Masalahnya adalah bahwa magnet terlalu banyak teredam, terutama karena kerugian arus eddy pada baja, dan sayangnya metode ini tidak bekerja untuk Magnabend.
Osilasi paksa adalah ide lain.Jika magnet terlalu teredam untuk berosilasi sendiri maka magnet dapat dipaksa berosilasi oleh sirkuit aktif yang memasok energi sesuai kebutuhan.Ini juga telah diselidiki secara menyeluruh untuk Magnabend.Kelemahan utamanya adalah melibatkan sirkuit yang terlalu rumit.
Demagnetisasi pulsa balik adalah metode yang terbukti paling hemat biaya untuk Magnabend.Detail desain ini merupakan karya asli yang dilakukan oleh Magnetic Engineering Pty Ltd. Pembahasan detailnya adalah sebagai berikut:
DEMAGNETISASI REVERSE-PULSE
Inti dari ide ini adalah menyimpan energi dalam kapasitor dan kemudian melepaskannya ke dalam koil tepat setelah magnet dimatikan.Polaritas harus sedemikian rupa sehingga kapasitor akan menginduksi arus balik dalam koil.Jumlah energi yang disimpan dalam kapasitor dapat disesuaikan agar cukup untuk membatalkan sisa magnetisme.(Terlalu banyak energi dapat berlebihan dan menarik kembali magnet ke arah yang berlawanan).
Keuntungan lebih lanjut dari metode reverse-pulse adalah menghasilkan demagnetisasi yang sangat cepat dan pelepasan clampbar yang hampir seketika dari magnet.Ini karena tidak perlu menunggu arus kumparan meluruh ke nol sebelum menghubungkan pulsa balik.Pada penerapan pulsa, arus koil dipaksa ke nol (dan kemudian mundur) jauh lebih cepat daripada peluruhan eksponensial normalnya.
Gambar 3: Sirkuit Reverse-Pulse Dasar
Sekarang, biasanya, menempatkan kontak sakelar antara penyearah dan koil magnet adalah "bermain dengan api".
Ini karena arus induktif tidak dapat diputus secara tiba-tiba.Jika demikian maka kontak saklar akan melengkung dan saklar akan rusak atau bahkan hancur total.(Ekuivalen mekanisnya adalah mencoba menghentikan roda gila secara tiba-tiba).
Jadi, sirkuit apa pun yang dirancang harus menyediakan jalur yang efektif untuk arus kumparan setiap saat, termasuk untuk beberapa milidetik saat kontak sakelar berubah..
Rangkaian di atas, yang hanya terdiri dari 2 kapasitor dan 2 dioda (ditambah kontak relai), mencapai fungsi pengisian kapasitor Penyimpanan ke tegangan negatif (relatif terhadap sisi referensi koil) dan juga menyediakan jalur alternatif untuk koil saat ini saat kontak relai sedang on the fly.
Bagaimana itu bekerja:
Secara luas D1 dan C2 bertindak sebagai pompa muatan untuk C1 sementara D2 adalah dioda penjepit yang menahan titik B agar tidak positif.
Saat magnet ON, kontak relai akan terhubung ke terminal "biasanya terbuka" (NO) dan magnet akan melakukan pekerjaan normalnya untuk menjepit lembaran logam.Pompa muatan akan mengisi daya C1 menuju tegangan negatif puncak yang besarnya sama dengan tegangan kumparan puncak.Tegangan pada C1 akan meningkat secara eksponensial tetapi akan terisi penuh dalam waktu sekitar 1/2 detik.
Kemudian tetap dalam keadaan itu sampai mesin dimatikan.
Segera setelah dimatikan, relai bertahan untuk waktu yang singkat.Selama waktu ini arus koil yang sangat induktif akan terus bersirkulasi ulang melalui dioda di penyearah jembatan.Sekarang, setelah jeda sekitar 30 milidetik, kontak relai akan mulai terpisah.Arus koil tidak bisa lagi melalui dioda penyearah melainkan menemukan jalur melalui C1, D1, dan C2.Arah arus ini sedemikian rupa sehingga akan semakin meningkatkan muatan negatif pada C1 dan akan mulai mengisi C2 juga.
Nilai C2 harus cukup besar untuk mengontrol laju kenaikan tegangan pada kontak relai pembuka untuk memastikan bahwa busur tidak terbentuk.Nilai sekitar 5 mikro-farad per amp arus kumparan cukup untuk relai tipikal.
Gambar 4 di bawah menunjukkan detail bentuk gelombang yang terjadi selama setengah detik pertama setelah OFF.Tegangan ramp yang dikendalikan oleh C2 terlihat jelas pada jejak merah di tengah gambar, itu diberi label "Kontak relai dengan cepat".(Waktu fly-over yang sebenarnya dapat disimpulkan dari jejak ini; sekitar 1,5 ms).
Segera setelah angker relai mendarat di terminal NC-nya, kapasitor penyimpanan bermuatan negatif dihubungkan ke kumparan magnet.Ini tidak segera membalikkan arus koil tetapi arus sekarang berjalan "menanjak" dan dengan demikian dengan cepat dipaksa melalui nol dan menuju puncak negatif yang terjadi sekitar 80 ms setelah koneksi kapasitor penyimpanan.(Lihat Gambar 5).Arus negatif akan menginduksi fluks negatif pada magnet yang akan membatalkan sisa magnet dan clampbar serta benda kerja akan segera dilepaskan.
Gambar 4: Bentuk Gelombang yang Diperluas
Gambar 5: Bentuk Gelombang Tegangan dan Arus pada Magnet Coil
Gambar 5 di atas menggambarkan bentuk gelombang tegangan dan arus pada kumparan magnet selama fase pre-clamping, fase full clamping, dan fase demagnetisasi.
Kesederhanaan dan keefektifan rangkaian demagnetisasi ini dianggap dapat diterapkan pada elektromagnet lain yang memerlukan demagnetisasi.Bahkan jika magnet sisa tidak menjadi masalah, sirkuit ini masih bisa sangat berguna untuk mengubah arus koil menjadi nol dengan sangat cepat dan karenanya memberikan pelepasan yang cepat.
Sirkuit Magnabend Praktis:
Konsep sirkuit yang dibahas di atas dapat digabungkan menjadi sirkuit penuh dengan interlock 2 tangan dan demagnetisasi pulsa terbalik seperti yang ditunjukkan di bawah ini (Gambar 6):
Gambar 6: Sirkuit Gabungan
Sirkuit ini akan berfungsi tetapi sayangnya agak tidak dapat diandalkan.
Untuk mendapatkan pengoperasian yang andal dan masa pakai sakelar yang lebih lama, perlu menambahkan beberapa komponen tambahan ke sirkuit dasar seperti yang ditunjukkan di bawah ini (Gambar 7):
Gambar 7: Sirkuit Gabungan dengan Penyempurnaan
SW1:
Ini adalah sakelar isolasi 2 kutub.Itu ditambahkan untuk kenyamanan dan untuk memenuhi standar kelistrikan.Sakelar ini juga diinginkan untuk menyertakan lampu indikator neon untuk menunjukkan status ON/OFF dari rangkaian.
D3 dan C4:
Tanpa D3 penguncian relai tidak dapat diandalkan dan agak bergantung pada pentahapan bentuk gelombang listrik pada saat pengoperasian sakelar balok lentur.D3 menyebabkan penundaan (biasanya 30 mili detik) pada pelepasan relai.Hal ini mengatasi masalah pengunci dan juga bermanfaat untuk memiliki penundaan putus tepat sebelum timbulnya pulsa demagnetisasi (kemudian dalam siklus).C4 menyediakan sambungan AC dari rangkaian relai yang sebaliknya akan menjadi hubung singkat setengah gelombang saat tombol MULAI ditekan.
SATUAN PANAS.MENGALIHKAN:
Sakelar ini memiliki rumah yang bersentuhan dengan badan magnet dan akan membuka sirkuit jika magnet menjadi terlalu panas (>70 C).Menempatkannya secara seri dengan koil relai berarti hanya perlu mengalihkan arus kecil melalui koil relai daripada arus magnet penuh.
R2:
Ketika tombol START ditekan, relai menarik masuk dan kemudian akan ada arus masuk yang mengisi daya C3 melalui penyearah jembatan, C2 dan dioda D2.Tanpa R2 tidak akan ada hambatan di sirkuit ini dan arus tinggi yang dihasilkan dapat merusak kontak di sakelar START.
Juga, ada kondisi sirkuit lain di mana R2 memberikan perlindungan: Jika sakelar lentur (SW2) bergerak dari terminal NO (di mana ia akan membawa arus magnet penuh) ke terminal NC, maka seringkali busur akan terbentuk dan jika Saklar START masih ditahan saat ini maka C3 akan mengalami hubungan pendek dan, tergantung pada berapa banyak tegangan pada C3, maka ini dapat merusak SW2.Namun sekali lagi R2 akan membatasi arus hubung singkat ini ke nilai yang aman.R2 hanya membutuhkan nilai resistansi rendah (biasanya 2 ohm) untuk memberikan perlindungan yang memadai.
Varistor:
Varistor, yang terhubung antara terminal AC penyearah, biasanya tidak melakukan apa-apa.Tetapi jika ada tegangan lonjakan listrik (karena misalnya - sambaran petir di dekatnya) maka varistor akan menyerap energi dalam lonjakan dan mencegah lonjakan tegangan merusak penyearah jembatan.
R1:
Jika tombol MULAI ditekan selama pulsa demagnetisasi maka ini kemungkinan akan menyebabkan busur pada kontak relai yang pada gilirannya akan menyebabkan hubungan pendek C1 (kapasitor penyimpanan).Energi kapasitor akan dibuang ke sirkuit yang terdiri dari C1, penyearah jembatan dan busur di relai.Tanpa R1 ada sangat sedikit resistansi di sirkuit ini sehingga arus akan sangat tinggi dan akan cukup untuk mengelas kontak di relai.R1 memberikan perlindungan dalam kemungkinan (agak tidak biasa) ini.
Catatan Khusus tentang Pilihan R1:
Jika kemungkinan yang dijelaskan di atas benar-benar terjadi maka R1 akan menyerap hampir semua energi yang disimpan dalam C1 terlepas dari nilai sebenarnya dari R1.Kami ingin R1 menjadi besar dibandingkan dengan resistansi sirkuit lain tetapi kecil dibandingkan dengan resistansi kumparan Magnabend (jika tidak, R1 akan mengurangi keefektifan pulsa demagnetisasi).Nilai sekitar 5 hingga 10 ohm akan cocok tetapi peringkat daya apa yang harus dimiliki R1?Yang benar-benar perlu kita tentukan adalah daya pulsa, atau peringkat energi resistor.Tapi karakteristik ini biasanya tidak ditentukan untuk resistor daya.Resistor daya bernilai rendah biasanya dililit kabel dan kami telah menentukan bahwa faktor kritis yang harus dicari dalam resistor ini adalah jumlah kabel aktual yang digunakan dalam konstruksinya.Anda perlu membuka resistor sampel dan mengukur pengukur dan panjang kabel yang digunakan.Dari sini hitung total volume kabel dan kemudian pilih resistor dengan kabel minimal 20 mm3.
(Misalnya resistor 6,8 ohm/11 watt dari RS Components ditemukan memiliki volume kabel 24mm3).
Untungnya komponen tambahan ini kecil dalam ukuran dan biaya sehingga hanya menambah beberapa dolar untuk keseluruhan biaya listrik Magnabend.
Ada sedikit sirkuit tambahan yang belum dibahas.Ini mengatasi masalah yang relatif kecil:
Jika tombol MULAI ditekan dan tidak diikuti dengan menarik pegangannya (yang jika tidak akan menyebabkan penjepitan penuh) maka kapasitor penyimpanan tidak akan terisi penuh dan pulsa demagnetisasi yang diakibatkan oleh pelepasan tombol MULAI tidak akan mendemagnetisasi mesin sepenuhnya. .Clampbar kemudian akan tetap menempel di mesin dan itu akan menjadi gangguan.
Penambahan D4 dan R3, ditunjukkan dengan warna biru pada Gambar 8 di bawah, memasukkan bentuk gelombang yang sesuai ke sirkuit pompa muatan untuk memastikan bahwa C1 terisi daya meskipun penjepitan penuh tidak diterapkan.(Nilai R3 tidak kritis - 220 ohm/10 watt akan cocok untuk sebagian besar mesin).
Gambar 8: Sirkuit dengan Demagnetise setelah "MULAI" saja:
Untuk informasi lebih lanjut tentang komponen sirkuit, silakan merujuk ke bagian Komponen di "Membangun Magnabend Anda Sendiri"
Untuk tujuan referensi, diagram rangkaian lengkap mesin Magnabend 240 Volt AC yang diproduksi oleh Magnetic Engineering Pty Ltd ditunjukkan di bawah ini.
Perhatikan bahwa untuk pengoperasian pada 115 VAC, banyak nilai komponen yang perlu diubah.
Magnetic Engineering menghentikan produksi mesin Magnabend pada tahun 2003 ketika bisnis tersebut dijual.
Catatan: Pembahasan di atas dimaksudkan untuk menjelaskan prinsip-prinsip utama operasi rangkaian dan tidak semua detail telah dibahas.Sirkuit lengkap yang ditunjukkan di atas juga termasuk dalam manual Magnabend yang tersedia di tempat lain di situs ini.
Perlu dicatat juga bahwa kami mengembangkan versi solid state sepenuhnya dari rangkaian ini yang menggunakan IGBT alih-alih relai untuk mengalihkan arus.
Sirkuit solid state tidak pernah digunakan di mesin Magnabend mana pun, tetapi digunakan untuk magnet khusus yang kami produksi untuk jalur produksi.Lini produksi ini biasanya menghasilkan 5.000 item (seperti pintu lemari es) per hari.
Magnetic Engineering menghentikan produksi mesin Magnabend pada tahun 2003 ketika bisnis tersebut dijual.
Silakan gunakan tautan Hubungi Alan di situs ini untuk mencari informasi lebih lanjut.