MAGNABEND - KONSIDERAZZJONIJIET FUNDAMENTALI TA' DISINN
Disinn Bażiku tal-Kalamita
Il-magna Magnabend hija ddisinjata bħala kalamita DC qawwija b'ċiklu ta 'dazju limitat.
Il-magna tikkonsisti fi 3 partijiet bażiċi: -
Il-korp tal-kalamita li jifforma l-bażi tal-magna u fih il-coil elettro-kalamita.
Il-bar tal-morsa li tipprovdi mogħdija għall-fluss manjetiku bejn l-arbli tal-bażi tal-kalamita, u b'hekk tikklampja l-biċċa tax-xogħol tal-folja.
Ir-raġġ tal-liwi li huwa mdawwar mat-tarf ta 'quddiem tal-korp tal-kalamita u jipprovdi mezz għall-applikazzjoni tal-forza tal-liwi għall-biċċa tax-xogħol.
Konfigurazzjonijiet tal-Korp tal-Kalamita
Diversi konfigurazzjonijiet huma possibbli għall-korp tal-kalamita.
Hawn huma 2 li t-tnejn intużaw għal magni Magnabend:
Il-linji ħomor b'sing fit-tpinġijiet ta 'hawn fuq jirrappreżentaw il-mogħdijiet tal-fluss manjetiku.Innota li d-disinn "U-Type" għandu passaġġ wieħed tal-fluss (par arbli) filwaqt li d-disinn "E-Type" għandu 2 mogħdijiet tal-fluss (2 pari arbli).
Tqabbil tal-Konfigurazzjoni tal-kalamita:
Il-konfigurazzjoni tat-tip E hija aktar effiċjenti mill-konfigurazzjoni tat-tip U.
Biex tifhem għaliex dan huwa hekk ikkunsidra ż-żewġ tpinġijiet hawn taħt.
Fuq ix-xellug hemm cross-section ta 'kalamita tat-tip U u fuq il-lemin hemm kalamita tat-tip E li saret billi tgħaqqad 2 mill-istess tipi U.Jekk kull konfigurazzjoni tal-kalamita hija misjuqa minn coil bl-istess ampere-dawriet allura b'mod ċar il-kalamita doppja (it-tip E) se jkollha d-doppju tal-forza tal-ikklampjar.Juża wkoll id-doppju tal-azzar iżda bilkemm aktar wajer għall-coil!(Jassumi disinn coil twil).
(L-ammont żgħir ta 'wajer żejjed ikun meħtieġ biss minħabba li ż-żewġ saqajn tal-coil huma aktar 'il bogħod minn xulxin fid-disinn "E", iżda dan żejjed isir insinifikanti f'disinn ta' coil twil bħal użat għall-Magnabend).
Super Magnabend:
Biex tinbena kalamita saħansitra aktar qawwija, il-kunċett "E" jista 'jiġi estiż bħal din il-konfigurazzjoni double-E:
Mudell 3-D:
Hawn taħt hemm tpinġija 3-D li turi l-arranġament bażiku tal-partijiet f'kalamita tat-tip U:
F'dan id-disinn l-arbli ta 'quddiem u ta' wara huma biċċiet separati u huma mwaħħla permezz ta 'boltijiet mal-biċċa Core.
Għalkemm fil-prinċipju, ikun possibbli li magna ta 'korp ta' kalamita tat-tip U minn biċċa waħda ta 'l-azzar, allura ma jkunx possibbli li tiġi installata l-coil u għalhekk il-kolja jkollha tkun imdawra in situ (fuq il-korp tal-kalamita bil-makna ).
F'sitwazzjoni ta 'produzzjoni huwa ferm mixtieq li tkun tista' tkebbi l-coils separatament (fuq ta 'qabel speċjali).Għalhekk disinn tat-tip U effettivament jiddetta kostruzzjoni fabbrikata.
Min-naħa l-oħra d-disinn tat-tip E jippresta ruħu tajjeb għal korp ta 'kalamita maħdum minn biċċa waħda ta' l-azzar minħabba li coil magħmul minn qabel jista 'jiġi installat faċilment wara li l-korp ta' kalamita jkun ġie mmaxinjat.Korp ta 'kalamita b'biċċa waħda wkoll jaħdem aħjar b'mod manjetiku peress li m'għandux vojt ta' kostruzzjoni li kieku jnaqqas il-fluss manjetiku (u għalhekk il-forza tal-ikklampjar) ftit.
(Il-biċċa l-kbira tal-Magnabends magħmula wara l-1990 użaw id-disinn tat-tip E).
Għażla ta 'Materjal għall-Kostruzzjoni Magnet
Il-korp tal-kalamita u l-clampbar għandhom ikunu magħmula minn materjal ferromanjetiku (manjetizzabbli).L-azzar huwa bil-bosta l-irħas materjal ferromanjetiku u huwa l-għażla ovvja.Madankollu hemm diversi azzar speċjali disponibbli li jistgħu jiġu kkunsidrati.
1) Silicon Steel : Azzar ta 'reżistività għolja li normalment ikun disponibbli f'laminazzjonijiet irqaq u jintuża fi transformers AC, kalamiti AC, relays eċċ. Il-proprjetajiet tiegħu mhumiex meħtieġa għall-Magnabend li huwa kalamita DC.
2) Ħadid artab : Dan il-materjal juri manjetiżmu residwu aktar baxx li jkun tajjeb għal magna Magnabend iżda huwa fiżikament artab li jfisser li jkun faċilment dented u bil-ħsara;huwa aħjar li ssolvi l-problema tal-manjetiżmu residwu b'xi mod ieħor.
3) Ħadid fondut : Mhux manjetizzat faċilment daqs l-azzar irrumblat iżda jista 'jiġi kkunsidrat.
4) Stainless Steel Tip 416 : Ma jistax jiġi magnetizzat b'mod qawwi daqs l-azzar u jiswa ħafna aktar (iżda jista 'jkun utli għal wiċċ protettiv irqiq ta' capping fuq il-korp tal-kalamita).
5) Stainless Steel Tip 316 : Din hija liga ta 'azzar mhux manjetika u għalhekk mhix adattata xejn (ħlief bħal f'4 hawn fuq).
6) Azzar tal-Karbonju Medju, tip K1045 : Dan il-materjal huwa eminentement adattat għall-kostruzzjoni tal-kalamita, (u partijiet oħra tal-magna).Huwa raġonevolment iebes fil-kundizzjoni kif ipprovdut u jaħdem tajjeb ukoll.
7) Tip ta 'Azzar tal-Karbonju Medju CS1020 : Dan l-azzar mhuwiex daqshekk iebes daqs K1045 iżda huwa disponibbli aktar faċilment u għalhekk jista' jkun l-iktar għażla prattika għall-kostruzzjoni tal-magna Magnabend.
Innota li l-proprjetajiet importanti li huma meħtieġa huma:
Magnetizzazzjoni ta 'saturazzjoni għolja.(Il-biċċa l-kbira tal-ligi tal-azzar jissaturaw f'madwar 2 Tesla),
Disponibbiltà ta' daqsijiet ta' sezzjonijiet utli,
Reżistenza għal ħsara inċidentali,
Makkinabilità, u
Spiża raġonevoli.
Azzar tal-karbonju medju jaqbel sew għal dawn ir-rekwiżiti kollha.Jista 'jintuża wkoll azzar b'karbonju baxx iżda huwa inqas reżistenti għall-ħsara inċidentali.Jeżistu wkoll ligi speċjali oħra, bħas-supermendur, li għandhom manjetizzazzjoni ta' saturazzjoni ogħla iżda m'għandhomx jitqiesu minħabba l-ispiża għolja ħafna tagħhom meta mqabbla mal-azzar.
L-azzar tal-karbonju medju madankollu juri xi manjetiżmu residwu li huwa biżżejjed biex ikun ta 'inkonvenjent.(Ara t-taqsima dwar il-Majetiżmu Residwu).
Il-Kolja
Il-coil huwa dak li jmexxi l-fluss magnetising permezz tal-elettrokalamita.Il-forza magnetising tagħha hija biss il-prodott tan-numru ta 'dawriet (N) u l-kurrent tal-coil (I).Għalhekk:
N = numru ta' dawriet
I = kurrenti fil-koljaturi.
Id-dehra ta '"N" fil-formula ta' hawn fuq twassal għal kunċett żbaljat komuni.
Huwa preżunt b'mod wiesa 'li ż-żieda fin-numru ta' dawriet se żżid il-forza tal-manjetizzazzjoni iżda ġeneralment dan ma jseħħx minħabba li dawriet żejda jnaqqas ukoll il-kurrent, I.
Ikkunsidra coil fornut b'vultaġġ DC fiss.Jekk in-numru ta 'dawriet jiġi rduppjat allura r-reżistenza tal-koljaturi tiġi rduppjata wkoll (f'kolja twila) u għalhekk il-kurrent se jitnaqqas bin-nofs.L-effett nett huwa l-ebda żieda fl-NI.
Dak li verament jiddetermina NI hija r-reżistenza għal kull dawra.Għalhekk biex tiżdied NI il-ħxuna tal-wajer għandha tiżdied.Il-valur ta 'dawriet żejda huwa li jnaqqsu l-kurrent u għalhekk id-dissipazzjoni tal-qawwa fil-coil.
Id-disinjatur għandu jkun konxju li l-kejl tal-wajer huwa dak li verament jiddetermina l-forza magnetising tal-coil.Dan huwa l-aktar parametru importanti tad-disinn tal-coil.
Il-prodott NI spiss jissejjaħ il-"dawriet tal-ampere" tal-coil.
Kemm Dawriet Ampere huma Meħtieġa?
L-azzar juri manjetizzazzjoni ta 'saturazzjoni ta' madwar 2 Tesla u dan jistabbilixxi limitu fundamentali fuq kemm tista 'tinkiseb forza ta' kklampjar.
Mill-graff ta 'hawn fuq naraw li s-saħħa tal-kamp meħtieġa biex tinkiseb densità tal-fluss ta' 2 Tesla hija ta 'madwar 20,000 ampere-dawra kull metru.
Issa, għal disinn Magnabend tipiku, it-tul tal-mogħdija tal-fluss fl-azzar huwa ta 'madwar 1/5th ta' metru u għalhekk se jeħtieġ (20,000/5) AT biex jipproduċi saturazzjoni, jiġifieri madwar 4,000 AT.
Ikun sabiħ li jkun hemm ħafna aktar dawriet ta 'ampere minn dan sabiex il-manjetizzazzjoni tas-saturazzjoni tkun tista' tinżamm anke meta lakuni mhux manjetiċi (jiġifieri biċċiet tax-xogħol mhux tal-ħadid) jiġu introdotti fiċ-ċirkwit manjetiku.Madankollu dawriet ta 'ampere żejda jistgħu jinkisbu biss bi spiża konsiderevoli fid-dissipazzjoni tal-enerġija jew l-ispiża tal-wajer tar-ram, jew it-tnejn.Għalhekk hemm bżonn ta' kompromess.
Disinji tipiċi Magnabend għandhom coil li jipproduċi 3,800 ampere dawra.
Innota li din iċ-ċifra mhijiex dipendenti fuq it-tul tal-magna.Jekk l-istess disinn manjetiku jiġi applikat fuq firxa ta 'tulijiet ta' magni allura jiddetta li l-magni itwal ikollhom inqas dawriet ta 'wajer eħxen.Huma se jiġbdu aktar kurrent totali iżda se jkollhom l-istess prodott ta 'amps x dawriet u se jkollhom l-istess forza ta' kklampjar (u l-istess dissipazzjoni tal-qawwa) għal kull unità ta 'tul.
Duty Cycle
Il-kunċett taċ-ċiklu tad-dazju huwa aspett importanti ħafna tad-disinn tal-elettrokalamita.Jekk id-disinn jipprovdi għal aktar ċiklu ta' xogħol milli huwa meħtieġ allura mhuwiex l-aħjar.Iktar ċiklu ta 'dazju inerenti jfisser li se jkun hemm bżonn ta' aktar wajer tar-ram (b'kost ogħla konsegwenti) u/jew se jkun hemm inqas forza ta 'kklampjar disponibbli.
Nota: Kalamita ta 'ċiklu ta' xogħol ogħla se jkollha inqas dissipazzjoni ta 'enerġija li jfisser li se tuża inqas enerġija u għalhekk tkun irħas biex topera.Madankollu, minħabba li l-kalamita hija ON għal perjodi qosra biss allura l-ispiża tal-enerġija tal-operat hija ġeneralment meqjusa bħala ta 'sinifikat żgħir ħafna.Għalhekk l-approċċ tad-disinn huwa li jkollok dissipazzjoni ta 'enerġija kemm tista' titbiegħed f'termini li ma ssaħħanx iżżejjed il-koljaturi tal-coil.(Dan l-approċċ huwa komuni għall-biċċa l-kbira tad-disinji elettrokalamiti).
Il-Magnabend huwa ddisinjat għal ċiklu ta' xogħol nominali ta' madwar 25%.
Tipikament tieħu biss 2 jew 3 sekondi biex tagħmel liwja.Il-kalamita mbagħad tkun mitfija għal 8 sa 10 sekondi oħra waqt li l-biċċa tax-xogħol tiġi ppożizzjonata mill-ġdid u allinjata lesta għall-liwja li jmiss.Jekk iċ-ċiklu tad-dazju ta '25% jinqabeż allura eventwalment il-kalamita tisħon wisq u tagħbija żejda termali se tvvjaġġa.Il-kalamita ma ssirx ħsara iżda trid titħalla tiksaħ għal madwar 30 minuta qabel ma terġa' tintuża.
L-esperjenza operattiva b'magni fil-qasam uriet li ċ-ċiklu tad-dazju ta '25% huwa pjuttost adegwat għall-utenti tipiċi.Fil-fatt xi utenti talbu verżjonijiet fakultattivi ta 'qawwa għolja tal-magna li għandhom aktar forza ta' kklampjar għad-detriment ta 'inqas ċiklu ta' xogħol.
Żona Cross-Sectional Coil
L-erja tas-sezzjoni trasversali disponibbli għall-coil se tiddetermina l-ammont massimu ta 'wajer tar-ram li jista' jitwaħħal pulzieri L-erja disponibbli m'għandhiex tkun aktar milli hemm bżonn, konsistenti mad-dawriet tal-ampere meħtieġa u d-dissipazzjoni tal-enerġija.Li tipprovdi aktar spazju għall-coil inevitabbilment iżid id-daqs tal-kalamita u jirriżulta f'tul itwal tal-passaġġ tal-fluss fl-azzar (li jnaqqas il-fluss totali).
L-istess argument jimplika li kwalunkwe spazju tal-coil huwa pprovdut fid-disinn għandu dejjem ikun mimli bil-wajer tar-ram.Jekk ma jkunx sħiħ allura dan ifisser li l-ġeometrija tal-kalamita setgħet kienet aħjar.
Forza tal-Kklampjar Magnabend:
Il-graff t'hawn taħt inkiseb b'kejl sperimentali, iżda taqbel pjuttost tajjeb mal-kalkoli teoretiċi.
Il-forza tal-ikklampjar tista' tiġi kkalkulata matematikament minn din il-formula:
F = forza fi Newtons
B = densità tal-fluss manjetiku f'Teslas
A = erja tal-arbli f'm2
µ0 = kostanti tal-permeabilità manjetika, (4π x 10-7)
Għal eżempju aħna se nikkalkulaw il-forza tal-ikklampjar għal densità tal-fluss ta '2 Tesla:
Għalhekk F = ½ (2)2 A/µ0
Għal forza fuq l-erja tal-unità (pressjoni) nistgħu niżlu l-"A" fil-formula.
Għalhekk Pressjoni = 2/µ0 = 2/(4π x 10-7) N/m2.
Dan joħroġ għal 1,590,000 N/m2.
Biex tikkonverti dan għal kilogrammi forza tista 'tiġi diviża bi g (9.81).
Għalhekk: Pressjoni = 162,080 kg/m2 = 16.2 kg/cm2.
Dan jaqbel pjuttost tajjeb mal-forza mkejla għal vojt żero muri fuq il-graff ta 'hawn fuq.
Din il-figura tista 'faċilment tiġi kkonvertita għal forza ta' kklampjar totali għal magna partikolari billi timmultiplikaha bl-erja tal-arblu tal-magna.Għall-mudell 1250E l-erja tal-arblu hija 125(1.4+3.0+1.5) =735 cm2.
Għalhekk il-forza totali, żero-distakk tkun (735 x 16.2) = 11,900 kg jew 11.9 tunnellati;madwar 9.5 tunnellati għal kull metru ta 'tul ta' kalamita.
Id-densità tal-fluss u l-pressjoni tal-ikklampjar huma relatati direttament u huma murija fil-grafika hawn taħt:
Forza Prattika tal-Kklampjar:
Fil-prattika din il-forza għolja tal-ikklampjar hija dejjem realizzata biss meta ma tkunx meħtieġa(!), Jiġifieri meta tgħawweġ biċċiet tax-xogħol tal-azzar irqaq.Meta tgħawweġ biċċiet tax-xogħol mhux tal-ħadid il-forza tkun inqas kif muri fil-graff ta 'hawn fuq, u (ftit kurjuż), hija wkoll inqas meta tgħawweġ biċċiet tax-xogħol tal-azzar ħoxnin.Dan għaliex il-forza tal-ikklampjar meħtieġa biex tagħmel liwja qawwija hija ħafna ogħla minn dik meħtieġa għal liwja tar-raġġ.Allura dak li jiġri huwa li hekk kif il-liwja tipproċedi t-tarf ta 'quddiem tal-clampbar liftijiet ftit u b'hekk il-biċċa tax-xogħol tkun tista' tifforma raġġ.
Il-qasma żgħira ta 'l-arja li hija ffurmata tikkawża telf żgħir tal-forza tal-ikklampjar iżda l-forza meħtieġa biex tifforma l-liwja tar-raġġ niżlet b'mod aktar qawwi milli kellha l-forza tal-ikklampjar tal-kalamita.Għalhekk tirriżulta sitwazzjoni stabbli u l-clampbar ma tħallix.
Dak li huwa deskritt hawn fuq huwa l-mod ta 'liwi meta l-magna tkun qrib il-limitu tal-ħxuna tagħha.Jekk tiġi ppruvata biċċa tax-xogħol saħansitra eħxen allura ovvjament il-clampbar jinqala'.
Din id-dijagramma tissuġġerixxi li jekk it-tarf ta 'l-imnieħer tal-clampbar kien irradiat ftit, aktar milli qawwi, allura l-ispazju ta' l-arja għal liwi ħoxnin jitnaqqas.
Tabilħaqq dan huwa l-każ u Magnabend magħmul sewwa se jkollu clampbar b'tarf radju.(Xfer radjat huwa wkoll ħafna inqas suxxettibbli għal ħsara aċċidentali meta mqabbel ma 'xifer li jaqta').
Modalità Marġinali ta' Nuqqas ta' Liwja:
Jekk tiġi ppruvata liwja fuq biċċa tax-xogħol ħoxna ħafna allura l-magna tonqos milli tgħawweġ minħabba li l-clampbar sempliċiment tintefa'.(Fortunatament dan ma jseħħx b'mod drammatiku; il-clampbar biss iħalli għaddej bil-kwiet).
Madankollu jekk it-tagħbija tal-liwja hija biss kemmxejn akbar mill-kapaċità tal-liwi tal-kalamita allura ġeneralment dak li jiġri huwa li l-liwja tipproċedi biex tgħid madwar 60 grad u mbagħad il-clampbar jibda jiżżerżaq lura.F'dan il-mod ta 'falliment il-kalamita tista' biss tirreżisti t-tagħbija tal-liwi indirettament billi toħloq frizzjoni bejn il-biċċa tax-xogħol u s-sodda tal-kalamita.
Id-differenza tal-ħxuna bejn falliment minħabba lift-off u falliment minħabba li jiżżerżqu ġeneralment ma tantx.
In-nuqqas ta 'lift-off huwa dovut għall-biċċa tax-xogħol lieva t-tarf ta' quddiem tal-clampbar 'il fuq.Il-forza tal-ikklampjar fit-tarf ta 'quddiem tal-clampbar hija prinċipalment dak li jirreżisti dan.L-ikklampjar fit-tarf ta 'wara ftit li xejn għandu effett minħabba li huwa qrib ta' fejn il-clampbar qed jiġi mdawwar.Fil-fatt hija biss nofs il-forza totali tal-ikklampjar li tirreżisti l-lift-off.
Min-naħa l-oħra li jiżżerżqu huwa rreżistit mill-forza totali tal-ikklampjar iżda biss permezz tal-frizzjoni sabiex ir-reżistenza attwali tiddependi fuq il-koeffiċjent tal-frizzjoni bejn il-biċċa tax-xogħol u l-wiċċ tal-kalamita.
Għal azzar nadif u niexef il-koeffiċjent tal-frizzjoni jista 'jkun għoli daqs 0.8 iżda jekk il-lubrikazzjoni tkun preżenti allura jista' jkun baxx daqs 0.2.Tipikament se jkun x'imkien bejn tali li l-mod marġinali ta 'falliment tal-liwja huwa normalment minħabba li jiżżerżqu, iżda tentattivi biex tiżdied il-frizzjoni fuq il-wiċċ tal-kalamita nstabu li ma jkunx utli.
Kapaċità tal-ħxuna:
Għal korp ta 'kalamita tat-tip E ta' 98mm wiesa 'u 48mm fond u b'coil ta' 3,800 ampere-turn, il-kapaċità ta 'liwi ta' tul sħiħ hija 1.6mm.Din il-ħxuna tapplika kemm għall-folja tal-azzar kif ukoll għall-folja tal-aluminju.Se jkun hemm inqas ikklampjar fuq il-folja ta 'l-aluminju iżda jeħtieġ inqas torque biex titgħawweġ u għalhekk dan jikkumpensa b'tali mod li jagħti kapaċità ta' gauge simili għaż-żewġ tipi ta 'metall.
Jeħtieġ li jkun hemm xi twissijiet dwar il-kapaċità tal-liwi ddikjarata: Il-wieħed ewlieni huwa li s-saħħa tal-produzzjoni tal-folja tal-metall tista 'tvarja ħafna.Il-kapaċità ta '1.6mm tapplika għal azzar bi stress ta' rendiment sa 250 MPa u għal aluminju bi stress ta 'rendiment sa 140 MPa.
Il-kapaċità tal-ħxuna fl-istainless steel hija ta 'madwar 1.0mm.Din il-kapaċità hija sinifikament inqas minn għall-biċċa l-kbira tal-metalli l-oħra minħabba li l-istainless steel normalment mhuwiex manjetiku u madankollu għandu stress ta 'rendiment raġonevolment għoli.
Fattur ieħor huwa t-temperatura tal-kalamita.Jekk il-kalamita tkun tħalla tisħon allura r-reżistenza tal-coil tkun ogħla u dan imbagħad se jikkawża li tiġbed inqas kurrent b'konsegwenti ampere-dawriet aktar baxxi u forza ta 'ikklampjar aktar baxxa.(Dan l-effett huwa ġeneralment pjuttost moderat u mhux probabbli li jikkawża li l-magna ma tissodisfax l-ispeċifikazzjonijiet tagħha).
Fl-aħħarnett, Magnabends ta 'kapaċità eħxen jistgħu jsiru jekk is-sezzjoni trasversali tal-kalamita saret akbar.