MAGNABEND - DISEINUAREN OINARRIZKO GOGOETAK
Oinarrizko Iman Diseinua
Magnabend makina DC iman indartsu gisa diseinatuta dago, lan-ziklo mugatua duena.
Makinak oinarrizko 3 zati ditu: -
Makinaren oinarria osatzen duen eta elektroiman bobina daukan gorputz imana.
Iman-oinarriaren poloen arteko fluxu magnetikorako bidea eskaintzen duen besarkada-barra, eta horrela txapa-pieza estutzen du.
Tolestura-habea, imanaren gorputzaren aurreko ertzera biratzen dena eta piezari toleste-indarra aplikatzeko bitartekoa eskaintzen du.
Iman-gorputzaren konfigurazioak
Imanaren gorputzerako hainbat konfigurazio posible dira.
Hona hemen Magnabend makinetarako biak erabili diren 2:
Goiko marrazkietako marra gorri etenek fluxu magnetikoaren bideak adierazten dituzte.Kontuan izan "U-mota" diseinuak fluxu-bide bakarra duela (polo pare 1) eta "E-mota" diseinuak 2 fluxu-bide dituela (2 polo-pare).
Imanaren konfigurazioaren konparaketa:
E motako konfigurazioa U motako konfigurazioa baino eraginkorragoa da.
Hori zergatik den ulertzeko kontuan hartu beheko bi marrazkiak.
Ezkerrean U motako iman baten ebakidura dago eta eskuinaldean E motako iman bat, U mota bereko 2 konbinatuz egin dena.Iman-konfigurazio bakoitza anpere-bira berdinak dituen bobina batek gidatzen badu, argi dago bikoiztutako imanak (E motakoak) estutze-indar bikoitza izango duela.Gainera, bi aldiz altzairu gehiago erabiltzen du, baina ia alanbre gehiago bobinarako!(Bobina luzeko diseinua suposatuz).
(Soleko alanbre kopuru txikia bobinaren 2 bi hankak "E" diseinuan urrunago daudelako bakarrik beharko litzateke, baina gehigarri hori hutsala bihurtzen da Magnabend-erako erabiltzen den bobina luzeko diseinu batean).
Super Magnabend:
Are iman indartsuagoa eraikitzeko "E" kontzeptua heda daiteke, hala nola, E bikoitzeko konfigurazio hau:
3-D eredua:
Jarraian, U motako iman bateko piezen oinarrizko antolaketa erakusten duen 3D marrazki bat dago:
Diseinu honetan aurreko eta atzeko zutoinak pieza bereiziak dira eta torlojuen bidez lotzen dira Nukleoko piezari.
Printzipioz, altzairuzko pieza bakar batetik U motako iman-gorputz bat mekanizatzea posible izango litzatekeen arren, orduan ezin izango litzateke bobina instalatu eta horrela bobina in situ (mekanizatutako iman-gorputzean) bobinatu beharko litzateke. ).
Ekoizpen-egoeran oso desiragarria da bobinak banan-banan harilkatu ahal izatea (lehengo berezi batean).Beraz, U motako diseinuak eraginkortasunez agintzen du fabrikatutako eraikuntza.
Bestalde, E motako diseinua ondo egokitzen da altzairuzko pieza bakar batetik mekanizatutako gorputz iman baterako, aurrez egindako bobina bat erraz instala daitekeelako imanaren gorputza mekanizatu ondoren.Pieza bakarreko iman-gorputz batek magnetikoki hobeto funtzionatzen du, ez baitu eraikuntza-hutsunerik, bestela fluxu magnetikoa (eta, hortaz, horma-indarra) apur bat murriztuko luketenak.
(1990etik aurrera egindako Magnabend gehienek E motako diseinua erabiltzen zuten).
Iman Eraikuntzarako Materiala Hautatzea
Imanaren gorputza eta clampbar-a material ferromagnetikoz (imangarria) egin behar dira.Altzairua da material ferromagnetikorik merkeena, eta begi bistakoa da.Hala ere, kontuan izan daitezkeen hainbat altzairu berezi daude eskuragarri.
1) Siliziozko altzairua: erresistentzia handiko altzairua, normalean laminazio meheetan eskuragarri dagoena eta AC transformadoreetan, AC imanetan, erreleetan eta abarretan erabiltzen dena. Bere propietateak ez dira beharrezkoak DC iman bat den Magnabend-erako.
2) Burdina biguna: Material honek magnetismo hondar txikiagoa erakutsiko luke, hau ona litzateke Magnabend makina batentzat, baina fisikoki biguna da eta horrek esan nahi du erraz hondatu eta hondatuko litzatekeela;hobe da hondar magnetismoaren arazoa beste modu batera konpontzea.
3) Burdinurtua: ez da altzairu ijetzitua bezain erraz magnetizatzen, baina kontuan izan liteke.
4) Altzairu herdoilgaitza 416 mota: Ezin da altzairua bezain indartsu magnetizatu eta askoz garestiagoa da (baina erabilgarria izan daiteke iman gorputzean babes-azalera mehe baterako).
5) Altzairu herdoilgaitza 316 mota: altzairuzko aleazio ez magnetikoa da eta, beraz, ez da batere egokia (goiko 4an izan ezik).
6) Karbono ertaineko altzairua, K1045 mota: material hau imanaren eraikuntzarako oso egokia da (eta makinaren beste atal batzuk).Ematen den egoeran nahiko gogorra da eta, gainera, ondo makinatzen du.
7) Karbono ertaineko altzairu mota CS1020: altzairu hau ez da K1045 bezain gogorra, baina eskuragarriagoa da eta, beraz, Magnabend makina eraikitzeko aukerarik praktikoena izan daiteke.
Kontuan izan behar diren propietate garrantzitsuak hauek direla:
Saturazio handiko magnetizazioa.(Altzairu aleazio gehienak 2 Tesla inguruan saturatzen dira),
Atalen tamaina erabilgarrien erabilgarritasuna,
Kasualitateko kalteekiko erresistentzia,
Mekanizazioa, eta
Arrazoizko kostua.
Karbono ertaineko altzairuak ondo betetzen ditu baldintza guzti hauek.Karbono gutxiko altzairua ere erabil daiteke, baina ez da hain erresistentea gertakarien kalteetan.Beste aleazio berezi batzuk ere badaude, supermendurra adibidez, saturazio magnetizazio handiagoa dutenak baina ez dira kontuan hartu behar altzairuarekin alderatuta duten kostu oso altuagatik.
Karbono ertaineko altzairuak hala ere hondar magnetismo batzuk erakusten ditu, nahikoa traba bat izateko.(Ikus Hondar-magnetismoari buruzko atala).
Bobina
Bobina da fluxu magnetizatzailea elektroimanaren bidez gidatzen duena.Bere magnetizatze-indarra bira-kopuruaren (N) eta bobinaren korrontearen (I) biderkatzailea besterik ez da.Horrela:
N = bira kopurua
I = harizketetako korrontea.
Goiko formulan "N" agertzeak uste oker arrunt bat dakar.
Bira kopurua handitzeak indar magnetizatzailea areagotuko duela uste da, baina, oro har, hori ez da gertatzen, bira gehigarriek korrontea ere murrizten dutelako, I.
Demagun DC tentsio finko batekin hornitutako bobina bat.Bira-kopurua bikoiztu egiten bada harilaren erresistentzia ere bikoiztu egingo da (bobina luze batean) eta horrela korrontea erdira murriztuko da.Efektu garbia NIaren igoera ez da.
Benetan NI zehazten duena bira bakoitzeko erresistentzia da.Horrela NI handitzeko hariaren lodiera handitu egin behar da.Bira gehigarrien balioa da korrontea murrizten dutela eta, beraz, bobinaren potentzia xahutzea.
Diseinatzaileak kontuan izan behar du alanbre-neurgailua dela bobinaren magnetizazio-indarra benetan zehazten duena.Hau da bobinaren diseinuaren parametro garrantzitsuena.
NI produktuari bobinaren "ampere-bira" gisa aipatzen da.
Zenbat Ampere Bira behar dira?
Altzairuak 2 Tesla inguruko saturazio magnetizazioa erakusten du eta horrek oinarrizko muga ezartzen du zenbateko indarra lor daitekeen.
Goiko grafikoan ikusten dugu 2 Tesla-ko fluxu-dentsitatea lortzeko behar den eremu-indarra metroko 20.000 ampere-bira ingurukoa dela.
Orain, Magnabend diseinu tipiko baterako, altzairuaren fluxu-ibilbidearen luzera metro baten 1/5en ingurukoa da eta, beraz, (20.000/5) AT beharko du saturazioa sortzeko, hau da, 4.000 AT ingurukoa.
Polita litzateke hau baino askoz ampere bira gehiago izatea, saturazio magnetizazioa mantendu ahal izateko hutsune ez-magnetikoak (hau da, burdinazko piezak) zirkuitu magnetikoan sartzen direnean ere.Hala ere, ampere-bira gehigarriak kostu handiarekin bakarrik lor daitezke potentzia xahutzean edo kobre-hariaren kostuan, edo bietan.Beraz, konpromisoa behar da.
Magnabend diseinu tipikoek 3.800 ampereko bira ematen duten bobina dute.
Kontuan izan zifra hau ez dela makinaren luzeraren menpekoa.Diseinu magnetiko bera makina-luzera tarte batean aplikatzen bada, makina luzeek hari lodiagoen bira gutxiago izango dituztela adierazten du.Korronte total gehiago aterako dute baina ampere x biraren produktu berdina izango dute eta estutze-indar bera (eta potentzia xahutze bera) luzera-unitate bakoitzeko.
Lan zikloa
Betebehar-zikloaren kontzeptua elektroimanaren diseinuaren alderdi oso garrantzitsua da.Diseinuak behar dena baino lan-ziklo gehiago eskaintzen badu, ez da optimoa.Lan-ziklo gehiago berez esan nahi du kobrezko alanbre gehiago beharko dela (ondorioz kostu handiagoarekin) eta/edo estutze-indar txikiagoa eskuragarri egongo dela.
Oharra: funtzio-ziklo handiagoko iman batek potentzia xahutze gutxiago izango du, eta horrek esan nahi du energia gutxiago erabiliko duela eta, beraz, funtzionamendua merkeagoa izango dela.Dena den, imana aldi laburretan bakarrik ON dagoenez, orduan funtzionamenduaren energia-kostua oso garrantzi gutxikoa dela ikusten da normalean.Beraz, diseinuaren ikuspegia bobinaren haizeak gehiegi ez berotzeari dagokionez, ihes egin dezakezun potentzia gehien xahutzea da.(Ikuspegi hau elektroiman diseinu gehienetan ohikoa da).
Magnabend% 25 inguruko lan-ziklo nominaletarako diseinatuta dago.
Normalean 2 edo 3 segundo besterik ez dira behar bihurgune bat egiteko.Imana 8 eta 10 segundo gehiago itzaliko da pieza berriro kokatu eta lerrokatzen den bitartean hurrengo bihurgunerako prest.% 25eko lan-zikloa gainditzen bada, azkenean imana beroegi egingo da eta gainkarga termiko bat abiaraztuko da.Imana ez da kaltetuko baina 30 minutu inguru hozten utzi beharko da berriro erabili aurretik.
Eremuko makinen esperientzia operatiboak erakutsi du %25eko lan-zikloa nahiko egokia dela erabiltzaile tipikoentzat.Izan ere, erabiltzaile batzuek makinaren potentzia handiko aukerako bertsioak eskatu dituzte, zeinak estutze-indar handiagoa duten lan-ziklo gutxiagoren kontura.
Bobina Zeharkako Eremua
Bobinarako erabilgarri dagoen sekzio-eremuak zehaztuko du sartu daitekeen kobrezko hari-kopuru maximoa. Eskuragarri den eremua ez da behar dena baino handiagoa izan behar, behar diren ampere-bira eta potentzia xahupenarekin bat etorriz.Bobinari espazio gehiago eskaintzeak imanaren tamaina handituko du ezinbestean eta altzairuaren fluxu-bide luzeagoa izango da (fluxu osoa murriztuko duena).
Argudio berak esan nahi du diseinuan ematen den bobinaren espazioa beti kobrezko hariz beteta egon behar dela.Beterik ez badago, imanaren geometria hobea izan zitekeela esan nahi du.
Magnabend estutze indarra:
Beheko grafikoa neurketa esperimentalen bidez lortu da, baina nahiko ondo bat dator kalkulu teorikoekin.
Pintza-indarra matematikoki kalkula daiteke formula honetatik:
F = indarra Newtonetan
B = fluxu magnetikoaren dentsitatea Teslasetan
A = poloen azalera m2-tan
µ0 = iragazkortasun magnetikoaren konstantea, (4π x 10-7)
Adibide gisa, 2 Tesla-ko fluxu-dentsitaterako estutze-indarra kalkulatuko dugu:
Beraz, F = ½ (2)2 A/µ0
Azalera unitateko (presioa) indar bat egiteko "A" askatu dezakegu formulan.
Horrela Presioa = 2/µ0 = 2/(4π x 10-7) N/m2.
Hau 1.590.000 N/m2-ra ateratzen da.
Hau kilogramo-indarra bihurtzeko g-z zati daiteke (9,81).
Horrela: Presioa = 162.080 kg/m2 = 16,2 kg/cm2.
Hau nahiko ondo bat dator goiko grafikoan agertzen den zero hutsune baterako neurtutako indarrarekin.
Zifra hori erraz bihur daiteke makina jakin baterako estutze-indar total batera, makinaren polo-eremuarekin biderkatuz.1250E eredurako poloaren azalera 125(1,4+3,0+1,5) =735 cm2 da.
Beraz, indar osoa, zero hutsunea, (735 x 16,2) = 11.900 kg edo 11,9 tona izango litzateke;9,5 tona inguru iman luzerako metro bakoitzeko.
Fluxuaren dentsitatea eta Clamping-presioa zuzenean lotuta daude eta beheko grafikoan erakusten dira:
Lotzeko indar praktikoa:
Praktikan estutze-indar handi hori behar ez denean bakarrik lortzen da(!), hau da, altzairuzko pieza meheak tolestzerakoan.Burdinazkoak ez diren piezak tolestzerakoan indarra txikiagoa izango da goiko grafikoan erakusten den moduan, eta (bitxi pixka bat), altzairuzko pieza lodiak tolestzerakoan ere txikiagoa da.Hau da, bihurgune zorrotz bat egiteko behar den estutze indarra erradioko bihurgune baterako behar dena baino askoz handiagoa delako.Beraz, gertatzen dena da bihurguneak aurrera egin ahala clampbarren aurrealdeko ertza zertxobait altxatzen dela, eta horrela piezak erradio bat osatzen du.
Eratzen den aire-hutsune txikiak estutze-indarraren galera apur bat eragiten du, baina erradioaren bihurgunea osatzeko behar den indarra imanaren tentze-indarra baino nabarmenago jaitsi da.Horrela egoera egonkor bat sortzen da eta clampbar ez da askatzen.
Goian deskribatzen dena makina lodiera mugatik gertu dagoenean tolesteko modua da.Are lodiagoa den pieza bat probatzen bada, clampbar altxatuko da, noski.
Diagrama honek iradokitzen du clampbarren sudurreko ertza apur bat erradiatua balitz, zorrotz baino, orduan tolestura lodirako aire tartea murriztuko litzateke.
Hain zuzen ere, hau da eta behar bezala egindako Magnabend batek ertz erradiodun clampbar bat izango du.(Erradiodun ertz batek ere askoz ere gutxiago izaten du ustekabeko kalteak ertz zorrotz batekin alderatuta).
Bihurtze hutsegite modu marjinala:
Pieza oso lodi batean bihurgune bat saiatzen bada, makinak huts egingo du tolestu, clampbar besterik gabe altxatuko delako.(Zorionez, hau ez da modu dramatikoan gertatzen; clampbark isil-isilik uzten du).
Dena den, tolestura-karga imanaren toleste-ahalmena baino apur bat handiagoa bada, oro har, gertatzen dena da bihurguneak 60 gradu inguru esaten jarraituko duela eta, ondoren, clampbar atzerantz irristatuko da.Porrot-modu honetan imanak zeharka tolestura-kargari soilik aurre egin diezaioke piezaren eta imanaren ohantzearen arteko marruskadura sortuz.
Altxatzearen ondoriozko hutsegitearen eta irristatzearen ondoriozko hutsegitearen arteko lodiera-aldea, oro har, ez da oso handia.
Jasotze-hutsegitea piezak clampbarren aurreko ertza gorantz palankatzen duelako gertatzen da.Pintza-barraren aurreko ertzean estutzeko indarra da, batez ere, horri aurre egiten diona.Atzeko ertzean estutzeak eragin txikia du, euskarria biratzen ari den tokitik gertu dagoelako.Izan ere, estutze indar osoaren erdia baino ez da altxatzeari aurre egiten diona.
Bestalde, irristatzeari eusten zaio estutze-indarraren guztizkoarekin baina marruskaduraren bidez soilik, beraz benetako erresistentzia piezaren eta imanaren gainazalaren arteko marruskadura-koefizientearen araberakoa da.
Altzairu garbi eta lehorretarako marruskadura koefizientea 0,8koa izan daiteke, baina lubrifikazioa badago, 0,2koa izan daiteke.Normalean, bihurgunearen hutsegite modu marjinala irristatzearen ondoriozkoa izan ohi da, baina imanaren gainazalean marruskadura areagotzeko saiakerak ez duela merezi ikusi da.
Lodiera-gaitasuna:
98 mm-ko zabalera eta 48 mm-ko sakonera duen E motako iman-gorputz batentzat eta 3.800 ampere-bira-bobinarekin, luzera osoko tolestu ahalmena 1,6 mm-koa da.Lodiera hori altzairu xaflei zein aluminiozko xaflei aplikatzen zaie.Aluminiozko xaflan estutze gutxiago izango da, baina tolestura-momentu gutxiago behar du, beraz, konpentsatu egiten da bi metal motetarako neurri-ahalmen antzekoa izateko.
Adierazitako toleste-ahalmenari buruzko ohar batzuk egon behar dira: nagusia txapa metalikoaren erresistentzia asko alda daitekeela da.1,6 mm-ko edukiera 250 MPa-ko eten-tentsioa duten altzairuari eta 140 MPa-ko eten-tentsioa duen aluminioari aplikatzen zaio.
Altzairu herdoilgaitzezko lodiera-gaitasuna 1,0 mm ingurukoa da.Edukiera hori beste metal gehienentzat baino nabarmen txikiagoa da, altzairu herdoilgaitza normalean ez-magnetikoa delako eta, hala ere, etekin-tentsio nahiko altua duelako.
Beste faktore bat imanaren tenperatura da.Imana berotzen utzi bada, bobinaren erresistentzia handiagoa izango da eta honek, aldi berean, korronte gutxiago ateratzea eragingo du, ondorioz, ampere-bira txikiagoak eta estutze-indar txikiagoak.(Efektu hau nahiko moderatua izan ohi da eta litekeena da makinak bere zehaztapenak ez betetzea eragitea).
Azkenik, gaitasun lodiagoak Magnabends egin litezke imanaren sekzioa handiagoa bada.