doc3_Elektromagnesy pradu stalego_2013_cz_2
download 
Reklamacja Transkrypt
3_Elektromagnesy pradu stalego_2013_cz_2
Jakub Wierciak Elektromagnesy prądu stałego cz. 2 Człowiek- najlepsza inwestycja Projekt współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego Siła przyciągania elektromagnesu - uproszczenie Elektromagnesy prądu stałego (Isermann 2005) 1 0 A 0 A Θ2 Θ2 Θ 2 0 A N 2 I 2 Fm 2 2 2 2 l Y 2 l L0 Y 2 lL 2 L0 0 A A Em Fm Y Θ lE lL0 μ0 μE – pole przekroju magnetowodu – energia mechaniczna – siła przyciągająca – przemieszczenie zwory – przepływ – droga strumienia w rdzeniu , – początkowa szczelina powietrzna – przenikalność magnetyczna próżni – przenikalność magnetyczna żelaza J. Wierciak: „Napędy urządzeń mechatronicznych” 0 A lL 2 Elektromagnesy prądu stałego Mechaniczna charakterystyka elektromagnesu (Isermann 2005) Przemieszczenie zwory J. Wierciak: „Napędy urządzeń mechatronicznych” Szczelina magnetyczna Elektromagnesy klapkowe J. Wierciak: „Napędy urządzeń mechatronicznych” Przekaźnik elektromagnetyczny Elektromagnesy prądu stałego (PG 2001, OMRON 2009) Bolec popychający Zespół przełączny Sprężyna dodatkowa Wspornik izolacyjny Zwora zwora Jarzmo Rdzeń Wkładka antymagnetyczna Szczelina powietrzna Uzwojenie J. Wierciak: „Napędy urządzeń mechatronicznych” Elektromagnesy prądu stałego Zastosowania elektromagnesów - budowa stycznika SV 7 (ORAM 2007) 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. Komora próżniowa Mieszek sprężysty Ekran Styk ruchomy Zaciski Sprężyna wyrównawcza Sprężyna zwrotna Dźwignie napędowe Cewka elektromagnesu J. Wierciak: „Napędy urządzeń mechatronicznych” Elektromagnesy prądu stałego Schemat blokowy układu wykonawczego z elektromagnesem (Jaszczuk 1996) J. Wierciak: „Napędy urządzeń mechatronicznych” Elektromagnesy prądu stałego Schemat blokowy urządzenia sterującego (Jaszczuk 1996) J. Wierciak: „Napędy urządzeń mechatronicznych” Elektromagnesy prądu stałego I Przebieg drogi zwory elektromagnesu w funkcji czasu (Jaszczuk 1996) – rozruch II – ruch roboczy III – wytracanie energii kinetycznej IV – spoczynek V – powrót VI – drgania J. Wierciak: „Napędy urządzeń mechatronicznych” Elektromagnesy prądu stałego Bilans energii w układzie napędzanym elektromagnesem (Jaszczuk 1996) We – WR – WŻ – WW – Wf – WC – WL – Wμ – Wd – Wa – Wu – Wp – Wu – Wm – pobierana energia elektryczna, straty uzwojeniowe, straty na magnesowanie rdzenia i zwory , straty na prądy wirowe, energia fal elektromagnetycznych, energia akumulowana pola elektrycznego, energia akumulowana pola magnetycznego, straty na tarcie, straty na skutek dynamicznych oporów ruchu, energia fal akustycznych, użyteczna praca mechaniczna, energia potencjalna, energia kinetyczna, energia mechaniczna. J. Wierciak: „Napędy urządzeń mechatronicznych” Elektromagnesy prądu stałego Sprawność układu napędzanego elektromagnesem (Jaszczuk 1996) Wm p 100 % We We – pobierana energia elektryczna, Wm – energia mechaniczna. J. Wierciak: „Napędy urządzeń mechatronicznych” Elektromagnesy prądu stałego Obliczanie pracy elektromagnesu w warunkach statycznych (Jaszczuk 1996) sk W F s d s sp F – siła przyciągająca, sk – szczelina końcowa, sp – szczelina początkowa J. Wierciak: „Napędy urządzeń mechatronicznych” Elektromagnesy prądu stałego Sposób obliczania pracy elektromagnesu (Jaszczuk 1996) Rzeczywista praca elektromagnesu sk Wrz Fdyn s d s sp Zależność przybliżona W Fp s p sk Fdyn Fp sk sp – dynamiczna siła przyciągająca – siła początkowa – szczelina końcowa – szczelina początkowa J. Wierciak: „Napędy urządzeń mechatronicznych” Elektromagnesy prądu stałego Dobór elektromagnesu do obciążenia – kryteria (Jaszczuk 1996) 1. Niezawodny rozruch 2. Realizacja skoku 3. Odpowiednie napięcie zasilania 4. Względny czas zasilania ED – warunki cieplne 5. Maksymalna moc 6. Maksymalne wymiary gabarytowe 7. Minimalne stałe czasowe J. Wierciak: „Napędy urządzeń mechatronicznych” Elektromagnesy prądu stałego Przykładowe dane katalogowe elektromagnesu (Kuhnke 2009) J. Wierciak: „Napędy urządzeń mechatronicznych” Elektromagnesy prądu stałego Algorytm doboru elektromagnesu (Kuhnke, Wierciak, Szykiedans 2009) A. Wyznaczenie sił obciążających B. Wyznaczenie zakresu ruchu roboczego C. Obliczenie wymaganego względnego czasu zasilania ED D. Wyszukanie odpowiedniego elektromagnesu E. Udokumentowanie doboru (charakterystyka) J. Wierciak: „Napędy urządzeń mechatronicznych” Elektromagnesy prądu stałego Wybranie elektromagnesu na podstawie jego charakterystyk statycznych (Kuhnke 2009) J. Wierciak: „Napędy urządzeń mechatronicznych” Elektromagnesy prądu stałego Kryteria dostosowania obciążenia do elektromagnesu (Jaszczuk 1996) 1. Ograniczenie udziału energii kinetycznej Wk 2. Zmniejszenie udziału energii potencjalnej Wp 3. Uzyskanie dużej siły i małych skoków zwory J. Wierciak: „Napędy urządzeń mechatronicznych” Elektromagnesy prądu stałego Podział pracy elektromagnesu (Jaszczuk 1996) Wk Wu Wp Fo sk sp - energia kinetyczna - praca użyteczna - energia potencjalna - siła granicznych oporów ruchu - szczelina końcowa - szczelina początkowa J. Wierciak: „Napędy urządzeń mechatronicznych” Praca elektromagnesu Elektromagnesy prądu stałego (Jaszczuk 1996) 1. Praca użyteczna Wu F1 sp sk 2. Energia potencjalna Wp 2. Energia kinetyczna F1 F2 - F1 F2 - F1 sk sp F3 F1 F2 F1 s 2 Wk W Wu Wp - siła oporu napędzanego mechanizmu - siła napięcia wstępnego sprężyny powrotnej - siła końcowa sprężyny powrotnej - szczelina końcowa - szczelina początkowa J. Wierciak: „Napędy urządzeń mechatronicznych” p sk Przykłady dopasowania obciążenia do elektromagnesu Elektromagnesy prądu stałego Wk Wu Wp Fo (Jaszczuk 1996) - energia kinetyczna praca użyteczna energia potencjalna siła granicznych oporów ruchu sk - szczelina końcowa s1 - s6 - szczelina początkowa J. Wierciak: „Napędy urządzeń mechatronicznych” Warunki cieplne J. Wierciak: „Napędy urządzeń mechatronicznych” Elektromagnesy prądu stałego Zjawiska cieplne w elektromagnesach - wydzielanie się ciepła (Jaszczuk 1996) 1. Wydzielanie się ciepła WR t t z 2 Ri t d t t 0 J. Wierciak: „Napędy urządzeń mechatronicznych” Elektromagnesy prądu stałego Zjawiska cieplne w elektromagnesach - zmiana temperatury elementów konstr. (Jaszczuk 1996) Przebieg nagrzewania się elektromagnesu 1 - praca ciągła, 2 - praca przerywana, 3 - praca dorywcza J. Wierciak: „Napędy urządzeń mechatronicznych” Elektromagnesy prądu stałego Zjawiska cieplne w elektromagnesach - zmiana parametrów elektromagnesu (Jaszczuk 1996) - rezystancja uzwojenia R R293 1 R 293 R293 1 R - ustalona wartość prądu Uconst i R - stała czasowa narastania prądu L L T R R293 1 R J. Wierciak: „Napędy urządzeń mechatronicznych” Zależność siły przyciągania od temperatury Elektromagnesy prądu stałego (Jaszczuk 1996) F - siła przyciągania Ia, b, c - ustalone wartości prądu wzbudzającego s - szczelina powietrzna Uconst - stałe napięcie zasilania τa, b, c - temperatury w stanach: a, b, c J. Wierciak: „Napędy urządzeń mechatronicznych” Elektromagnesy prądu stałego Względny dopuszczalny czas zasilania elektromagnesu ED (Jaszczuk 1996) okres zasilaniaw cyklu ED 100% okres powtarzania cykli Maksymalny okres powtarzania cykli – 300 s Znormalizowane wartości ED: (5, 15, 25, 40, 60, 100)% Warunki wyznaczania ED: - znamionowe napięcie zasilania - temperatura otoczenia 308 K (35°C) - naturalne chłodzenie powietrzem J. Wierciak: „Napędy urządzeń mechatronicznych” Nomogram do określania ED Elektromagnesy prądu stałego tz (Jaszczuk 1996) - czas zasilania tbp - czas bezprądowej przerwy J. Wierciak: „Napędy urządzeń mechatronicznych” Zależność ED od temperatury otoczenia Elektromagnesy prądu stałego (Jaszczuk 1996) ED ED308 K K 383 75 ED308 - dopuszczalny względny czas zasilania w temperaturze otoczenia 25°C (%) K - współczynnik temperaturowy (1) τ - temperatura otoczenia (K) J. Wierciak: „Napędy urządzeń mechatronicznych” Wpływanie na cykl pracy elektromagnesu J. Wierciak: „Napędy urządzeń mechatronicznych” Elektromagnesy prądu stałego I Przebieg drogi zwory elektromagnesu w funkcji czasu (Jaszczuk 1996) – rozruch II – ruch roboczy III – wytracanie energii kinetycznej IV – spoczynek V – powrót VI – drgania J. Wierciak: „Napędy urządzeń mechatronicznych” Elektromagnesy prądu stałego Zależność czasu rozruchu i ruchu zwory od współczynnika forsowania (Jaszczuk 1996) L T Re Rd U Ue Ud tr trr T – napięcie zasilania – napięcie elektromagnesu – spadek napięcia na rezystorze dodatkowym – czas rozruchu elektromagnesu – czas ruchu roboczego elektromagnesu – elektryczna stała czasowa elektromagnesu J. Wierciak: „Napędy urządzeń mechatronicznych” Narastanie prądu wzbudzenia w elektromagnesie Elektromagnesy prądu stałego (Jaszczuk 1996) U1< U2 – napięcie zasilające Re – rezystancja uzwojenia elektromagnesu tr1, tr2 – czas rozruchu elektromagnesu ir – prąd wywołujący ruch J. Wierciak: „Napędy urządzeń mechatronicznych” Elektromagnesy prądu stałego U Ukd Ukg tr trr Zależność czasu rozruchu i czasu ruchu od napięcia zasilania elektromagnesu (Jaszczuk 1996) – napięcie zasilania – dolna krytyczna wartość napięcia – górna krytyczna wartość napięcia – czas rozruchu elektromagnesu – czas ruchu roboczego J. Wierciak: „Napędy urządzeń mechatronicznych” Elektromagnesy prądu stałego Układ przyspieszający narastanie prądu (Jaszczuk 1996) W Rd U U Rd C W Re C - napięcie zasilania - rezystancja dodatkowa - kondensator przyspieszający - wyłącznik - rezystancja elektromagnesu El J. Wierciak: „Napędy urządzeń mechatronicznych” Re Elektromagnesy prądu stałego Przyspieszanie powrotu zwory (Jaszczuk 1996) 1. Przerwanie zasilania elektromagnesu przed końcem ruchu roboczego 2. Krótkotrwałe wzbudzenie elektromagnesu prądem o przeciwnej biegunowości 3. Dopuszczenie ograniczonego, kontrolowanego przepięcia w chwili wyłączenia zasilania J. Wierciak: „Napędy urządzeń mechatronicznych” Elektromagnesy prądu stałego Rd Re th tu U W Wydłużanie czasu odpadania przez zastosowanie rezystancji bocznikującej (Jaszczuk 1996) - rezystancja dodatkowa - rezystancja elektromagnesu - czas odpadania przy zastosowaniu bocznika - czas odpadania bez bocznika - napięcie zasilania - wyłącznik J. Wierciak: „Napędy urządzeń mechatronicznych” Zjawiska towarzyszące wyłączaniu elektromagnesu Elektromagnesy prądu stałego (Jaszczuk 1996) Siła elektromotoryczna samoindukcji w uzwojeniu elektromagnesu Możliwe zjawiska d i t eL L dt 1. Elektroerozja styku, w przypadku stykowego przerywania obwodu zasilania 2. Zniszczenie izolacji uzwojenia wskutek przebicia napięciowego 3. Zakłócenie pracy elektronicznego układu sterującego 4. Zakłócenia wynikające z iskrzenia J. Wierciak: „Napędy urządzeń mechatronicznych” Elektromagnesy prądu stałego Układy do ograniczania SEM samoindukcji (Jaszczuk 1996) J. Wierciak: „Napędy urządzeń mechatronicznych” Elektromagnesy prądu stałego Układy do ograniczania SEM samoindukcji – c.d. (Jaszczuk 1996) J. Wierciak: „Napędy urządzeń mechatronicznych” Wpływ parametrów zasilania na działanie układu Elektromagnesy prądu stałego (Jaszczuk 1996) L s U - indukcyjność uzwojenia - skok zwory - napięcie zasilania tr trr - czas rozruchu - czas ruchu roboczego J. Wierciak: „Napędy urządzeń mechatronicznych” Elektromagnesy prądu stałego Wpływ obciążenia na działanie układu (Jaszczuk 1996) m - masa napędzanych elementów tr trr - czas rozruchu elektromagnesu - czas ruchu roboczego J. Wierciak: „Napędy urządzeń mechatronicznych” Elektromagnesy prądu stałego Typowe odpowiedzi układu (Jaszczuk 1996) prąd i elektromagnesu napięcie sterujące u przemieszczenie s zwory siła dynamiczna Fdyn t tr tk U Iust – czas – czas rozruchu mechanizmu – czas zakończenia ruchu roboczego – stałe napięcie zasilania – ustalona wartość prądu J. Wierciak: „Napędy urządzeń mechatronicznych”
