Grundlagen1-Loesungen_e ab

Mechatronika
Moduł 4: Napędy i sterowania
elektryczne
Instrukcja
(Koncepcja)
Matthias Römer
Uniwersytet Techniczny w Chemnitz,
Instytut Obrabiarek i Procesów
Produkcyjnych
Projekt UE Nr 2005-146319 „MINOS“, Realizacja od 2005 do 2007
Europejski Projekt transferu innowacji dla dodatkowej kwalifikacji
Mechatronika dla specjalistów w zglobalizowanej produkcji
przemysłowej.
Ten projekt został zrealizowany przy
wsparciu finansowym Komisji Europejskiej.
Projekt lub publikacja odzwierciedlają
jedynie stanowisko ich autora i Komisja
Europejska nie ponosi odpowiedzialności za
umieszczoną w nich
zawartość
www.minos-mechatronic.eu
Partners for the creation, evaluation and dissemination of the MINOS and the MINOS**
project.
- Chemnitz University of Technology, Institute for Machine Tools and Production
Processes, Germany
- np – neugebauer und partner OhG, Germany
- Henschke Consulting, Germany
- Corvinus University of Budapest, Hungary
- Wroclaw University of Technology, Poland
- IMH, Machine Tool Institute, Spain
- Brno University of Technology, Czech Republic
- CICmargune, Spain
- University of Naples Federico II, Italy
- Unis a.s. company, Czech Republic
- Blumenbecker Prag s.r.o., Czech Republic
- Tower Automotive Sud S.r.l., Italy
- Bildungs-Werkstatt Chemnitz gGmbH, Germany
- Verbundinitiative Maschinenbau Sachsen VEMAS, Germany
- Euroregionala IHK, Poland
- Korff Isomatic sp.z.o.o. Wroclaw, Polen
- Euroregionale Industrie- und Handelskammer Jelenia Gora, Poland
- Dunaferr Metallwerke Dunajvaros, Hungary
- Knorr-Bremse Kft. Kecskemet, Hungary
- Nationales Institut für berufliche Bildung Budapest, Hungary
- Christian Stöhr Unternehmensberatung, Germany
- Universität Stockholm, Institut für Soziologie, Sweden
Zawartość Szkolenia
Minos:
moduły 1 – 8 (podręczniki, ćwiczenia i rozwiązania do ćwiczeń dla):
Podstawy/ Kompetencje międzykulturowe, zarządzenie projektem/ Fluidyka / Napędy
Elektryczne i Sterowanie / Elementy Mechatroniki/ Systemy i Funkcje Mechatroniki/
Logistyka, Teleserwis, Bezpieczeństwo/ Zdalne Zarządzanie, Diagnostyka
Minos **:
moduły 9 – 12 (podręczniki, ćwiczenia i rozwiązania do ćwiczeń dla):
Szybkie Prototypowanie / Robotyka/ Migracja/ Interfejsy
Wszystkie moduły dostępne są w następujących językach:
Polski, Angielski, Hiszpański, Włoski, Czeski, Węgierski i Niemiecki
W celu uzyskania dodatkowych informacji proszę się skontaktować z
Chemnitz University of Technology
Dr.-Ing. Andreas Hirsch
Reichenhainer Straße 70, 09107 Chemnitz
phone: + 49(0)371 531-23500
fax: + 49(0)371 531-23509
e-mail: [email protected]
www.tu-chemnitz.de/mb/WerkzMasch or www.minos-mechatronic.eu
Napędy i sterowania elektryczne - Instrukcje
1
Podstawy elektrotechniki
1.2
Napięcie, prąd i opór
Ćwiczenie 1a
Minos
Prąd o natężeniu 500 A płynie w spawarce elektrycznej przez okres
czasu 0,8 s. Jaka wartość ładunku przepływa przez maszynę? Przelicz
wynik na kWh!
Q=I·t
Q = 500 A · 0,8 s
Q = 400 C
Q = 0,11 kWh
Ładunek równy 400 C przepływa przez spawarkę. Wartość ta jest równa
0.11 kWh.
Ćwiczenie 1b
Żarówka w samochodzie pali się przy napięciu 12 V. Jej opór to 3 Ω.
Oblicz prąd, który płynie przez tę żarówkę.
R=U/I
I=U/R
I = 12 V / 3 Ω
I=4A
Prąd o natężeniu równym 4 A przepływa przez żarówkę.
3
Minos
Ćwiczenie 1c
Napędy i sterowania elektryczne - Instrukcje
Grzejnik wentylatorowy zasilany jest napięciem 230 V z sieci domowej.
Zużywa prąd o natężeniu 10,5 A. Jaki jest jego opór? Ile będzie wynosić
natężenie prądu, jeżeli podawane napięcie zmniejszy się do 220 V?
R=U/I
R = 230 V / 10,5 A
R = 21,9 Ω
Opór grzejnika wentylatorowego wynosi 21,9 Ω.
I=U/R
I = 220 V / 21,9 Ω
I = 10,05 A
Przy 220 V płynie prąd o natężeniu 10,05 A.
Ćwiczenie 1d
Ile wynosi opór przewodu miedzianego o polu przekroju 1,5 mm2 i długości 50 m? Ile wynosi opór przewodu o tej samej długości, lecz o polu
przekroju 2,5 mm2?
ρ=R·A/l
R=ρ·I/A
R = 0,0175 Ωmm2/m · 50 m / 1,5 mm2
R = 0,583 Ω
Opór przewodu miedzianego wynosi 0,583 Ω.
R=ρ·I/A
R = 0,0175 Ωmm2/m · 50 m / 2,5 mm2
R = 0,35 Ω
Opór miedzianego przewodu o większym polu przekroju wynosi
0,35 Ω.
4
Napędy i sterowania elektryczne - Instrukcje
1.3
Minos
Moc elektryczna i praca
Ćwiczenie 2a
Grzałka elektryczna jest podłączona do gniazdka z napięciem 230 V. Zabezpieczenie zezwala na maksymalne natężenie prądu 10 A. Ile wynosi
maksymalna dopuszczalna moc tej grzałki?
P=U·I
P = 230 V · 10 A
P = 2300 W
Grzałka może pobierać maksymalną moc 2300 W. Przy wyższej ilości
mocy zabezpieczenie przerwie przepływ prądu.
Ćwiczenie 2b
Maksymalny prąd mogący płynąć przez przełącznik to 0,4 A. Maksymalna
przełączana moc nie powinna przekroczyć 10 W.
Podłączony do niego element ma opór o wartości 40 Ω. Czy jest możliwe
użycie wcześniej wspomnianego przełącznika w urządzeniu, które działa
przy napięciu 24 V?
P=U·I
U=P/I
U = 10 W / 0,4 A
U = 25 V
Wartość mocy 10 W osiągnięta zostanie przy napięciu 25 V. Zatem przycisk może zostać użyty w urządzeniu zasilanym napięciem 24 V.
R=U/I
I=U/R
I = 24 V / 40 Ω
I = 0,6 A
Prąd o natężeniu 0,6 A popłynie przez opór o wartości 40 Ω przy napięciu
24 V. Ta wartość prądu jest znacznie wyższa od maksymalnej dopuszczalnej wartości przełącznika. Zatem ten przełącznik nie może zostać
zastosowany w tym przypadku.
5
Minos
Ćwiczenie 2c
Napędy i sterowania elektryczne - Instrukcje
System ogrzewania akwarium importowany jest z zagranicy. Pobór mocy
przy napięciu 117 V wynosi 75 W. Ile wynosi pobór mocy, gdy system
działa pod napięciem 230 V?
P=U·I
I=P/U
I = 75 W / 117 V
I = 0,64 A
Prąd o natężeniu 0,64 A płynie w systemie ogrzewania.
R=U/I
R = 117 V / 0,64 A
R = 182,8 Ω
Opór systemu wynosi 182,8 Ω.
I=U/R
I = 230 V / 182,8 Ω
I = 1,26 A
Przy 230 V natężenie prądu wynosi 1,26 A.
P=U·I
P = 230 V · 1,26 A
P = 290 W
Pobór mocy systemu przy napięciu 230 V wynosi 290 W.
6
Napędy i sterowania elektryczne - Instrukcje
1.4.2
Minos
Podłączanie urządzeń pomiarowych
Ćwiczenie 3
Jakie są dostępne zakresy pomiarowe prądu stałego na twoim multimetrze? Podaj wszystkie zakresy!
0 … 200 µA, 0 … 2000 µA, 0 … 20 mA, 0 … 200 mA
Jakie są dostępne zakresy pomiarowe prądu zmiennego na twoim multimetrze? Podaj wszystkie zakresy!
0 … 10 A
Jakie są dostępne zakresy pomiarowe napięcia stałego na twoim multimetrze? Podaj wszystkie zakresy!
0 … 200 mV, 0 … 2000 mV, 0 … 20 V, 0 … 200 V, 0 … 1000 V
Jakie są dostępne zakresy pomiarowe napięcia zmiennego na twoim
multimetrze? Podaj wszystkie zakresy!
0 … 200 V, 0 … 750 V
Jakie są dostępne zakresy pomiarowe oporu na twoim multimetrze?
Podaj wszystkie zakresy!
0 … 200 Ω, 0 … 2000 Ω, 0 … 20 kΩ, 0 …200 kΩ, 0 … 2000 kΩ
Jakie są maksymalne wartości prądu stałego i napięcia stałego które
mogą zostać zmierzone przy użyciu najmniejszego zakresu pomiarowego
multimetru?
maksymalna wartość prądu stałego: 200 µA
maksymalna wartość napięcia stałego: 200 mV
Należy zmierzyć napięcie stałe o niewiadomej wartości. Który zakres
pomiarowy powinien zostać użyty jako pierwszy?
Najwyższy zakres pomiarowy, w naszym przypadku 0 … 1000 V
Należy zmierzyć prąd stały o niewiadomej wartości. Który zakres pomiarowy powinien zostać użyty jako pierwszy?
Najwyższy zakres pomiarowy, w naszym przypadku 0 … 200 mA
Wskazówka dydaktyczna Zakresy pomiarowe różnią się w zależności od typu multimetru.
7
Napędy i sterowania elektryczne - Instrukcje
Minos
Ćwiczenie 4
Wykonaj poniższe ćwiczenie pomiarowe. Uwzględnij zasady pracy z
multimetrem, których się nauczyłeś!
Poniższe elementy będą potrzebne:
Źródło napięcia 24 V prądu stałego
Multimetr
Opornik R1 = 100 Ω
Opornik R2 = 220 Ω
Opornik R3 = 470 Ω
Dopuszczalne obciążenie dla oporników powinno wynosić 1 W.
Zmontuj obwód z trzema opornikami jak widać na rysunku poniżej.
Zmierz spadki napięć na każdym oporniku.
Narysuj na schemacie symbol woltomierza.
R1
R2
R3
100 Ω
220 Ω
470 Ω
+24 V
V
0V
Rys. 1:
8
Schemat obwodu do pomiarów napięć
Napędy i sterowania elektryczne - Instrukcje
Minos
Połącz oporniki do źródła prądu. Oporniki powinny być podłączone szeregowo.
Rozpocznij od opornika R1. Powinieneś użyć zakresu pomiarowego dla
napięć stałych. Wybierz największy zakres pomiarowy i podłącz urządzenie pomiarowe do opornika.
Ustal najmniejszy możliwy zakres pomiarowy redukując zakres krok po
kroku.
Ustalony zakres pomiarowy:
0 … 20 V
Zmierzone napięcie stałe:
3,04 V
Wybierz ponownie największy zakres pomiarowy i podłącz urządzenie
pomiarowe do kolejnego opornika.
Powtórz procedurę pomiarową dla opornika R2. Zanotuj zmierzoną wartość.
Ustalony zakres pomiarowy:
0 … 20 V
Zmierzone napięcie stałe:
6,68 V
Dokonaj pomiaru także na oporniku R3. Zanotuj zmierzoną wartość.
Ustalony zakres pomiarowy:
0 … 20 V
Zmierzone napięcie stałe:
14,28 V
Teraz ustal wartość napięcia na obu opornikach R1 i R2 razem.
Zmierzone napięcie stałe:
9,72 V
Na koniec, ustal wartość napięcia na obu opornikach R2 i R3 razem.
Zmierzone napięcie stałe:
20,96 V
Sprawdź wartość napięcia źródła mierząc spadek napięcia na wszystkich
trzech opornikach razem.
Zmierzone napięcie stałe:
24 V
Wskazówka dydaktyczna Zakresy pomiarowe różnią się w zależności od typu multimetru.
9
Napędy i sterowania elektryczne - Instrukcje
Minos
Ćwiczenie 5
Wykonaj poniższe ćwiczenie pomiarowe. Uwzględnij zasady pracy z
multimetrem, których się nauczyłeś!
Poniższe elementy będą potrzebne:
Źródło napięcia 24 V prądu stałego
Multimetr
Opornik R1 = 220 Ω
Opornik R2 = 470 Ω
Opornik R3 = 1000 Ω
Dopuszczalne obciążenie dla oporników powinno wynosić 1 W.
Zmontuj obwód z opornikiem 220 Ω jak na rysunku poniżej. Zmierz prąd,
który płynie przez opornik. Powtórz tę procedurę dla każdego z pozostałych oporników.
Narysuj na schemacie symbol amperomierza.
+24 V
A
R1
220 Ω
0V
Rys. 2:
10
Schemat obwodu do pomiaru prądu
R2
470 Ω
R3
1000 Ω