Napędy urządzeń mechatronicznych - projektowanie. Ćwiczenie 4 Dobór elektromagnesu do układu wykonawczego

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "Napędy urządzeń mechatronicznych - projektowanie. Ćwiczenie 4 Dobór elektromagnesu do układu wykonawczego"

Sebastian Popławski
5 lat temu
Przeglądów:

1 Napędy urządzeń mechatronicznych - projektowanie Dobór elektromagnesu do układu wykonawczego

2 Rozdzielacz detali napędzany elektromagnesami (Wierciak 2009)

3 Klasyfikacja elektromagnesów ze względu na realizowaną funkcję (Elbaum 1975) A. Elektromagnesy o ruchu dorywczym - oddające pracę podczas ruchu zwory, nie przeznaczone do utrzymywania zwory w stanie przyciągniętym. B. Elektromagnesy wywierające siłę wzdłuż drogi zerowej - służące tylko do utrzymywania zwory w stanie przyciągniętym. C. Elektromagnesy oddające pracę na zewnątrz i utrzymujące zworę w stanie przyciągniętym. D. Elektromagnesy bez zwory - służące do kierowania ruchem elementów zewnętrznych. E. Elektromagnesy remanencyjne (impulsowe) - utrzymujące przyciągniętą zworę w stanie bezprądowym.

4 Schemat budowy elektromagnesu nurnikowego (Jaszczuk 1996) 1 panewka ślizgowa prowadnicy, 2 stopa nurnika (nieruchoma część magnetowodu), 3 uzwojenie wzbudzające strumień magnetyczny, 4 prowadnica nurnika, 5 płaszcz magnetowodu, 6 panewka ślizgowa nurnika, 7 zwora (nurnik); F siła przyciągania zwory

5 Siła przyciągania elektromagnesu (Isermann 2005) A pole przekroju magnetowodu E m energia mechaniczna F m siła przyciągająca Y przemieszczenie zwory Θ przepływ l E droga strumienia w rdzeniu, l L0 początkowa szczelina powietrzna μ 0 przenikalność magnetyczna próżni przenikalność magnetyczna żelaza μ E F m d E dy m 2 Θ 2 l E E A 1 A 0 l Y A L0 0 2

6 Mechaniczna charakterystyka elektromagnesu (Isermann 2005) Przemieszczenie zwory Szczelina magnetyczna

7 Charakterystyki statyczne elektromagnesów przy różnych kształtach stopy nurnika (Isermann 2005) l l szczelina początkowa

8 Dopasowanie obciążenia do elektromagnesu - wyznaczenie zakresu ruchu i siły statycznej (Jaszczuk 1996) W k - energia kinetyczna W u - praca użyteczna W p - energia potencjalna F o - siła granicznych oporów ruchu s k - szczelina końcowa s 1 - s 6 - szczelina początkowa

9 Przebieg drogi zwory w funkcji czasu (Jaszczuk 1996) I II rozruch ruch roboczy III wytracanie energii kinetycznej IV spoczynek V powrót VI drgania

10 Zadanie (Wierciak, Szykiedans 2009) Ze wskazanego katalogu dobrać elektromagnes, który będzie służył do napędzania mechanizmu zwalniającego pojedyncze części podawane do układu montującego gotowy wyrób. W odpowiedzi na sygnał z mikrokontrolera elektromagnes zostaje zasilony ze źródła napięcia U z (V). Elektromagnes przyciąga zworę i połączoną z nią zastawkę. Część jest zabierana przez mechanizm podający. Elektromagnes jest zasilany przez czas t z (s). Po odłączeniu zasilania sprężyna powrotna cofa zworę do położenia początkowego, w którym pozostaje do chwili odebrania następnego sygnału z mikrokontrolera. Maksymalna wydajność mechanizmu podającego wynosi E (szt/h). Znane są siły: minimalna F min (N) i maksymalna F max (N) sprężyny na początku i na końcu roboczego skoku L (mm) oraz siła oporów ruchu F t (N).

11 Elektromagnes nurnikowy ze sprężyną powrotną (KUHNKE 2009)

12 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)

13 Siły obciążające elektromagnes podczas otwierania zastawki (Wierciak 2009)

14 Obliczenie wymaganego względnego czasu zasilania ED (Jaszczuk 1996) ED czas okres t T z c zasilania w cyklu powtarzania cykli 100 % (maksymalny okres powtarzania cykli 300 s)

15 Przebieg nagrzewania się elektromagnesu (Jaszczuk 1996) 1 - praca ciągła 2 - praca przerywana 3 - praca dorywcza

16 Zjawiska cieplne w elektromagnesach (Jaszczuk 1996) 1. Wydzielanie się ciepła 2 W Ri t dt R t t z t0 2. Zmiana temperatury elementów elektromagnesu 3. Zmiana parametrów elektromagnesu - rezystancja uzwojenia R R - ustalona wartość prądu - stała czasowa narastania prądu T R 293 R i L R U R const L R R R

17 Zależność siły przyciągania od temperatury (Jaszczuk 1996) F - siła przyciągania I a, b, c - ustalone wartości prądu wzbudzającego s - szczelina U const - stałe napięcie zasilania τ a, b, c - temperatury w stanach: a, b, c

18 Przykładowe dane katalogowe elektromagnesu (Kuhnke 2009)

19 Wybranie elektromagnesu na podstawie jego charakterystyk statycznych (Kuhnke 2009)

20 Względny dopuszczalny czas zasilania elektromagnesu ED (Jaszczuk 1996 wg VDE 0580) ED okres zasilaniaw cyklu 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

21 Nomogram do określania ED (Jaszczuk 1996) t z - czas zasilania t bp - czas bezprądowej przerwy

22 Zależność ED od temperatury otoczenia (Jaszczuk 1996) ED 308 ED K K ED dopuszczalny względny czas zasilania w temperaturze otoczenia 35 C (%) K - współczynnik temperaturowy (1) τ - temperatura otoczenia (K)

23 Zakres ćwiczenia (Wierciak 2009) 1. Odebranie i analiza danych indywidualnych 2. Przeprowadzenie doboru elektromagnesu 3. Zilustrowanie doboru elektromagnesu 4. Wyznaczenie energii kinematycznej zwory 5. Opracowanie danych do dokumentacji konstrukcyjnej 6. Opracowanie sprawozdania

Podobne dokumenty

Elektromagnesy prądu stałego cz. 2

Elektromagnesy prądu stałego cz. 2 Jakub Wierciak Elektromagnesy cz. 2 Człowiek- najlepsza inwestycja Projekt współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego Siła przyciągania elektromagnesu - uproszczenie