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: minos@mb.tu-chemnitz.de www.tu-chemnitz.de/mb/werkzmasch or www.minos-mechatronic.eu
Napędy i sterowania elektryczne - Instrukcje Minos 1 Podstawy elektrotechniki 1.2 Napięcie, prąd i opór Ćwiczenie 1a 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 = 4 A Prąd o natężeniu równym 4 A przepływa przez żarówkę. 3
Minos Napędy i sterowania elektryczne - Instrukcje Ćwiczenie 1c 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 mm 2 i długości 50 m? Ile wynosi opór przewodu o tej samej długości, lecz o polu przekroju 2,5 mm 2? ρ = R A / l R = ρ I / A R = 0,0175 Ωmm 2 /m 50 m / 1,5 mm 2 R = 0,583 Ω Opór przewodu miedzianego wynosi 0,583 Ω. R = ρ I / A R = 0,0175 Ωmm 2 /m 50 m / 2,5 mm 2 R = 0,35 Ω Opór miedzianego przewodu o większym polu przekroju wynosi 0,35 Ω. 4
Napędy i sterowania elektryczne - Instrukcje Minos 1.3 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 Napędy i sterowania elektryczne - Instrukcje Ćwiczenie 2c 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 Minos 1.4.2 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
Minos Napędy i sterowania elektryczne - Instrukcje 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 R 1 = 100 Ω Opornik R 2 = 220 Ω Opornik R 3 = 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. +24 V R 1 R 2 R 3 100 Ω 220 Ω 470 Ω V 0 V Rys. 1: Schemat obwodu do pomiarów napięć 8
Napędy i sterowania elektryczne - Instrukcje Minos Połącz oporniki do źródła prądu. Oporniki powinny być podłączone szeregowo. Rozpocznij od opornika R 1. 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 3,04 V Wybierz ponownie największy zakres pomiarowy i podłącz urządzenie pomiarowe do kolejnego opornika. Powtórz procedurę pomiarową dla opornika R 2. Zanotuj zmierzoną wartość. Ustalony zakres pomiarowy: 0 20 V 6,68 V Dokonaj pomiaru także na oporniku R 3. Zanotuj zmierzoną wartość. Ustalony zakres pomiarowy: 0 20 V 14,28 V Teraz ustal wartość napięcia na obu opornikach R 1 i R 2 razem. 9,72 V Na koniec, ustal wartość napięcia na obu opornikach R 2 i R 3 razem. 20,96 V Sprawdź wartość napięcia źródła mierząc spadek napięcia na wszystkich trzech opornikach razem. 24 V Wskazówka dydaktyczna Zakresy pomiarowe różnią się w zależności od typu multimetru. 9
Minos Napędy i sterowania elektryczne - Instrukcje 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 R 1 = 220 Ω Opornik R 2 = 470 Ω Opornik R 3 = 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 R 1 220 Ω R 2 R 3 470 Ω 1000 Ω 0 V Rys. 2: Schemat obwodu do pomiaru prądu 10