Den Svævende Kugle, Dokumentation [pdf - sorenr.dk

More documents

Recommendations

Info

Den svævende kugle 2.3 Spoledriver 2.3.6 Effekttrin Ingeniørhøjskolen ˚Arhus 2005 Gruppe 3 Effekttrinnets form˚al er at choppe den forholdsvis høje strøm der skal drive spolen. Det skal forsynes separat af en spændingsforsyning, der skal kunne levere strøm nok til at holde kuglen i en afstand af 17 mm. Det er tidligere bestemt til at være 5,7 A, se afsnit 2.3.1 side 28. Spændingen vil være afhængig af spolens modstand der er m˚alt til 1,9 Ω. Det giver en spænding p˚a: 5, 7A · 1, 9Ω ≈ 10, 8V For at sikre der er strøm nok til b˚ade spole og eventuelle tab, sætter vi spændingskravet til 15V. 15V ≈ 7, 9A 1, 9Ω Til at choppe strømmen skal der bruges en FET 5 , der skal kunne klare belastninger p˚a minimum 7,9 A. For at spolens induktive belastning ikke skal ødelægge transistoren, sættes der en diode i spærreretningen over spolen, for at kortslutte de spikes der kommer. Kortslutningsdioden skal optage den i spolens opladede effekt. 2.3.7 Induktansvariationer Frekvensafhængighed Da spolens induktans varierer kraftigt med frekvensen, er det nødvendigt at tage højde herfor gennem beregningerne. Driverens choppingfrekvens er derfor som udgangspunkt fastlagt, og de efterfølgende beregninger udføres herefter med den m˚alte induktans. Til bestemmelse af spolens induktans er tre forskellige metoder blevet anvendt: udledning vha. steprespons, m˚aling med Maxwell bro og udm˚aling vha. LCZ-meter. Resultatet fremg˚ar af testen i afsnit 6.6.1, side 97. Det ses at spolen begynder at virke som kondensator fra 73 kHz. Temperaturafhængighed Spolen afsætter 85,5 W 6 n˚ar den arbejder med maksimal strøm. En stor del af strømmen omsættes til varme i spolen. Spolens modstand vil falde og det nødvendige strømforbrug til at holde kuglen i samme position vil ligeledes falde. Denne afhængighed kan der ogs˚a ses bort fra, da reguleringen vil sørge for at nedjustere spolestrømmen. 2.3.8 Overføringsfunktion mellem driver og spolestrøm Driveren regulerer spændingen fra effektforsyningen fra 0 til 100 % ved et indgangssignal til driveren fra 0 til 10 V. Det betyder at overføringsfunktionen vil være et forstærkertrin, hvor forstærkningen er 1 10 af spændingen fra effektforsyningen. Spolen p˚atrykkes den gennemsnitlige jævnspænding fra driveren og strømmen gennem spolen kan derfor udtrykkes som: I(s) = 1 · V (s) Ls + R Da driverens choppingfrekvens er fastlagt til 15 KHz vil induktansen L være 10 mH (jf. udm˚aling af induktans med LCZ-meter afsnit 6.6.3 99). Den ohmske modstand R er 1,8 Ω. 30 5 Field Effect Transistor 6 15V · 5, 7A = 85, 5W
Ingeniørhøjskolen ˚Arhus 2005 Gruppe 3 2.4 Regulering 2.4.1 Designkrav Den svævende kugle 2.4 Regulering Reguleringen har til form˚al at sørge for at systemets svar (kuglens afstand fra spolen) stemmer overens med den ønskede afstand, angivet p˚a brugerpanelet. Reguleringen skal kompensere for elektromagnetens ønske om at trække kuglen til sig ved hele tiden at tilpasse strømmen gennem spolen. Det er et krav at det maksimale oversving for systemet er 20 pct. og systemsvarets tolerance er indenfor 0,5 mm. 2.4.2 Systemanalyse og problemidentifikation For at kunne skabe en regulering er det nødvendigt at kende de enkelte dele i det eksisterende system (processen) og beskrive dem. Herved kan der opn˚as en matematisk model, der kan føre til en korrekt opbygget regulering. Til at afhjælpe modelleringen benyttes MatLab og SimuLink, hvor systemets parametre kan afprøves og vurderes. MatLab byder ogs˚a p˚a en række analyseværktøjer netop til systemer med feedback. 2.4.3 Overføringsfunktion mellem spole og kugle Alt dynamik kan beskrives gennem Laplacetransformationer og dermed ogs˚a sammenhængen mellem spolestrømmen og kuglens position i magnetfeltet. Der skal s˚aledes udarbejdes en matematisk model for det magnetfelt der skabes af elektromagneten ved en given strøm. Sammenhængen kan udledes teoretisk og beror p˚a en linearisering, hvor feltlinjerne i magnetfeltet under spolen er parallelle. Under antagelse af at afstandskvadratloven gælder kan magnetkraften udtrykkes. Fmagnet = K i2 x α K og α kan findes ved udm˚aling, hvilket er gjort i følgende afsnit. 2.4.4 Sammenhæng mellem spolestrøm og kuglens position For at afgøre størrelsen af spolestrømmen er der foretaget en udm˚aling, der viser ved hvilken strøm kuglen løftes fra en given afstand. I forsøgsopstillingen er kuglen placeret p˚a en vægt og spolen tilsluttet en Tage Juul spændingsforsyning 7 . Spændingen øges mens vægten løbende aflæses. N˚ar kuglens tyngdekraft overvindes af magnetkraften løftes kuglen og i samme øjeblik aflæses strømmen. Sammenhørende værdier af afstanden fra kuglen til spolen og strømmen gennem spolen noteres. 7 Apparatnummer 3-0-1 31
Page 1 and 2: Den Svævende Kugle Dokumentation 2
Page 3 and 4: Ingeniørhøjskolen ˚Arhus 2005 Gr
Page 29: Ingeniørhøjskolen ˚Arhus 2005 Gr
Page 49 and 50: Ingeniørhøjskolen ˚Arhus 2005 5
Page 53 and 54: D C B A Ingeniørhøjskolen ˚Arhus
Page 63 and 64: -15VDC GND GND 3 GND Aktuel 6 Aktue
Page 81 and 82:
Ingeniørhøjskolen ˚Arhus 2005 Gr
Page 83 and 84:
Page 85 and 86:
Page 87 and 88:
Page 89 and 90:
Page 91 and 92:
Page 93 and 94:
Page 95 and 96:
Page 97 and 98:
Z Meter 4277A 42-1 Lpot Lcur Hpot H
Page 99 and 100:
Page 101 and 102:
show all

Den Svævende Kugle, Dokumentation [pdf - sorenr.dk

You also want an ePaper? Increase the reach of your titles

Delete template?

Save as template?