Analiza urządzenia mechatronicznego

Analiza urządzenia mechatronicznego

Tematem pracy jest analiza maszynki do mielenia. Składa się ona z układu mechanicznego, elektrycznego oraz układu sterowania. Wymienione układy są ze sobą synergicznie połączone, dlatego też maszynkę możemy nazwać urządzeniem mechatronicznym.

  1. Układ mechaniczny:

Układem mechanicznym jest w tym przypadku silnik komutatorowy na magnesach trwałych. Charakterystyka silnika jest sztywna i nie pozwala rozbiegać sie nadmiernie, przez co ograniczony jest hałas urządzenia. Silnik zbudowany jest z dwóch magnesów zwróconych do siebie biegunami różnoimiennymi, tak aby pomiędzy nimi znajdowało się pole magnetyczne. Pomiędzy magnesami znajduje się przewodnik w kształcie ramki podłączony do źródła prądu poprzez komutator i ślizgające się po nim szczotki. Przewodnik zawieszony jest na osi, aby mógł się swobodnie obracać.

Na ramkę, w której płynie prąd elektryczny, działa para sił elektrodynamicznych z powodu obecności pola magnetycznego. Siły te powodują powstanie momentu obrotowego. Ramka wychyla się z położenia poziomego, obracając się wokół osi. W wyniku swojej bezwładności mija położenie pionowe (w którym moment obrotowy jest równy zero a szczotki nie zasilają ramki). Po przejściu położenia pionowego ramki, szczotki znów dotykają styków na komutatorze, ale odwrotnie, prąd płynie w przeciwnym kierunku, dzięki czemu ramka w dalszym ciągu jest obracana w tym samym kierunku.

Silnik prądu stałego - schemat ideowy

  1. kierunek prądu, 2- szczotka węglowa, 3- komutator, 4- kierunek prądu w wirniku, 5- biegun północny pola magnetycznego wytwarzanego przez uzwojenie, 6- biegun południowy pola magnetycznego wytwarzanego przez uzwojenie, 7- linie pola magnetycznego, 8- wirnik, 9- kierunek obrotu wirnika, 10- siła elektrodynamiczna

  2. Układ elektryczny:

Należy do niego transformatorowy zasilacz sieciowy. Jest to zasilacz, w którym dopasowanie napięcia wejściowego do napięcia wymaganego przez zasilane urządzenie odbywa się przy użyciu transformatora.

W konstrukcji zasilacza transformatorowego można wyróżnić trzy zasadnicze elementy:

Dobór tych elementów decyduje o parametrach wyjściowych zasilacza: napięciu, maksymalnym prądzie i poziomie tętnień.

Schemat blokowy zasilacza transformatorowego:

Transformator

Transformator służy do zmiany wartości napięcia wejściowego do wartości zbliżonej do wymaganej przez zasilane urządzenie. W zależności od przekładni transformatora (czyli stosunku ilości zwojów w uzwojeniu wtórnym do ilości zwojów w uzwojeniu), może on zmniejszać lub zwiększać wartość napięcia. Dodatkowo zastosowanie transformatora pozwala na separację galwaniczną zasilanego urządzenia od sieci elektroenergetycznej.

Dobierając transformator trzeba uwzględnić wiele czynników mających wpływ na pracę zasilacza, takich jak:

Prostownik i układ filtrujący

Napięcie przemienne z transformatora jest przetwarzane na napięcie stałe przy pomocy układu prostownika. Napięcie wyjściowe takiego prostownika ma przebieg tętniący. Równoległe dołączenie kondensatora filtrującego o odpowiedniej pojemności pozwala na znaczne zmniejszenie amplitudy tętnień. Im większa jest pojemność użytego kondensatora, tym napięcie wyjściowe ma przebieg bardziej zbliżony do przebiegu stałego.

Kondensator filtrujący, umieszczony na wyjściu układu prostownika dwupołówkowego wpływa na wielkość tętnień napięcia wyjściowego Utpp, zgodnie ze wzorem:

gdzie: Iwy - prąd wyjściowy, C - pojemność kondensatora filtrującego, f - częstotliwość napięcia wejściowego (dla napięcia sieciowego 230 V w Polsce jest to 50 Hz). Tak więc im większa pojemność kondensatora, tym tętnienia mniejsze. Po przekształceniu wzoru otrzymujemy zależność na wartość pojemności kondensatora filtrującego przy zakładanych wartościach tętnień i prądu wyjściowego:

Jak widać, im większy prąd wyjściowy, tym większa powinna być pojemność kondensatora.
Dla przykładu, jeśli założymy, że napięcie tętnień ma wynosić 0,5 V przy prądzie wyjściowym równym 1,5 A, to obliczona wartość pojemności kondensatora filtrującego wyniesie C=30000 µF, co jest bardzo dużą wartością. W praktyce stosuje się o wiele mniejsze pojemności, godząc się z większymi tętnieniami

Stabilizator

Jeżeli pożądane jest zmniejszenie tętnień w napięciu wyjściowym, to w zasilaczu stosuje się odpowiednie układy stabilizatorów. Ich zadaniem jest utrzymywanie na wyjściu stałego napięcia niezależnie od obciążenia układu i wahań napięcia zasilającego. Stabilizator typowego zasilacza transformatorowego wymaga, by napięcie na wejściu stabilizatora było odpowiednio wyższe od napięcia wyjściowego. Ta minimalna (lub wyższa) różnica napięć wynika z konstrukcji stabilizatora i musi być zagwarantowana przez cały czas pracy układu, z uwzględniem cyklicznych zmian napięcia wejściowego spowodowanych przez tętnienia. Jednocześnie, przez stabilizator płynie prawie cały prąd wyjściowy zasilacza. Iloczyn tego prądu i spadku napięcia na stabilizatorze jest mocą strat, powodującą wytwarzanie ciepła. By zabezpieczyć stabilizator przed przegrzaniem stosuje się radiatory.

  1. Układ sterowania:

Obroty silnika regulowane są za pomocą wielopozycyjnego przełącznika obrotów, który w swojej konstrukcji posiada również popychacz łącznika tzw. „turbo”. Popychacz łącznika działa po naciśnięciu jednego z dwóch przycisków opisanych „turbo” znajdujących się na bokach obudowy maszynki i podtrzymaniu go na żądany okres czasu podany w instrukcji użytkowania. Po zwolnieniu przycisku „turbo” maszynka pracuje na wcześniej ustawionym biegu przełącznika.

W położeniu zerowym dźwigni przełącznika, popychacz łącznika „turbo” jest mechanicznie zablokowany. Popychacz łącznika „turbo” jest przyciskiem obustronnym z myślą o użytkownikach prawo i leworęcznych. Wypychanie wyposażenia z napędu odbywa się poprzez naciśnięcie pionowo w dół wypychacza znajdującego się w przedniej części robota pod warunkiem, że dźwignia przełącznika znajduje się w położeniu „O” (robot wyłączony). W każdym innym położeniu dźwigni wypychacz jest mechanicznie zablokowany.

Schemat przełącznika:

C1-C3 – cewki stojana,

P – przełącznik,

Łm – łącznik „max” obrotów,

0 – urządzenie wyłączone.


Wyszukiwarka