Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Elektroda.pl
Proszę, dodaj wyjątek dla www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Mikroelektromagnes (przygotowanie do projektu)

Tantael 28 Mar 2012 11:49 1452 3
  • #1 28 Mar 2012 11:49
    Tantael
    Poziom 2  

    Witam. Coś tam sobie buduję i mam mały problem. Jak przypuszczam przy budowie elektromagnesu liczy się natężenie a nie napięcie. tak więc mam mały problem poniżej przedstawiam schemat 2 elektromagnesów wzajemnie oddziaływujących na siebie...

    Mikroelektromagnes (przygotowanie do projektu)


    Przewód wykonany jest ze srebra o grubości 1 mikrometra + 2 mikrometry izolacji. ilość zwojów na elektromagnesie n wynosi 4500 (15 razy równo owinięte na ferromagnetyku (Stop CoFe (kobalt żelazo)). Ilość takich mikroelektromagnesów wynosi w urządzeniu około 10000-20000. Jaki prąd muszę doprowadzić do pojedynczego elektromagnesu aby przyciągał z siłą 10 N (20 N na układ). Czy ogniwo paliwowe z membraną do wymiany protonów o mocy 20 kW wystarczy? Czy przewód się nie spali? Srebro nie jest idealnie czyste i ma konduktywność 6,10·10^7 1/Ohm*m. Najłatwiej byłoby użyć nadprzewodnika ale ochłodzenie do temp poniżej 100K sprawia duzy problem. Zastanawiałem się nad użyciem nanorurek ale mają one 10 krotnie mniejszą konduktywność, choć można by zwiększyć ilość zwojów do 10-15 tysięcy na jednym elektromagnesie (koszty byłyby gigantyczne). Czekam na odpowiedź... :)


    Edit:

    Czyh wykorzystanie cewki z materiału o wyższej przenikalności magnetycznej np. stopu Fe97Si3 o max przenikalności rzędu 3,8*10^6 będzie miało istotne znaczenie?

    Podejrzewam że użycie tego stopu da 500 razy większą sprawność ale czy wystarczy. Muszę zamknąć się w 100 000 PLN a nie wiem ile kosztuje wychodowanie monokryształów tego stopu.


    Całość zamknięta jest w ekranie magnetycznym z miedzi.


    Edit 2:

    Coś mnie tutaj nie pasuje... Wyliczyłem siłę elektrodynamiczną... Dla stopu Fe50Co50 aby uzyskać 20 N potrzeba około 3 mA... o_O dajmy na to że straty mocy będą 50% to i tak 6 mA to malutko... o_O

    Dla stopu anizotropowego elektrotechnicznego 15 μA a Dla monokryształu Fe93Si3 80 nano Amperów... o_O chyba że coś skiepściłem... :P

    W najgorszym przypadku dozasilania 20 000 takich elektromagnesów potrzeba by zasilanie rzędu 120 A. Przy zastosowaniu 10 krotnie większej rezystancji na wyjściu z ogniwa (napięcie wyjściowe ogniwa paliwowego ok 200V) mamy 1200A więc spooory zapas, chyba że napięcie ma istotne znaczenie w sile elektrodynamicznej.Czyli spokojnie można by użyć ogniwa 500W bo nawet przy użyciu zwykłego stopu anizotropowego uzyskamy potrzebne tylko 0,3 A czyli można zwiększyć natężenie 10 krotnie i mamy 10 krotnie więszą siłę (200 N/układ) przy 2 zbiornikach 5l o ciśnieniu roboczym 500 Bar mamy wtedy 5m^3 paliwa czyli na 8,5 godzin pracy... :)

    0 3
  • #2 28 Mar 2012 23:33
    wieswas
    Poziom 33  

    Szkoda, że szerzej nie opisałeś budowanego urządzenia. Ten ogólny opis budzi wiele wątpliwości:
    Jak wyobrażasz sobie wykonanie 20000sztuk ręcznie ?
    Wydaje się, że jedynym rozsądnym rozwiązaniem byłoby naklejenie cienkiej blachy stalowej na płytkę izolacyjną. Za pomocą komputera powielić rysunek rdzenia, wydrukować na folii a następnie naświetlić i wytrawić blachę tak jak przy produkcji typowej płytki drukowanej.

    Czy każdy z tych elektromagnesów będzie miał oddzielne sterowanie ?
    Jeżeli nie, to prościej i ekonomiczniej jest łączenie uzwojeń szeregowo.
    Łatwiej jest także stosować mało zwojów a zasilać dużym prądem. Jeżeli sterowanie nie jest ciągłe to zasilając krótkimi impulsami można je mocno przeciążać.

    Ale jest to tylko błądzenie po omacku. Możliwe, że można wymyśleć całkiem inne rozwiązanie realizujące wymagania projektu. Jeżeli oczekujesz dyskusji w tym temacie, to musisz podać więcej danych.

    0
  • #3 29 Mar 2012 11:04
    Tantael
    Poziom 2  

    Mogę zdradzić że elektromagnesy mają działać we włókienkach długości około 10 (wymiary nie są jeszcze do końca obliczone łączenie wewnątrz włókienka raczej szeregowe) cm każde (około 30 elektromagnesów na włókienko). Włókienka połączone we włókna złożone z 3 włókienek (dł całkowita trochę ponad 30 cm ) połączonych razem równolegle do lokalnej jednostki sterowania (LJS) (z tego co policzyłem będzie około 50 LJS). Wszystko podłączone do centralnej jednostki sterowania (CJS) która będzie tylko jedna i to ona będzie zawierać najważniejsze warianty zdarzeń. Sterowaniem nie ja się zajmuję to już broszka programistów. Z tego co wiem to każde włókno ma być sterowane oddzielnie (tzn, załączane w momencie zajścia pewnych zdarzeń na obliczenie wymaganej mocy pracy, ) W jednym zbiorze włókien powinno być 50 włókien. (1 zbiór da nam 4500 elektromagnesów).

    Wracając do problemu materiałów najlepiej było by użyć monokryształu Fe97Si3 ale u licha nie mogę zanaleźć żadnej firmy produkującej owe. A jeżeli znajdę To będę myślał dalej gdyż stworzy to nowe możliwości, a mianowicie będzie można dodać sterowanie natężenia prądu i zamiast 3 stopniowej mocy pojedyńczego włókna (33,67,100 %) będzie można sterować w dowolny sposób. A i pobór mocy będzie 10 razy mniejszy Co stworzy kolejne możliwości.

    A co do wykonania 20 000 elementów ręcznie to nie powiedziałem że będę ja je wykonywał. I kto powiedział że ręcznie. Wiesz jak delikatny jest drucik serbrny średnicy 1 mikrometra? :) To byłoby niewykonalne...

    Nie wykorzystam większych elementów ze względu na to że zależy mi na tym aby w razie uszkodzenia nawet kilku włókien układ mógł sprawnie działać.

    Projekt na razie jeszcze nawet nie trafił na deskę więc mogę swobodnie odpowiadać na pytania. Więc jak ktoś rozumie o co chodzi to czekam na jakieś rozwiązania/pomysły bo co kilka głów to niejedna.

    Po załączeniu włókno ma powodować skrócenie swojej długości o maks 35% (przy załączeniu 3 włókienek) z siłą 20N+. Obawiam się że jeżeli dam za duży prąd to przy tej średnicy drucika niestety się przepali. Największy problem mam z określeniem strat mocy na elektromagnesikach. Ale to już chyba da się wyznaczyć tylko doświadczalnie co stanowi duże ryzyko. Ważne aby zbiór włókien miał siłę 1000N + teoretycznie udałoby się uzyskać nawet 10 razy tyle ale właśnie problem może być z przepalaniem się układu. Należało by obliczyć wzrost temperatury na przewodzie zakładając że rezystywność drucika to 1,51*10^-8 i że wzrasta wraz ze wzrostem temperatury.


    Edit:

    Już wiem że napewno zastosuję materiał sprężysty (podejrzewam że jakiś polimer kauczukopodobny albo sprężynę) więc strata na pokonaniu siły pojedyńczej sprężyny będzie około 1 N (tylko w jedną stronę gdyż zastosuję blokady maksymalnego rozciągnięcia włókienka czyli [narazie na oko] włókienko będzie pracować przy zmianie długości +- 35%). Czas zacząc sporządzać wstępny szkic. Wybaczcie za zadawanie głupich pytań ale ten elektronika nie była nigdy moim konikiem a padło na mnie ze względu że jako jedyny miałem coś do powiedzenia na ten temat.


    Edit2: Problem w tym że mam problem właśnie z jednostronną rozciągliwością. sprężyny i gumy odpadają. Myślę że jedynym rozwiązaniem będzie mechanizm kołowy z blokadą (jak nie wiecie o czym myślę to coś w rodzaju samozwijającej się psiej smyczy). Sterowanej przez 2 tyrystory załączenie jednego = blokada w przeciwnym kierunku. Odłączenie obu = zwolnienie całkowite blokad.



    wieswas napisał:
    Szkoda, że szerzej nie opisałeś budowanego urządzenia. Ten ogólny opis budzi wiele wątpliwości:
    Jak wyobrażasz sobie wykonanie 20000sztuk ręcznie ?
    Wydaje się, że jedynym rozsądnym rozwiązaniem byłoby naklejenie cienkiej blachy stalowej na płytkę izolacyjną. Za pomocą komputera powielić rysunek rdzenia, wydrukować na folii a następnie naświetlić i wytrawić blachę tak jak przy produkcji typowej płytki drukowanej.

    Czy każdy z tych elektromagnesów będzie miał oddzielne sterowanie ?
    Jeżeli nie, to prościej i ekonomiczniej jest łączenie uzwojeń szeregowo.
    Łatwiej jest także stosować mało zwojów a zasilać dużym prądem. Jeżeli sterowanie nie jest ciągłe to zasilając krótkimi impulsami można je mocno przeciążać.

    Ale jest to tylko błądzenie po omacku. Możliwe, że można wymyśleć całkiem inne rozwiązanie realizujące wymagania projektu. Jeżeli oczekujesz dyskusji w tym temacie, to musisz podać więcej danych.




    Właśnie największa idea jest w tym aby prąd był jak najmniejszy aby pobór mocy był minimalny odnośnie do osiągów siły. Max czas pracy pojedyńczego elektromagnesu przewiduję na 30 sekund przy 100% obciążeniu, po to jest więcej układów aby sterowanie mogło je co 15 s odłączać i nie dawać im się przegrzać. Wykonanie podzespołów raczej będzie zleceniem dla jakiegoś Instytutu Mechaniki Precyzyjnej.


    Edit3: Problem z monokryształem Fe97Si3 może okazać się dość spory gdyż trzeba by tworzyć go metodą Bridgmana-Stockbargera a potem ciąć metodą jubilerską. Może to niestety znacznie zwiększyć koszta. Chyba że udałoby się krystalizować prosto do formy. Mam mniej-więcej pomysł na kształt hmmm...



    Edit4: Natrafiłem na kolejną przeszkodę. Mianowicie na doprowadzeniu prądu do elektromagnesów. Są 2 warianty albo doprowadzę przewodem, przy fakcie że części są ruchome może okazać się że przewód po krótkim czasie się poprostu przełamie. druga wersja to szyna doprowadzająca napięcie (szyna po której będzie poruszać się ruchomy styk) ale tutaj natrafiam na problem ewentualnej korozji materiału,przecierania się styków i nagrzewania się części skorodowanej. Później zamieszczę przykładowe schematy bo właśnie odpaliłem CAD'a...

    0
  • #4 09 Kwi 2012 18:21
    wieswas
    Poziom 33  

    Tylko drobny pomysł dotyczący końcowego fragmentu Twojej poprzedniej wypowiedzi (Edit4):
    Przecież nie musi się poruszać cały elektromagnes. Uzwojenie może pozostać nieruchome, a przesuwać się tylko ferromagnetyczny rdzeń.
    Trzeba pomyśleć, na którym jarzmie rdzenia ma znajdować się uzwojenie, aby ruch rdzenia w określonym kierunku był możliwy.
    Wówczas doprowadzenie prądu nie będzie narażone na uszkodzenie. Może nim być cienka ścieżka na płytce drukowanej.

    0