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

Silnik BLDC w "próżni".

TechEkspert 25 Kwi 2015 22:17 6420 15
  • Silnik BLDC w "próżni".
    Po przeczytaniu materiału "Kręcący się w próżni bączek" wykonałem kilka prób z pojemnikiem, w którym zostało rozrzedzone powietrze. Podejrzewam, że każdy kto widział prezentację opadającego z tą samą prędkością młotka i piórka w próżni, jest zaciekawiony tym efektem mimo że mechanizm zjawiska jest znany. Efekty prób możecie także zobaczyć w postaci krótkiego materiału wideo na końcu tego tekstu. Obniżenie ciśnienia i rozrzedzenie powietrza w pojemniku będzie możliwe dzięki kompresorowi z uszkodzonej lodówki. W pokrywce zostały wykonane otwory przez, przez które zostały przeprowadzone przewody (kynar), połączenie zostało uszczelnione klejem cyjanoakrylowym (CA).

    Silnik BLDC w "próżni".

    Słoik został połączony z kompresorem wężem gumowym.

    Silnik BLDC w "próżni".

    Silnik BLDC w "próżni".

    Czy tak prymitywny zestaw pozwoli na zauważenie wpływu rozrzedzonego powietrza na pracę szybko obracającego się wrzeciona silnika ?

    Uważajcie z próbami próżniowymi, pojemnik może wybuchnąć (a w zasadzie implodować) jak granat odłamkowy pod naporem ciśnienia atmosferycznego. Pojemnik może się także odkształcić uszkadzając zamknięte urządzenie.

    Silnik BLDC w "próżni".
    W pojemniku nie uzyskamy wysokiej próżni (w zasadzie nie wiadomo jaki stopień rozrzedzenia powietrza udało się uzyskać, gdyż nie mam odpowiednich przyrządów pomiarowych), jednak przekonajmy się czy rozrzedzenie powietrza wpłynie na pracę szybkoobrotowego silnika z drukarki laserowej. Silnik pracując w powietrzu, obraca się z prędkością 34000obr./min generując spory szum.

    Silnik BLDC w "próżni".

    Czy silnik przyspieszy gdy zredukujemy opory stawiane przez powietrze ?
    W pojemniku umieściłem także mikrofon elektretowy, zobaczymy jak zmieni się dźwięk rejestrowany przez mikrofon gdy zniknie większość powietrza w którym rozchodziły się dźwięki. Dźwięk powinien być przenoszony także przez wibracje konstrukcji. Prędkość obrotową zmierzymy czujnikiem optycznym, złożonym z LED i fotodiody.

    Silnik BLDC w "próżni".

    Każdy obrót wrzeciona, wywołuje sześć błysków odbitego światła. Częstotliwość błysków zmierzymy częstotliwościomierzem. Wynik należy podzielić przez 6 oraz pomnożyć przez 60, aby uzyskać obr.min (w efekcie wystarczy pomnożyć przez 10).

    Silnik BLDC w "próżni".

    Silnik z drukarki laserowej osiągnął przy obecności normalnego ciśnienia 34 000 obr/min. Po rozrzedzeniu powietrza wrzeciono silnika,
    przyspieszyło do 38 000obr/min. Mikrofon umieszczony wewnątrz pojemnika, zarejestrował zmniejszenie poziomu hałasu gdy kompresor odpompowywał powietrze.

    Wentylator w "próżni".
    Spróbujmy sprawdzić co stanie się, gdy wentylator zacznie pracować w środowisku z ograniczonym oporem stawianym przez powietrze. Wirnik wentylatora znacznie bardziej oddziałuje na otaczające powietrze, różnica w pracy wentylatora po rozrzedzeniu powietrza powinna być znacząca. Porównanie mocy pobieranej przez wentylator w powietrzu oraz po zmniejszeniu ciśnienia pozwoli oszacować ile energii wykorzystywane jest do "przepychania" powietrza (prędkość obrotowa wentylatora w dwóch próbach powinna być taka sama).

    Sprawdzany wentylator posiadał wyjście sygnału informującego o prędkości obrotowej, impuls pojawia się dwukrotnie podczas każdego obrotu. Dla określenia prędkości obrotowej podzielimy częstotliwość przez 2 i pomnożymy przez 60 uzyskując obr/min.

    Silnik BLDC w "próżni".

    Przy obecności normalnego ciśnienia powietrza, częstotliwościomierz pokazuje wartość 159Hz, co daje prędkość obrotową 4770 obr/min.
    Wentylator pobiera prąd 69mA przy napięciu 12V co daje moc pobieraną około 828mW.
    Po rozrzedzeniu powietrza, wentylator zaczyna obracać się z prędkością 9300 obr/min przyspieszając niemal dwukrotnie, dodatkowo wentylator zaczął wpadać w drgania. Prąd pobierany w rozrzedzonym powietrzu oraz przy napięciu zasilania 12V wynosił 55.8mA, co daje moc około 670mW.
    Aby w rozrzedzonym powietrzu uzyskać obroty wentylatora na poziomie 4770 obr/min zmniejszamy napięcie zasilające do 7.6V. Przy napięciu 7.6V pobierany prąd wynosił 38mA, co daje moc około 289mW.
    Przy obrotach nominalnych 4770obr/min w normalnej atmosferze pobór prądu wynosił 828mW, w rozrzedzonym powietrzu 289mW.

    Czy można szacować, że moc przeznaczona na wywoływanie ruchu powietrza wynosi 539mW (65% całości pobieranej przez wentylator mocy)?
    Ciężko powiedzieć, odwzorowanie tej samej prędkości obrotowej w rozrzedzonym powietrzu wymagało obniżenia napięcia zasilającego, być może udało się odtworzyć tarcie łożyska, jednak elektronika pracowała w innych warunkach.

    Próżnia wykorzystywana jest np. do zwiększania niezawodności i energooszczędności urządzenia UPS lub zasobnika energii typu flywheel.

    Poniżej film prezentujący próby z pojemnikiem i kompresorem lodówkowym:

    Link

    Jeżeli się dobrze przyjrzycie, można zauważyć odkształcenie pokrywki, pod naporem ciśnienia atmosferycznego.

    Czy wykonaliście ciekawe próby związane z próżnią lub na co dzień pracujecie z urządzeniami wykorzystującymi próżnię ?

    Fajne! Ranking DIY
    Potrafisz napisać podobny artykuł? Wyślij do mnie a otrzymasz kartę SD 64GB.
    O autorze
    TechEkspert
    Redaktor
    Offline 
    W moich materiałach znajdziecie testy i prezentacje sprzętu elektronicznego, modułów, sprzętu pomiarowego, eksperymenty. Interesuje mnie elektronika cyfrowa, cyfrowe przetwarzanie sygnałów, transmisje cyfrowe przewodowe i bezprzewodowe, kryptografia, IT a szczególnie LAN/WAN i systemy przechowywania i przetwarzania danych.
    Specjalizuje się w: elektronika, mikrokontrolery, rozwiązania it
    TechEkspert napisał 3067 postów o ocenie 2211, pomógł 8 razy. Jest z nami od 2014 roku.
  • PCBwayPCBway
  • #2
    Greyangel
    Poziom 14  
    Ja pracuję w laboratorium technik plazmowych, pracujemy na aparaturze próżniowej. Najczęściej stosowaną próżnią a raczej podciśnieniem z którym pracuję to od 5 Pa do 1*10^-2 Pa. Osłabienie dźwięku z silniczka jest efektem zmniejszenia gęstości ośrodka, odpompowując powietrze powodujesz że jest mniej medium przenoszącego fale dźwiękowe. Najciekawsze doświadczenia z próżnią to zdecydowanie plazma ale równie fajne są doświadczenia z dziedziny techniki lamp elektronowych, generowania promieniowania X itp. :)
  • PCBwayPCBway
  • #3
    TechEkspert
    Redaktor
    Ciekawe, może dzięki doświadczeniu i dostępowi do profesjonalnego sprzętu kiedyś zaprezentujesz na elektroda.pl artykuł związany z próżnią ?
  • #4
    pawem1
    Poziom 25  
    Wskaźnik podciśnienia można zrobić z przezroczystej rurki z jednej strony zamkniętej, wypełnionej wodą i odrobiną powietrza przy zamkniętym końcu rurki, mierzymy długość powietrza przy ciśnieniu atmosferycznym i dzielimy przez pomiar po wytworzeniu podciśnienia, np. w rurce mamy 5mm powietrza a po wytworzeniu podciśnienia 40mm,
    czyli 5 / 40 = 0,125 atmosfery. Rurkę w słoik czy butelkę i mierzysz.
  • #5
    submariner
    Poziom 32  
    Raczej nie o taką próżnię chodzi w tej prawdziwej próżni woda się gotuje . Takie próżnie z ciekawymi efektami próżniowymi to jeszcze co najmniej 100 razy bardziej trzeba odpompować powietrze. Wtedy można zapalić plazmę najpierw wokół elektrod a pompując jeszcze bardziej w całej komorze , przypomina wtedy zorzę polarną , pompując jeszcze bardziej plazma gaśnie ale próżnia jest na tyle wysoka, że elektrony mogą swobodnie latać po komorze , pary metali pokrywać wszystko co wrzucimy do komory. Na etapie tej świecącej plazmy możemy zauważyć jak magnes ją odchyla i zrozumieć działanie np. magnetronu bo plazma sama wiruje nad magnesem.
    Najdziwniejsze jest to, że łyżeczka powietrza wpuszczona do kilkuset litrowej komory potrafi zniweczyć cały efekt długiego pompowania. Daje to wyobrażenie jak mało cząsteczek powietrza jest np w bliskiej przestrzeni kosmicznej czy jonosferze gdzie powstaje zorza polarna... Silnik BLDC w "próżni".
    https://obrazki.elektroda.pl/9945099100_1430082846.jpg
  • #6
    pawem1
    Poziom 25  
    Mi chodzi o niskie ciśnienie wytworzone za pomocą sprężarki lodówkowej, zamiast wody można olej zastosować skoro aż tak dobrą "TechEkspert" ma sprężarkę, drugi koniec rurki zabezpieczyć spłaszczonym workiem foliowym żeby olej nie pobrudził, albo jeszcze jakiś inny sposób pomiaru rozszerzenia powietrza.
  • #7
    TechEkspert
    Redaktor
    Bardzo ciekawe tematy poruszacie, może uda się zmotywować osoby obeznane w temacie do przedstawienia swoich opracowań.
    Zastosowany kompresor i 'instalacja' to oczywiście żart w porównaniu z profesjonalnymi układami próżniowymi z wielostopniowym połączeniem pomp różnego rodzaju. Mimo to tak prosty układ pozwolił na pokazanie pewnych efektów. W wolnej chwili postaram się wykonać próby określające w przybliżeniu osiągnięty stopień rozrzedzenia powietrza. Podejrzewam że poza ograniczoną sprawnością wyeksploatowanej sprężarki, duże znaczenie miała szczelność a raczej nieszczelność układu.
  • #9
    pawem1
    Poziom 25  
    TechEkspert napisał:
    Czy można szacować, że moc przeznaczona na wywoływanie ruchu powietrza wynosi 539mW (65% całości pobieranej przez wentylator mocy)?

    Jaki to jest model wentylatora? Wygląda na 40mm, szukając podobnych 4500 4700 5000 RPM, 12 V do 1 W, o wysokości 10 mm, mają od 5 do 10 CFM, przeliczając to na energię kinetyczną masy wiatru to wychodzi od 10 mW do 100 mW, z tego by wynikało że reszta mocy przeznaczana jest na opory tarcia o powietrze, aby wywołać ukierunkowany przepływ powietrza.
  • #10
    Gizmoń
    Poziom 28  
    TechEkspert napisał:
    w zasadzie nie wiadomo jaki stopień rozrzedzenia powietrza udało się uzyskać, gdyż nie mam odpowiednich przyrządów pomiarowych


    Tu nie trzeba jakichś skomplikowanych przyrządów, wystarczy taki "odessany" słoik zalać wodą i zmierzyć objętość pęcherzyka powietrza który zostanie w środku. Przed chwilą przeprowadziłem takie doświadczenie z dość schlastaną sprężarką EDA SH-1.0 otrzymując wynik 31Tr.

    submariner napisał:
    Raczej nie o taką próżnię chodzi w tej prawdziwej próżni woda się gotuje. Takie próżnie z ciekawymi efektami próżniowymi to jeszcze co najmniej 100 razy bardziej trzeba odpompować powietrze. Wtedy można zapalić plazmę najpierw wokół elektrod a pompując jeszcze bardziej w całej komorze


    W tej "nieprawdziwej" też się gotuje, wystarczy ją trochę podgrzać :P I nie trzeba pompować "100 razy bardziej" by zapalić plazmę wokół elektrod - to, co daje lodówkowa sprężarka jest w sam raz:

    Silnik BLDC w "próżni".

    Niestety kolejnych zjawisk już się nie zaobserwuje, to jest kres możliwości :D
  • #11
    TechEkspert
    Redaktor
    @dondu moce są niewielkie także wzrost temperatury będzie dość powolny, czy chodzi o to że w rozrzedzonym powietrzu oddawanie ciepła będzie mniej efektywne ?

    @pawem1 wentylator to Spire 40mm SP04010S1M3.

    AirFlow (CFM) 5
    Static Pressure mmH2O 2.23
    Bearing Type Sleeve Bearing
  • #13
    submariner
    Poziom 32  
    Gizmoń jakie napięcie tam podpiąłeś? U mnie jest AC 3kV ok 0,5A ale od ok 600V już można zapalić plazmę w próżni jakie dają pompy mechaniczne, zresztą tak mamy zbudowane mierniki próżni . Tyle że przy dalszym pompowaniu pompą dyfuzyjną brakuje im zakresu :).
  • #15
    TechEkspert
    Redaktor
    Sprawdziłem skuteczność tak prostego układu, korzystając z podpowiedzi @pawem1 dot. metody "słomkowej". Olej w cienkiej rurce, zostaje na ściankach podczas przemieszczania i ostatecznie otwiera zamkniętą przestrzeń. Atrament dość dobrze spełnił swoją rolę. Poniżej film z zapisem próby. Powietrze w zamkniętej części słomki zwiększyło objętość 24x. Ciśnienie atm. wynosiło około 975hPa czyli w słoiku na koniec próby panowało ciśnienie około 400Pa. Woda w tych warunkach powinna wrzeć w temperaturze o połowę niższej niż przy normalnym ciśnieniu atmosferycznym.

  • #16
    Greyangel
    Poziom 14  
    Nie polecam takich prób pomiaru próżni. Wszelkie metody w której dochodzi do emisji jakichkolwiek cieczy niskowrzących, polarnych (woda jest chyba najgorsza) zabijają pompę ta zasada jest uniwersalna, poza tym przy dłuższych liniach woda lubi wchodzić w zakamarki z których później uwalnia się dość powoli. Na przykład kondycjonowanie spektrometru ESCA który na komorze przygotowawczej pracuje pod ciśnieniem 10^-6 Pa jest połączone z wygrzewaniem. Robimy to raz na rok.