Uudised:
22. Juuli 2018, 17:19:08

Autor Teema: Elektromagnetiline levitatsioon  (loetud 5911 korda)

Eemal Heigo

  • Administraator
  • Noorliige
  • *****
  • Postitused: 52
  • Absurditeatri viimane näitleja
Elektromagnetiline levitatsioon
« : 12. August 2013, 15:20:29 »
Mõtlesin teha juttu minu ja Kaija Vill (kelle lõputöö see ka ühtlasi on) elektromagnetilise levitatsiooni projektist, et saada juurde kaasamõtlejaid.
Projekti eesmärgiks on ehitada elektromagnetilise levitatsiooni õppiobjekt TTÜ laborisse, kus siis hoitakse elektromagneti abil õhus ca 130 g kaaluvat raudkuuli kaugusega mähisest ca 3 cm. Projekti keerukus seisneb voolutugevuse kontrollis mähises. Mähist läbiv vool ei või olla liiga suur, siis tõmmatakse raudkuul elektromagneti külge ja voole ei või olla ka liiga väike, siis kukub kuul gravitatsioonijõu tõttu maha. Vaja on, et kuul jääks õhku seisma.

Projekti alguses panustas Kaija Vill väga palju energiat levitatsiooni-masina teoreetilistesse arvutustesse. Oli vaja välja arvutada elektromagnetväljad, magnetvootihedused elektromagneti südamikus, jõudude arvutus kus leitakse tasakaalupunkt gravitatsiooni ja magnetjõu vahel ning graafikud magnetvootiheduse muutuse kohta erinevatel kuulikaugustel elektromagnetist. Väljaarvutused sai tehtud suures osas multifüüsika tarkvada "Comsol" abil. 

Peale teoreetilisi arvutusi ja planeerimist hakkasime masinat ka füüsiliselt valmis ehitama. Alguses sai saetud kolmefaasilise trafost (mille ühel sambal olev mähis oli juba maha põlenud) üks töökorras sammas koos primaar- ja sekundaar mähisega.

Pilt kolmefaasilisest trafost, mille üks sammas sai maha saetud. Primaar-ja skenduaarmähis sai jadamisi ühendatud kogutakistusega ca 4 oomi:


Esimene mõte mis pähe tuli oli kasutada pulisilaiusmodulatsiooni mähistes oleva voolu kontrollimiseks. Selleks sai ostetud SS495A halliandur (link: http://www.alldatasheet.com/datasheet-pdf/pdf/124002/HONEYWELL/SS495A.html) mis napilt, napilt mahub meie magnetvootiheduse piiridesse aga kuna paremat ei suutnud leida siis proovime sellega läbi ajada. 3A voolu juures on magnetvoo tihedus ca 60 mT. Pulsilaisumodulatsiooni tekitamiseks sai kasutatud alljärgnevat skeemi.

Skeem:


Kus peale väljatransitore sai ühendatud mähis ja sellega rööbiti diood, et mähise väljalülitamisel induktiivsusesse salvestunud energia tõttu transistore maha ei põletaks.

Kuna tegemist on esimese katseprototüübiga, siis montaaz on tehtud kiiresti ja rohkem tööpõhimõtte kontrolliks.
Analoogjuhtimise katseskeem:


Katsetamise käigus selgus, et analoogelektroonikaga stabiilsust tagada on suht tülikas ja keeruline...Probleemiks oli ka ristküülisignaali laiuse muutmine...ei tahtnud hästi manipulatsioonidele alluda.

Elektromagnet koos hallianduriga. Hallianduri kaabli vahetasin hiljem varjestatud kaabli vastu.


Projekti üldvaade:


Arduino ühendatuna mähises oleva PWM voolu juhttransistoridega:


Mingi hetk kargas pähe, et vahest on lihtsam seda Arduino plaadil teha...sai siis netist pulsilaisumodulatsiooni kood välja otsitud, aga selgus see on kuidas nüüd öelda...isegi liiga hea. Iga väikegi piik analoogsisendis muudab kohe väljundist tulevat pulsilaiusmodulastiooni.
Kuna mul hallianduri kaabel oli esialgu variestamata, siis mähise järsk sisse ja välja lülitamine pulsilaisumodulatsiooniga indutseeris sinna lisapiike...Sai ehitatud peale digifilter (arduino koodi) asi läks küll jupp maad paremaks aga ikkagi...

Tegin ka väikese väga konarliku keelekasutusega videoklippi:


Peale hallianduri kaabli varjestamist läks asi paremaks. Panin veel hallianduri kaabliga rööbiti kondensaatori, et järske piike maha filtreerida aga seni pole ikka veel probleemist jagu saanud.
Oodatud on kõik ideed, nõuanded ja ettepanekud...

« Viimane muutus: 12. August 2013, 20:04:30 Heigo »

Eemal Martin

  • Uustulnuk
  • *
  • Postitused: 1
Re: Elektromagnetiline levitatsioon
« Vastus #1 : 06. September 2013, 19:51:48 »
Alguses ütlen kohe ära et mul pole ideid, ettepanekuid elektroonika (suht vöhik selles, veel!) kohta aga alljärgnev on mõtted mis tekkisid seda projekti lugedes. 

Seda projekti võiks kästleda kahte moodi. Mehhaanika projektina või elektroonika projektina. Esimesel juhul on primaarne saavutada mingi objekti hõljumise efekt olenemata sellest, milline elektrotehnika(elektroonika) selle taga on.
Teisel juhul on primaarne saada konkreentne objekt hõljuma ning oluline on timmida välja selline elektroonika et saavutatav efekt oleks võimalikult parim.
Nagu ma aru saan on antud juhul tegemist teise juhuga. Juhul kui selles suunas kerkib raskusi siis mul tekkis mõte vaadelda seda mehhaanika projekti seisukohast.

Nimelt mehhaanika(füüsika) seisukohast on tegemist objekti ebapüsivas tasakaaluasendis hoidmisega.
Robustseks analoogiks oleks püüda hoida rasket kera tasakaalus kõval kitsal künkal (ekstreemsel juhul teraval nõelal). Seejuures mida raskem kera on seda raskem on teda tasakaaluasendis hoida.

Siit teeks kohe ühe järelduse: valida objektiks võimalikult kergem mass.

Kui minna nüüd objektile mõjuvate magnetjõudude vaatlemisele siis teiseks valiksin objekti mõõtmed võimalikult väikesed, nii et välise magnetvälja muutus objekti mõõtmete ulatuses oleks võimalikult ühtlane (s.t. esimeses lähenduses lineaarne). Sel juhul oleks objektile mõjuvaid jõude kergem ennustada. Vastasel juhul muutub niigi mittelineaarne protsess veelgi äraarvamatuks.

Ehk kokkuvõte:

Valida objektiks võimalikult väike kera võimalikult väikese massiga. Seejuures võiks olla isegi tegemist püsimagnetiga. Sel juhul oleks vajaminev elektromagneti magnetväli veelgi väiksem ehk elektromagnet ei peaks arendama nii suurt võimsust ja võib olla oleks siis ka elektroonikas tekkivad probleemid väiksemad.

Ülaltoodu on,see projekt, vaadelduna füüsiku vaatevinklist.


Eemal Heigo

  • Administraator
  • Noorliige
  • *****
  • Postitused: 52
  • Absurditeatri viimane näitleja
Re: Elektromagnetiline levitatsioon
« Vastus #2 : 21. November 2013, 19:24:51 »
Tore, kui keegi kaasa mõelda viitsib.
Siin on ühe analoogse projekti ülevaade. Aparaat asub Austraalias: http://tesladownunder.com/Magnetic%20levitation.htm

Vahepeal on mul see teema niipalju edasi arenenud, et olen Arduinost välja tuleva PWM ära silunud. Selleks panin küllalt suure kondensaatori mähisega rööbiti. Teiseks tuvastasin, et ikka ilma draiverita transistoride lülitamine hästi ei õnnestu. Kuigi muretsesin ekstra spetsiaalsed loogikatransistorid. Praegu on asi seisnud ajapuuduse taga...draiveri ehitamiseks vajalikud jupid olen kätte saanud.