Demonstracijski model za prikaz vzdolžno potujočega magnetnega polja

Florjančič, Lara (avtor), Lavrič, Henrik (mentor)

V elektromagnetnem svetu so prisotni človeškemu očesu nevidni pojavi kot je tudi elektromagnetno polje, v katerem delujejo sile. Sledijo trajektorijam, ki jim pravimo silnice, njihov prikaz pa je možen z izdelavo demonstracijskih modelov. Opisali in izdelali smo demonstracijski model (DM) za prikaz vzdolžno potujočega magnetnega polja, s katerim bi olajšali in izboljšali izobraževalni proces. Študentom bi prikazali potek magnetnih silnic z vizualnim orodjem in jim približali razumevanje delovanja potujočega magnetnega polja. Preučili smo teorijo magnetnega polja, feromagnetnih lastnosti ter linearno potujoče magnetno polje. Magnetno polje, ki je lahko naravno prisotno ali ga proizvede magnet ali elektromagnetna naprava, se sklepa okoli vira, kar ponazarjamo s silnicami. Izvira v severnem polu in se zaključuje v južnem. Weissove domene v feromagnetnih materialih se poravnajo v smer magnetnega polja in ga s tem ojačajo, zato je tak material prava izbira za prikaz magnetnega polja. Razumevanju teorije je sledila zasnova izdelka. Na voljo smo imeli navitje oziroma primarni del (primar) linearnega asinhronskega motorja LAF 121 (LAM) proizvajalca Indramat, frekvenčni pretvornik Danfoss serije 302 (FP) in fini feromagnetni prah. LAM si lahko predstavljamo kot razvit asinhronski motor (AM), ki proizvede potujoče linearno magnetno polje. Krmilimo ga s FP, ki je zgrajen za krmiljenje rotirajočih električnih motorjev, zato smo najprej spoznali, kako deluje skupaj z AM. Nato smo vse potrebne vrednosti LAM preračunali v rotirajoče ekvivalente in jih vpisali v FP. Nastavili smo vse potrebne meje, da ne bi uničili navitja motorja ali FP. Zamislili smo si delovanje v ročnem in avtomatskem režimu. V ročnem režimu DM upravljamo s pomočjo krmilne plošče, v kateri so skrite električne povezave do indikatorjev in stikal. Spreminjamo lahko smer in hitrost potovanja magnetnega polja. Za avtomatični režim smo v programu MCT 10 uporabili Smart Logic, kjer smo vizualno sprogramirali sekvence, kjer se hitrost in smer potovanja spreminjata samodejno, v različnem zaporedju. Ob vključitvi DM se fini feromagnetni prah premika skupaj s proizvedenim magnetnim poljem, kar vidimo kot nekakšno valovanje. Po daljšem času delovanja lahko vidimo tvorbo grudičastih struktur v prahu, saj nekateri delčki ostanejo na istem mestu nad primarjem, kljub delovanju magnetnega polja. Ob izključitvi DM se vidi pojav remanentnega polja v feromagnetnem prahu, saj ohrani koničasto obliko zaves, ki pa je dovolj šibko, da ga izničimo že s stresanjem ohišja iz pleksi stekla, v katerem se nahaja feromagnetni prah. Uspela nam je povezava vseh električnih komponent in s tem izdelava demonstracijskega modela, ki deluje v optimalnih razmerah in služi vizualni predstavitvi linearnega magnetnega polja.

• Jezik: Slovenski jezik
• Ključne besede: Vzdolžno potujoče magnetno polje, linearni asinhronski motor, frekvenčni pretvornik, demonstracijski model, feromagnetni materiali.
• Vrsta gradiva: Diplomsko delo/naloga
• Tipologija: 2.11 - Diplomsko delo
• Organizacija: FE - Fakulteta za elektrotehniko
• Leto izida: 2024
• PID: 20.500.12556/RUL-161492
• COBISS.SI-ID: 207192323
• Datum objave v RUL: 11.09.2024

Sekundarni jezik

• Jezik: Angleški jezik
• Naslov: Demonstration model to show a longitudinally travelling magnetic field

Izvleček

In the electromagnetic world, there are phenomena invisible to the human eye, such as the electromagnetic field, in which forces operate. These forces follow trajectories called field lines, and they can be presented with demonstration models. We described and created a demonstration model of a longitudinal traveling magnetic field to support and improve the educational process. This visual tool would help students understand the flow of magnetic field lines and the functioning of the traveling magnetic field. We studied the theory of the magnetic field, ferromagnetic properties, and linear magnetic field. A magnetic field, which can be naturally present or produced by a magnet or an electromagnetic device, loops around the source, illustrated by field lines. It originates at the North pole and concludes at the South pole. Weiss domains in ferromagnetic materials align in the direction of the magnetic field, thus amplifying it, making such material the right choice for demonstrating the magnetic field. After understanding the theory, we proceeded to design the demonstration model (DM). We had the winding or primary part (primary) of the linear asynchronous motor LAF 121 (LAM) by Indramat, a Danfoss series 302 frequency converter (FC), and fine ferromagnetic powder at our disposal. LAM can be imagined as an unfolded asynchronous motor (AM) that produces a traveling linear magnetic field. We control it with the FC, designed to control rotating electric motors, so we first learned how it works with AM. Then, we calculated all the necessary LAM values into rotating equivalents and entered them into the FC. We set all the necessary limits to avoid damaging the motor winding or the FC. We designed operation in both manual and automatic modes. In manual mode, the DM is operated using a control panel with hidden electrical connections to indicators and switches. We can change the direction and speed of the magnetic field's travel. For the automatic mode, we used Smart Logic in the MCT 10 program, where we visually programmed sequences where the speed and direction of travel change automatically in different orders. When the DM is turned on, iron filings move along with the produced magnetic field, seen as a sort of wave. Over extended operation, clumpy structures form in the powder, as some particles remain in place above the primary, despite the magnetic field. When the DM is turned off, a remanent field appears in the ferromagnetic powder, maintaining a spiky curtain shape, weak enough to be nullified by shaking the plexiglass housing containing the ferromagnetic powder. We successfully connected all the electrical components, thus creating a demonstration model that operates under optimal conditions and serves the visual representation of the linear magnetic field.

• Ključne besede: Longitudinal traveling magnetic field, linear asynchronous motor, frequency converter, demonstration model, ferromagnetic materials.