Matematické Fórum

Nevíte-li si rady s jakýmkoliv matematickým problémem, toto místo je pro vás jako dělané.

Nástěnka
22. 8. 2021 (L) Přecházíme zpět na doménu forum.matweb.cz!
04.11.2016 (Jel.) Čtete, prosím, před vložení dotazu, děkuji!
23.10.2013 (Jel.) Zkuste před zadáním dotazu použít některý z online-nástrojů, konzultovat použití můžete v sekci CAS.

Nejste přihlášen(a). Přihlásit

#1 20. 11. 2016 01:46

Berger
Zelenáč
Příspěvky: 7
Škola: UK
Pozice: NA
Reputace:   
 

Vykon motoru pro odstředivku?

Mějme válec o hmotnosti 5kg a poloměru 6cm, výšky 10cm.
Tento válec chceme v ose otáčení válece roztočit na 500 otáček za mínutu .Osa otáčení je vertikální.  V prvém případě se na požadované otáčky chceme dostat prakticky okamžitě tj. z stojícícho válce na jmenovité otáčky v druhém máme 5s na postupné zrychlování.

Jaký vykon a točivý moment musí mít použitý elektro motor?

V drohím případě opět osaotáčení vertikální, ale tentokráte rotuje těloso o 0,5kg na rameni 0,3m m v tomto případě musí zrychlit okamžitě Opět jaký výkon a točivý moment musí mít elektomotor.

Nějak nevím jak to celé správně uchopit, Poradíte?

Offline

 

#2 20. 11. 2016 12:31

edison
Příspěvky: 2622
Reputace:   47 
 

Re: Vykon motoru pro odstředivku?

Všechny varianty "prakticky okamžitě" mají odpověď "prakticky nekonečný".

Varianta s ramenem a časem obnáší zrychlení na obvodovou rychlost.

Varianta s válcem obnáší totéž, ale musíme napřed určit to rameno (myslím, že je to geometrický průměr z aktivní části, takže pro plný, homogenní válec z 0 a poloměru, pro rouru z vnitřního a vnějšího poloměru, ale nejsem si jist), nebo lze postupovat přes moment hybnosti. Délka válce je v každém případě nezajímavá, když už známe jeho hmotnost. Směr osy vůči zemi také k ničemu není.

Máme tedy hmotnost, obvodovou rychlost a čas.

Můžeme vypočítat zrychlení, za předpokladu, že momentová charakteristika motoru je rovná. Za stejného předpokladu vyjde i nejvyšší výkon těsně před ukončením zrychlování. Ale úloha nemá jednoznačné řešení. Můžeme klidně zrychlovat víc a v nějakém okamžiku říct, že bylo dosaženo max. výkonu a od té doby bude zrychlení klesat za stabilního výkonu.

Nebo můžeme být realističtější, nějaký program nakrmit momentovou charakteristikou motoru z katalogu a prostě si to odsimulovat (a nezapomenout do toho zahrnout moment hybnosti rotoru toho motoru). Dále můžeme pracovat s předpokladem, že motor můžeme krátkodobě výrazně přetížit, takže nominální výkon a moment může být mnohem menší, než bude po tu krátkou dobu reálně používán (např. u DC, nebo BLDC motoru - u BLDC budou limitní spíš parametry regulátoru).

Poznámka: Pro začátek doporučuji gůglit moment hybnosti.

Offline

 

#3 20. 11. 2016 15:22 — Editoval Berger (20. 11. 2016 15:23)

Berger
Zelenáč
Příspěvky: 7
Škola: UK
Pozice: NA
Reputace:   
 

Re: Vykon motoru pro odstředivku?

"směr osy vůči zemi také k ničemu není."
To není minimálně v případě rotujícího tělesa na rameni bez protizávaží pravda.

Moment setrvačnosti rotujícího válce J=0,5*m*r^2 [kgm2]  m=hmotnost r=poloměr
Daný válec má moment setrvačnosti 0,009kgm2

Dále si vypočteme uhlovou rychlost na začátku a na konci roztáčení válce.
pro koncové otáčky 500ot/min tj. 8.333 ot/s omega2 = 2*Pi* 8.333 = 52.36 [ s-1 ]
pro počáteční  otáčky 0ot/min tj. 0 ot/s omega1 = 2*Pi*0 = 0.0 [ s-1 ] ( uvádím pro názornost a případ, že neroztáčíme z 0)

Ted to to vezmu jinak , předpokládejme, že máme motor o známém točivém momentu nebo  o znám výkonu a otáčkách
tedy známe nebo si umíme spočítat  točivý moment
řekněme že máme 600W motor o požadovaných otáčkách 500ot/min
točivý moment motoru bude M= (0,6kW*9550)/500 ot/min=11,46Nm.

Nyní si můžeme spočítat Úhlové zrychlení pro daný motor a daný válec.
Epsion=M/J= 11,46 / 0,009 =1273,333 [s-2]

Nyní můžeme spočítat čas za jaký teoreticky s daným motorem dokážeme daný válec roztočit z otáček  omega1 na omega 2
t= (omega2-omega1)/epsilon = (52,36- 0,0)/1273,333 = 0,04112s tedy 41ms.

Stejným postupem by to mělo jít i u tělese na rameni pokud bude rotovat v horizontální rovině, jen bude třeba spočítat monet setrvačnosti rotující sestavy řekněme tenka tyč +koule. Pokud by to rotovalo ve vertikále bez protizávaží bylo by třeba přičíst síly potřebné pro zvedání této sestavy při každé otáčce.
V praxi je třeba samozřejmě připočítat ztráty v ložiscích, ztráty v převodovce pokud jí motor má a nezapomenout k momentu samotného válce přičíst momenty ostatních rotujících částí , tedy nejspíše ložisek, upínacího stolu , spojky atd.


Výpočet momentu setrvačnosti složeného tělesa je součtem momentu jednotlivých těles. Použijeme Steinerovu větu.
Předpokládejme, že rameno je tyč o déle 0,3m a průměru 2cm (ocel) samotné těleso je pak koule o 0,5kg a  poloměru 3cm.
Hmotnost tyče V*hustota =  0,735kg
Hmotnost koule známe 0,5kg

Moment setrvačnosti tyče = (m* l^2)/12 + m*(l/2)^2 =  0.022 kgm2
Moment setrvačnosti koule= 2/5m*r^2+m*(l+r)^2= 2/5*0.5*0.03^2+0.5*0.33^2=0.05463kgm2
Moment setrva4nosti sestavy 0.022+0.05463= 0.07663 kgm2

Co vy na to?

Offline

 

#4 20. 11. 2016 19:57

edison
Příspěvky: 2622
Reputace:   47 
 

Re: Vykon motoru pro odstředivku?

Zběžně jsem to prohlédl a závěr je, že je to kromě chyby hned na začátku asi správně:-)

Chyba je, že ve vzorci pro J nemá být 0,5. Mělo by to být jen mr^2.
0,5 patří do vzorce pro energii, protože tam se integruje rostoucí výkon.

Hlavní je, jestli pro použitý motor bude platit předpoklad rovné mom. charakteristiky. Např. spousta asynchronních má zpočátku moment malý a teprve až se otáčky významně přiblíží nominálním, moment začne hodně růst.

Ještě k ose: Poloha osy může vést na okrajovou podmínku (motor musí asymetrii uzvednout), ale samotného výpočtu se moc netýká, protože v průběhu otáčení tíhová síla polovinu každé otáčky moment snižuje a druhou polovinu ho úplně stejně zvyšuje. Samozřejmě, pokud bychom chtěli být precizní, případně by rozběh trval malý počet otáček, mělo by to vliv. Ale pak by měly vliv i další detaily motoru, protože nemusí mít stabilní moment v celé otáčce.

Offline

 

#5 20. 11. 2016 20:18

edison
Příspěvky: 2622
Reputace:   47 
 

Re: Vykon motoru pro odstředivku?

Vlastně je to celé správně, nějak jsem si nevšim, že už to má být celý válec a ne obecný vzorec:-)

Offline

 

Zápatí

Powered by PunBB
© Copyright 2002–2005 Rickard Andersson