VCM.pdf

(971 KB) Pobierz
P O L I T E C H N I K A
Ś L Ą S K A
WYDZIAŁ ELEKTRYCZNY
KATEDRA MECHATRONIKI
Laboratorium Mechaniki i mechatroniki
Nr:
3
Wykonano:
21.10.2014
Prowadzący:
Temat:
Wyznaczanie charakterystyk statycznych silnika
VCM napędzającego aktuator głowic HDD.
Oddano:
04.11.2014
dr inż. Paweł Kielan
Nazwisko i Imię
Ocena
Data, podpis
1. Patryk Kuźma
Stacjonarne
Elektrotechnika
Semestr:
3
Grupa:
2
Sekcja:
3
Dz. i godz. Zajęć
13
45
-15
15
..................
..................
..................
..................
..................
..................
..................
2. Filip Skoczylas
3. Filip Korycik
4. Marcin Mucha
5. Marcin Spannbauer
6. Łukasz Gawron
7. Wojciech Chmiel
1. Cel ćwiczenia
Celem ćwiczeń laboratoryjnych jest pomiarowe zdjęcie charakterystyk momentu
rozruchowego silnika VCM (VCM – Voice Coil Motor), stosowanego
w aktuatorach głowic dysków twardych, w funkcji położenia kątowego cewki silnika
i prądu płynącego przez uzwojenie. Podczas laboratorium wykonano pomiar prądu (na
zasilaczu) oraz siły (siłomierz) przy różnych ustawieniach kątowych ramienia aktuatora.
2. Wstęp teoretyczny
W analizie dynamiki aktuatorów głowic dysków twardych używane są uproszczone
modele matematyczne silników VCM (Voice Coil Motor - łukowe silniki prądu stałego
wzbudzone od magnesów trwałych). Podstawowym założeniem upraszczającym jest przyjęcie
równomiernego rozkładu pola magnetycznego w szczelinie silnika z pominięciem zjawisk
skrajnych, co jest poprawne przy małych zakresach kątowych ruchu cewki silnika. W
przypadku dużych zakresów kątowych ruchu cewki silnika przyjęcie stałej wartości indukcji
w szczelinie prowadzi do znacznych błędów w modelowaniu stanów dynamicznych
aktuatorów głowic. Przy dużych zakresach kątowych ruchu, silnik wytwarza różne wartości
momentu napędowego (najmniejsze w położeniach skrajnych, a największe w położeniach
środkowych).
Silnik VCM w istocie swojego działania wykorzystuje zjawisko powstawania siły
oddziaływującej na przewodnik z prądem umieszczony w polu magnetycznym. Zakładając
jednorodne pole magnetyczne (pochodzące od magnesu trwałego) pomiędzy dolnym i
górnym jarzmem stojana, prostopadle skierowane do płaszczyzny wyznaczonej przez cewkę
silnika VCM, siłę tą można obliczyć ze wzoru:
����(����) = 2���������������� ����
gdzie:
N– liczba zwojów cewki,
l– czynna długość boku cewki,
B– indukcja w szczelinie,
i(t)- prąd cewki.
3. Schemat układu pomiarowego
(1)
Rys.1. Schemat układu pomiarowego do badania silnika VCM
4. Przebieg ćwiczenia
Po zmontowaniu całego układu jak na rysunku 1, rozpoczęliśmy pomiar siły
wywieranej na siłomierz, przy odpowiednich kątach ustawienia ramienia. Po przekształceniu
wzoru 1 otrzymaliśmy wzór na indukcję uzwojenia silnika:
���� =
����(����)
2������������(����)
(2)
Tab.1. Wartości siły oporu e-bloku aktuatora w zależności od kąta
10°
i prądu cewki.
kąt 10°
Lp.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
I[mA]
0,3
0,6
0,9
1,2
1,5
1,8
2,1
2,4
2,7
3
3,3
3,6
3,9
F[N]
0,07
0,13
0,18
0,22
0,31
0,39
0,44
0,5
0,55
0,62
0,69
0,76
0,81
U[V]
1,2
2,5
3,5
B
0,5 0,0206856
0,019208
0,016253
0,019208
1,6 0,0177305
2,8 0,0183215
4,1 0,0185748
4,8 0,0184693
5,4 0,0180588
6 0,0183215
6,9 0,0185364
7,9 0,0187155
8,5 0,0184124
Tab.2. Wartości siły oporu e-bloku aktuatora w zależności od kąta
15°
i prądu cewki.
kąt 15°
Lp.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
I[mA]
0,3
0,6
0,9
1,2
1,5
1,8
2,1
2,4
2,7
3
3,3
3,6
3,9
F[N]
0,09
0,15
0,19
0,24
0,3
0,35
0,41
0,47
0,53
0,59
0,66
0,69
0,76
U[V]
B
0,6 0,0265957
1,2 0,0221631
1,6 0,0187155
2,1 0,0177305
2,9
3,3
0,177305
0,017238
3,9 0,0173083
4,6 0,0173611
5,3 0,0174022
6,1
0,017435
6,9 0,0177305
7,8 0,0169917
8,6 0,0172759
Tab.3. Wartości siły oporu e-bloku aktuatora w zależności od kąta
20°
i prądu cewki.
kąt 20°
Lp.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
I[mA]
0,3
0,6
0,9
1,2
1,5
1,8
2,1
2,4
2,7
3
3,3
3,6
3,9
F[N]
0,05
0,12
0,16
0,22
0,28
0,34
0,4
0,44
0,48
0,54
0,6
0,66
0,7
U[V]
1,1
B
0,6 0,01477541
0,0177305
1,6 0,01576044
2,2 0,01625296
2,7 0,01654846
3,4 0,01674547
4,1 0,01688619
4,7 0,01625296
5,6 0,01576044
6,2 0,01595745
6,8 0,01611863
7,6 0,01625296
8,3 0,01591198
Tab.4. Wartości siły oporu e-bloku aktuatora w zależności od kąta
25°
i prądu cewki.
kąt 25°
Lp.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
I[mA]
0,3
0,6
0,9
1,2
1,5
1,8
2,1
2,4
2,7
3
3,3
3,6
3,9
F[N]
0,08
0,13
0,19
0,26
0,32
0,38
0,44
0,5
0,56
0,62
0,69
0,75
0,8
U[V]
1,2
2,1
B
0,6 0,0236407
0,019208
0,019208
1,6 0,0187155
2,9 0,0189125
3,3 0,0187155
3,9 0,0185748
4,6 0,0184693
5,3 0,0183872
6,1 0,0183215
6,9 0,0185364
7,8 0,0184693
8,6 0,0181851
0,9
0,8
0,7
0,6
F[N]
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0
0,3 0,6 0,9 1,2 1,5 1,8 2,1 2,4 2,7 3,0 3,3 3,6 3,9
I[mA]
kąt 10°
kąt 15°
kąt 20°
kąt 25°
Rys.2. Porównanie wartości siły aktuatora w zależności od prądu cewki dla różnych kątów
0,029
0,027
0,025
B[T]
0,023
0,021
0,019
0,017
0,015
0,1 0,1 0,2 0,3 0,3 0,4 0,4 0,5 0,6 0,6 0,7 0,8 0,8
F[N]
kąt 10°
kąt 15°
kąt 20°
kąt 25°
Rys.3 Porównanie wartości indukcji uzwojenia silnika w zależności od prądu cewki dla
różnych kątów
Przy pomocy oprogramowania utworzyliśmy przekrój silnika VCM, w którym zostały
uwzględnione wszystkie jego elementy czyli uzwojenie silnika, magnesy. Podczas
modelowania należy zwrócić szczególną uwagę przy wprowadzaniu wielkości danych
elementów oraz przy wprowadzaniu właściwości materiałowych.
Rys.4. Przekrój poprzeczny silnika VCM

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika:

Zgłoś jeśli naruszono regulamin