Componentes planata levitacion magnetica

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  • Publicado : 30 de mayo de 2011
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La planta de levitación magnética planteada en este proyecto de grado está formada básicamente por un electroimán y una esfera de material ferromagnético; el campo magnético producido por la corriente que circula a través del electroimán va a inducir otro campo sobre la esfera creando así una fuerza de atracción entre los dos. Para que el sistema fuera estable debería existir una región alrededordel punto de equilibrio en la cual todas las fuerzas que se generaran apunten hacia el.
El levitador planteado requiere ser controlado en un grado de libertad, el eje vertical y es el punto inicial para el posterior desarrollo de sistemas mucho más complejos como los trenes de levitación magnética nombrados anteriormente, en donde se hace necesario controlar también el eje horizontal para evitarel descarrilamiento y generar propulsión basada en el principio de motor lineal síncrono.
Todos los sistemas que utilicen levitación magnética para sustentar elementos ferromagnéticos deben contar, por lo menos, con dos elementos: un sistema eléctrico, constituido por una fuente variable de voltaje o corriente conectada a una bobina y un sistema electromecánico, que utiliza la energía eléctricaalmacenada en la bobina en forma de campo magnético para compensar la energía mecánica. Esta última relación se comprueba físicamente como el equilibrio de fuerza magnética y mecánica [1]. En la figura 4.1 se ilustra el sistema descrito donde u(t) es voltaje o señal de control, i(t) la corriente que fluye a través del electroimán, Fm la fuerza magnética de atracción, Y es la distancia entre laesfera y el núcleo y Fg la fuerza que ejerce la gravedad sobre la masa levitante. Para lograr suspender la esfera en el aire, la magnitud de la fuerza magnética debe ser igual a la magnitud del peso de ésta.
Figura 4.1. Esquema del sistema de levitación magnética.
El electroimán o bobina es el elemento actuador en la planta, éste debe generar un campo magnético lo suficientemente grande como paralograr sostener en el aire una esfera en un rango de al menos tres centímetros, para lograr un buen campo se requiere hacer circular por el una corriente máxima cercana a los cinco amperios; este es el primer criterio para el diseño de la bobina, se debe elegir un alambre que pueda soportar valores de corriente superiores a la corriente mencionada. El alambre AWG 18 soporta una corriente máxima de8,1 amperios, que hace de éste un calibre apropiado.
En el caso del calibre 18 se tiene una resistencia eléctrica de 20,9 Ω por kilómetro a 20 ºC.
El siguiente criterio de diseño es la inductancia, ésta debe ser lo suficientemente grande como para generar la fuerza magnética requerida, pero sin ser exageradamente grande de manera que se afecte el tiempo de respuesta del sistema, es decir que elcambio de corriente en el electroimán no responda con la misma rapidez que la señal de control, esto debido a que una bobina no permite cambios bruscos de corriente.

En la construcción del levitador magnético se requerirán dos tipos de fuente, una para alimentar el electroimán la cual se le llamará fuente de potencia y otra para alimentar los dispositivos tales como amplificadoresoperacionales, microcontroladores entre otros.

Fuente de Potencia
Esta se encargará de alimentar con un voltaje DC ajustado de acuerdo a la resistencia interna del electroimán, para que la corriente máxima se encuentre en un valor cercano a cinco amperios. El transformador de ésta fuente deberá entregar dicha corriente y se desea que lo haga sin mayor esfuerzo, por tal motivo será diseñado para entregaruna corriente superior a la requerida.
Fuente dual y cinco voltios
Esta será la fuente encargada de alimentar toda la parte de instrumentación de la planta. Se requiere de 12 voltios positivos y negativos para energizar los amplificadores operacionales usados en la medición y el acondicionamiento de señal, de cinco voltios para energizar el microcontrolador, sensores y otros elementos. No es...
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