Levitador Magnetico
Páginas: 8 (1909 palabras)
Publicado: 5 de diciembre de 2012
LEVITACION MAGNETICA
RESUMEN: Este trabajo presenta el diseño básico de una experiencia de levitación magnética para ser aplicada en un curso de laboratorio de control automático. La experiencia de levitación magnética, caracterizada por presentar un alto impacto visual en los estudiantes, ilustra en forma práctica y clara diversos aspectos del control automático, tales comomodelamiento matemático, simulación, diseño de controladores, sistemas de control en tiempo real e implementación, todo lo anterior aplicado a un proceso altamente no lineal e inherentemente inestable, ideal como ejemplo de estudio.
PALABRAS CLAVE: Levitación magnética, compensación de corrientes, foto resistencia.
I. INTRODUCCION
Desde sus primeros estudios, la levitación magnética ha sidoaplicada naturalmente en numerosos sistemas, como por ejemplo, rodamientos de bajo roce, sistemas mecánicos de almacenamiento de energía y sistemas de transporte de alta velocidad.
Existen dos principios de levitación que sustentan todas estas aplicaciones: repulsión y atracción. En la levitación por repulsión, las corrientes inducidas en un cuerpo conductor generan las fuerzas delevitación.
Este sistema es estable en su eje vertical, y tiene un punto de equilibrio natural. En la levitación por atracción, un cuerpo es atraído por un flujo magnético en contra de la gravedad; el equilibrio que se produce entre la fuerza de atracción y la gravedad es inestable, por lo que la levitación por atracción es impracticable sin la ayuda de sistemas de control.
Pese a existir grancantidad de información y trabajos relacionados con proyectos de levitadores y diseño optimizado de un levitador, la levitación magnética siempre constituye una demostración de alto impacto visual que permite ilustrar claramente un gran número de temas relacionados con la ingeniería eléctrica, tales como principios electromagnéticos, estudio y modelamiento de sistemas dinámicos, control de sistemasinestables, etc.
Este trabajo presenta el diseño de un levitador magnético para un curso de laboratorio de control análogo.
Como resultado del trabajo desarrollado se presenta un circuito de control y se enuncian las principales consideraciones que se encontraron.
II. REALIZACION DEL LEVITADOR
El sistema completo del levitador se compone de un sensor emisor y receptor de luz, unelectroimán y un objeto levitante; y finalmente, un amplificador de potencia para la corriente de la bobina. El diagrama de bloques de la Fig. 2 se muestra el esquema completo.
Fig. 1 Esquema levitador magnético
Fig. 2 Diagrama de bloques del sistema
a. Diseño y Construcción de la Bobina
En el caso de este trabajo, la bobina fue diseñada en base a prueba y error, y difiere del óptimo; sinembargo, presenta un excelente funcionamiento para los efectos requeridos. Fue construida empleando un núcleo liso de fierro, en torno al cual un alambre esmaltado calibre 25 cuidadosamente enrollado 500 gramos, alcanzando así 3000 vueltas en total. El cuerpo levitante es una esfera de 4 cm de diámetro, con una masa aproximada de m=0.05 kg. A través de la bobina puede circular una corriente de 1 Amanteniendo su temperatura dentro de límites razonables.
b. Diseño del Sensor
Dado que el punto de operación queda limitado por la corriente que circula a través de la bobina, que se recomienda mantener bajo 0.3 mA, La distancia que manejamos entre los sensores fue de 13cm. De esta forma garantizamos niveles de voltaje satisfactorios para el control de suspension, es decir, cuando losmódulos tengan un máximo de voltaje (no sean obstruidos) la corriente será máxima en el electroimán para que suspenda el objeto; cuando los módulos sean obstruidos será porque el objeto esta suspendido y para que el electroimán no atraiga por completo el objeto, la corriente será mínima.
Fig. 3 Esquemático del circuito sensor
c. Diseño del Amplificador de Potencia
El diseño de un...
RESUMEN: Este trabajo presenta el diseño básico de una experiencia de levitación magnética para ser aplicada en un curso de laboratorio de control automático. La experiencia de levitación magnética, caracterizada por presentar un alto impacto visual en los estudiantes, ilustra en forma práctica y clara diversos aspectos del control automático, tales comomodelamiento matemático, simulación, diseño de controladores, sistemas de control en tiempo real e implementación, todo lo anterior aplicado a un proceso altamente no lineal e inherentemente inestable, ideal como ejemplo de estudio.
PALABRAS CLAVE: Levitación magnética, compensación de corrientes, foto resistencia.
I. INTRODUCCION
Desde sus primeros estudios, la levitación magnética ha sidoaplicada naturalmente en numerosos sistemas, como por ejemplo, rodamientos de bajo roce, sistemas mecánicos de almacenamiento de energía y sistemas de transporte de alta velocidad.
Existen dos principios de levitación que sustentan todas estas aplicaciones: repulsión y atracción. En la levitación por repulsión, las corrientes inducidas en un cuerpo conductor generan las fuerzas delevitación.
Este sistema es estable en su eje vertical, y tiene un punto de equilibrio natural. En la levitación por atracción, un cuerpo es atraído por un flujo magnético en contra de la gravedad; el equilibrio que se produce entre la fuerza de atracción y la gravedad es inestable, por lo que la levitación por atracción es impracticable sin la ayuda de sistemas de control.
Pese a existir grancantidad de información y trabajos relacionados con proyectos de levitadores y diseño optimizado de un levitador, la levitación magnética siempre constituye una demostración de alto impacto visual que permite ilustrar claramente un gran número de temas relacionados con la ingeniería eléctrica, tales como principios electromagnéticos, estudio y modelamiento de sistemas dinámicos, control de sistemasinestables, etc.
Este trabajo presenta el diseño de un levitador magnético para un curso de laboratorio de control análogo.
Como resultado del trabajo desarrollado se presenta un circuito de control y se enuncian las principales consideraciones que se encontraron.
II. REALIZACION DEL LEVITADOR
El sistema completo del levitador se compone de un sensor emisor y receptor de luz, unelectroimán y un objeto levitante; y finalmente, un amplificador de potencia para la corriente de la bobina. El diagrama de bloques de la Fig. 2 se muestra el esquema completo.
Fig. 1 Esquema levitador magnético
Fig. 2 Diagrama de bloques del sistema
a. Diseño y Construcción de la Bobina
En el caso de este trabajo, la bobina fue diseñada en base a prueba y error, y difiere del óptimo; sinembargo, presenta un excelente funcionamiento para los efectos requeridos. Fue construida empleando un núcleo liso de fierro, en torno al cual un alambre esmaltado calibre 25 cuidadosamente enrollado 500 gramos, alcanzando así 3000 vueltas en total. El cuerpo levitante es una esfera de 4 cm de diámetro, con una masa aproximada de m=0.05 kg. A través de la bobina puede circular una corriente de 1 Amanteniendo su temperatura dentro de límites razonables.
b. Diseño del Sensor
Dado que el punto de operación queda limitado por la corriente que circula a través de la bobina, que se recomienda mantener bajo 0.3 mA, La distancia que manejamos entre los sensores fue de 13cm. De esta forma garantizamos niveles de voltaje satisfactorios para el control de suspension, es decir, cuando losmódulos tengan un máximo de voltaje (no sean obstruidos) la corriente será máxima en el electroimán para que suspenda el objeto; cuando los módulos sean obstruidos será porque el objeto esta suspendido y para que el electroimán no atraiga por completo el objeto, la corriente será mínima.
Fig. 3 Esquemático del circuito sensor
c. Diseño del Amplificador de Potencia
El diseño de un...
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