Pokračujeme v díle těch,
kteří byli první.

Aktuální vydání

Číslo 12/2016 vyšlo tiskem
7. 12. 2016. V elektronické verzi na webu od 6. 1. 2017. 

Téma: Měření, měřicí přístroje a měřicí technika; Zkušebnictví a diagnostika

Hlavní článek
Lithiové trakční akumulátory pro elektromobilitu (2. část – dokončení)

Aktuality

Svítící fasáda FEL ČVUT nabídne veřejnosti interaktivní program s názvem Creative Colours of FEL Dne 13. prosince v 16.30 hodin se v pražských Dejvicích veřejnosti představí interaktivní…

Fakulta elektrotechnická je na špici excelentního výzkumu na ČVUT Expertní panely Rady vlády pro výzkum, vývoj, inovace (RVVI) vybraly ve II. pilíři…

Švýcaři v referendu odmítli uzavřít jaderné elektrárny dříve V referendu hlasovalo 45 procent obyvatel, z toho 54,2 procent voličů řeklo návrhu na…

Fakulta elektrotechnická ČVUT v Praze pořádá 25. 11. 2016 den otevřených dveří Fakulta elektrotechnická ČVUT v Praze pořádá 25. listopadu od 8.30 hodin Den otevřených…

Calliope mini – multifunkční deska Calliope mini poskytuje kreativní možnosti pro každého. A nezáleží na tom, zda jde o…

Ocenění v soutěži České hlavičky získal za elektromagnetický urychlovač student FEL ČVUT Student programu Elektronika a komunikace Fakulty elektrotechnické ČVUT v Praze Vojtěch…

Více aktualit

Jednoúčelový elektromagnet pro požární klapky

doc. Ing. Jiří Šťastný, CSc.,
ústav přístrojové a řídicí techniky Strojní fakulty ČVUT Praha
 
Ve vzduchotechnických rozvodech jsou pro zabránění požáru umístněny požární klapky. Aby se tedy požár nemohl vzduchotechnickými rozvody v objektu, který je vzduchotechnikou vybaven, šířit, musí být vzduchotechnické potrubí uzavřeno. Je-li požadováno dálkové uzavření požárních klapek, musí být tyto osazeny elektromagnety. Při požáru je přiveden proud do elektromagnetu, který uvolní západku a požární klapka s využitím pružiny uzavře potrubí. Pro zajištění spolehlivosti tohoto zařízení je třeba vykonávat v pravidelných intervalech kontroly, při kterých se klapka nejprve přivedením proudu do elektromagnetu uzavře a po zkontrolování správnosti uzavření se ručně natáhne pružina klapky, čímž se zároveň uvede i elektromagnet do výchozí polohy.
 
Firma Mandík, a. s., která vyrábí požární klapky, používá pro tyto účely tažný jednofázový elektromagnet, typ EJV 1141, od firmy MEP Postřelmov, a. s.
 
Jmenovité hodnoty tohoto typu elektromagnetu jsou:
  • napájecí napětí U = 230 V při f = 50 Hz,
  • jmenovitá síla FN = 9,8 N,
  • jmenovitý zdvih SN = 10 mm,
  • hustota spínání h = 120 zap./h,
  • hmotnost elektromagnetu včetně kotvy mEM = 0,6 kg.
Tento elektromagnet není zcela vyhovující. Jeho parametry jednak jsou pro daný účel na mezi použitelnosti (přítažná síla, zdvih), jednak nejsou zcela využity (hustota spínání, trvalý přítah). Rovněž ekonomické hledisko je nepříznivé.
 
Firma Mandík, a. s., požádala pracovníky ústavu přístrojové a řídicí techniky Strojní fakulty ČVUT, odbor elektrotechniky, o vyvinutí elektromagnetu, který by byl určen speciálně pro uvolnění požární klapky ve vzduchotechnickém potrubí.
 
Požadavky
  1. napájecí napětí 230 V (50 Hz) s možností přepnutí na 24 V AC/DC,
  2. maximální přípustný proud pro všechny způsoby napájení 1 A,
  3. přítažná síla 40 N,
  4. zdvih 15 mm,
  5. co nejmenší rozměry,
  6. jednoduchá výroba bez potřeby speciálních materiálů a speciálního strojního vybavení.

Řešení

Konstrukce (obr. 1): Magnetický obvod je tvořen trubkou 2 z konstrukční oceli, která je uzavřena horním a dolním víkem. Uvnitř trubky je kostra cívky, na které je navinuto budicí vinutí 3. Dolním víkem 6 prochází válcová kotva 4 rovněž z konstrukční oceli, která je zakončena kuželovou plochou. K vnějšímu konci kotvy je připevněna zarážka 5, která při aktivaci elektromagnetu uvolní mechanismus požární klapky. Horní víko 7 má na vnitřní straně kuželovou dosedací plochu. Na vnější straně je umístněn plošný spoj s usměrňovačem 8 a mikrospínačem 1. Součástí kotvy je táhlo 10 procházející horním víkem, které při přitažení kotvy rozepne kontakty mikrospínače.
 
Na horní části elektromagnetu je připevněn kryt 11 upevněný šroubem. Ze strany krytu je připevněna kabelová vývodka 9.
 
Elektrické zapojení (obr. 2): Elektromagnet se využívá pouze pro uvolnění mechanismu požární klapky. Není tedy třeba, aby proud procházel vinutím elektromagnetu 3 po přitažení kotvy. Proud je do vinutí elektromagnetu přiváděn ze svorkovnice přes rozpínací kontakty mikrospínače 1 a přes můstkový usměrňovač 8. Vinutí je tedy napájeno stejnosměrným proudem jen do okamžiku přitažení kotvy, kdy táhlo kotvy rozpojí kontakty mikrospínače. Mikrospínač je pro menší opotřebení kontaktů umístněn před usměrňovačem. Diody usměrňovače jsou zároveň určeny k potlačení napěťové špičky při přerušení proudu tekoucího do vinutí elektromagnetu.
 
Vinutí je značně poddimenzováno na tepelné ztráty vzhledem k vinutí, které by bylo navrženo pro trvalé napájení. Tím se uspoří měď a není zapotřebí tak velký celkový objem elektromagnetu.
 

Výsledky

Elektromagnet bezpečně vyvíjí požadovanou přítažnou sílu 40 N při požadovaném zdvihu 15 mm. Hmotnost elektromagnetu je 0,55 kg a hmotnost kotvy 0,125 kg. Průměr je 45 mm a výška včetně krytu 100 mm. Při napájení 230 V (50 Hz) je odebírán proud 1 A a doba přítahu činí 100 ms. Dalším požadavkem byla možnost napájet tento elektromagnet napětím 24 V AC nebo DC. Proto byl vyvinut speciální mezistupeň – impulzní spínač (obr. 3).
 
Na vstupu do spínače je usměrňovač 1, který umožňuje činnost spínače při napájení střídavým i stejnosměrným proudem. Generátor pravoúhlých pulzů 2 spíná tranzistor 4. Při zavření spínacího tranzistoru se na indukčnosti 3 indukuje napětí, kterým se nabíjí kondenzátor 6. Dioda 5 zamezuje zpětné vybíjení kondenzátoru. Zařízení pracuje jako nábojová pumpa. Po dosažení potřebného napětí na kondenzátoru sepne obvod 7 tyristor 9, čímž se vybije kondenzátor do vinutí elektromagnetu 8. Zároveň obvod 7 zablokuje generátor pulzů do té doby, než je vypnut přívodní proud.
 
Napětí na kondenzátoru a kapacita kondenzátoru musí být takové, aby energie kondenzátoru WC = 0,5CU2 byla dostatečná pro spolehlivé přitažení kotvy elektromagnetem pro zadané parametry (40 N, 15 mm).
 
Rychlost nabíjení kondenzátoru je závislá na velikosti proudu odebíraného spínačem.
 
Pro splnění podmínky na maximální odebíraný proud 1 A je nastavena doba nabíjení kondenzátoru na 3 s. Z hlediska použití požární klapky tato doba zcela vyhovuje.
 
Obr. 1. Konstrukce elektromagnetu
Obr. 2. Elektrické schéma elektromagnetu
Obr. 3. Blokové schéma impulzního spínače
Obr. 4. Pohled na sestavený elektromagnet
Obr. 5. Pohled na plošný spoj s usměrňovačem a mikrospínačem
Obr. 6. Oscilogram proudu při přítahu kotvy
 

Firma Mandík je s popsaným magnetem velmi spokojena, a má již dokonce pro magnet hotové zkoušky od Elektrotechnického zkušebního ústavu (EZÚ). V současné době je v EZÚ ve fázi zkoušek impulsní spínač. Ústav řídicí a přístrojové techniky navrhl mj. firmě Mandík, aby se pokusila o patentování tohoto zařízení.
 
Ústav řídicí a přístrojové techniky Strojní fakulty ČVUT v Praze má tři odbory, a to odbor řízení a inženýrské informatiky, odbor přesné mechaniky a optiky a odbor elektrotechniky. Odbor elektrotechniky spolupracuje s průmyslem na základě hospodářské smlouvy nebo výzkumného záměru. Z dalších firem, se kterými ústav řídicí a přístrojové techniky spolupracoval lze např. jmenovat AŽD, Grunfos nebo Albion.V současné době pracují v tomto ústavu např. na snímači tlaku pro určení tvaru sedadla do automobilu.
Odbor elektrotechniky nespolupracuje jen s průmyslem, ale zabývá se mj. také např.:
  • výzkumnou činností v oboru ekologických zdrojů energie,
  • životnostními zkouškami strojních mechanizmů,
  • vývojem plantografu (taktilního snímače),
  • školeními o bezpečnosti práce podle vyhlášky 50/78 Sb.,
  • soudní a znaleckou činností v oblasti elektrotechniky a výpočetní techniky aj.
(redakce Elektro)