Girdap Akımlı, Manyetik Tozlu ve Histerezis

Eddy-akımı, manyetik toz ve histerezis frenleri arasındaki fark, frenin tasarımıdır. Hepsinde tasarımı kendi teknolojisine uyarlanmış bir rotor ve stator bulunur. Bir bobin (statorda) bir uyarma akımı ile beslendiğinde bir manyetik alan üretir.

Girdap akımı (Eddy-Current) dinamometreleri (WB)

Magtrol Eddy-current Dinamometreleri Almanca’da “WirbelstromBremse” anlamına gelen “WB” adını taşır (Wirbelstrom = Eddy-current, bremse = fren).

Girdap akımları, bir manyetik alandan geçen iletkenlerde indüklenen dairesel akımlardır. Bu akımlar rotorun hareketine karşı etki eden elektromanyetik kuvvetler oluşturur.

WB Girdap Akımı Dinamometresinde hareketli parça oluklu (splined) silindirik bir rotordan oluşur. Manyetik alan, bir DC akım kaynağı tarafından beslenen bobinler tarafından oluşturulur. Manyetik akı, hava boşluğundan değil rotor oluklarından akarak stator içinde mıknatıslanmış ve mıknatıslanmamış alanlar oluşturur.

Dönüş sırasında, rotor dişleri statorda bir frenleme kuvveti oluşturan Eddy akımları üretir. Bu süreçte üretilen kinetik ısı stator soğutma devresi tarafından emilir.

Girdap akımlı dinamometreler hıza orantılı frenleme gücü uygular (0 rpm’de frenleme gücü yoktur) ve orta ila çok yüksek hızlı uygulamalar için özel olarak uyarlanmıştır (50.000 rpm hatta 100.000 rpm’ye kadar).

Bu dinamometre ile kalkış momentini ölçebilmek için hem statoru hem de rotoru bloke etmek gerekir. Bu durumda, dinamometre dönmeyi bırakır ve test edilen motorun torku tümüyle dinamometre ölçüm ünitesine iletilir.

Manyetik toz dinamometreleri (PB) Powder Brake

Magtrol manyetik toz dinamometreleri, Almanca’da “Pulverbremse” (Pulver = toz) anlamına gelen “PB” adını taşır.
PB Manyetik Toz Dinamometresinde, bobinlerden geçen bir DC akım tarafından oluşturulan manyetik alan ferromanyetik tozu mıknatıslar.

Bu toz, dişli rotor ile frenin statoru arasındaki boşlukta bulunur. Manyetik alanın etkisiyle, rotor dişleri ile stator yüzeyi arasında sürtünme oluşturan bazı sütunlar oluşur.

Bobin akımı değiştirilerek frenleme momenti sürekli olarak değiştirilebilir.

Toz frenler 0 rpm’de güçlü (nominal) bir frenleme torkuna sahiptir ancak hızları sınırlıdır (dinamometrenin boyutuna bağlı olarak 1000 ila 3000 rpm’ye kadar).

Histerezis Dinamometreler

Şaft hızından bağımsız olarak sürtünmesiz tork yüklemesi sağlayan benzersiz bir Histerezis Frenleme Sistemi ile gücü sönümlemektedir. Histerezis Fren, iki temel bileşenin ( ağ örgülü kutup yapısı ve özel bir çelik rotor/şaft düzeneği) birbirine takılması ancak fiziksel temas halinde olmamasıyla tork sağlar.
Kutup yapısına enerji verilinceye kadar, sürükleme fincanı şaft yatakları üzerinde serbestçe dönebilir. Bobinden gelen bir mıknatıslama kuvveti kutup yapısına uygulandığında, hava boşluğu bir akı alanı haline gelir ve rotor manyetik olarak sınırlandırılarak kutup yapısı ile rotor arasında bir frenleme hareketi sağlanır.

Histerezis frenler 0 rpm’den orta aralık hızına kadar (boyuta bağlı olarak 10.000 ila 20.000 rpm’ye kadar) frenleme gücü sağlar.

Hangi uygulamada hangisi?

Üç fren teknolojisinin de amacı kontrollü bir karşı moment üretmektir; ayrıştıkları nokta bu momenti nasıl ürettikleri ve devir ile nasıl değiştiğidir.

• Girdap akımlı (eddy-current): ürettiği fren momenti devir arttıkça artar; çok düşük devirlerde ve durma noktasında moment üretemez. Yüksek devirli motor testleri için uygundur.
• Manyetik tozlu (powder brake): moment büyük ölçüde devirden bağımsızdır ve sıfır devirde de moment üretilebilir. Düşük devirli, yüksek moment gerektiren uygulamalarda kullanılır.
• Histerezis: temassız çalışır ve sürtünen parça bulunmadığı için aşınma ve buna bağlı moment kayması en aza iner. Küçük motorların hassas yüklenmesinde tercih edilir.

Isı yönetimi test süresini belirler

Frenin soğurduğu mekanik enerji ısıya dönüşür. Bu ısı uzaklaştırılamazsa sıcaklık artar ve iki sonuç doğurur: fren karakteristiği kayar, ve cihaz koruma sınırına ulaşarak testi keser.

Bu nedenle sürekli çalışma gerektiren testlerde soğutma yöntemi (hava veya su) seçimin ayrılmaz parçasıdır. Kısa süreli tepe yükler ile sürekli çalışma değerleri farklıdır; seçim sürekli çalışma değerine göre yapılmalıdır.

Seçim kontrol listesi

• Test edilecek motorun devir aralığı ve moment aralığı nedir?
• Sıfır veya çok düşük devirde moment gerekiyor mu?
• Test süresi kısa çevrimli mi, sürekli mi?
• Ne kadar güç ısı olarak uzaklaştırılacak, soğutma altyapısı var mı?
• Moment kontrolünün hassasiyeti ve tepki hızı ne olmalı?
• Tork ve devir ölçümü frenin kendisinden mi, ayrı sensörden mi alınacak?

Fren mi, dinamometre mi?

Günlük kullanımda bu iki terim sık sık birbirinin yerine kullanılır; aralarında pratik bir fark vardır. Fren yalnız yük uygular. Dinamometre ise yük uygulamanın yanı sıra tork ve devri ölçer, böylece motorun güç eğrisi çıkarılabilir.

Sisteminizde tork ölçümü ayrı bir sensörden alınıyorsa fren yeterli olabilir. Bütünleşik bir çözüm isteniyorsa ölçüm yeteneği olan dinamometre tercih edilir.