Üstünlüklerin Bir Düşme Kulesi

GEFRAN frekans dönüştürücüleri, Almanya'nın eşsiz Einstein Asansörü Hannover'e kuruldu.

Giuseppe Savoca tarafından

Uzayda, ayda ve hatta Mars'ta uygulamalar için fiziksel ve üretim mühendisliği deneyleri: Kulağa bilim kurgu gibi gelen şeyler yakında gerçek olabilir. Bu amaçla yapılan araştırma deneyleri, Leibniz Üniversitesi Hannover'de yeni bir serbest düşme kulesinde halihazırda gerçekleştirilmektedir. Bu, 1 s'ye kadar ağırlıksız değişken yerçekimi koşullarının ayarlanabildiği Einstein Asansörü[2-4]. Kuledeki test kapsülü, birkaç megawatt güç gereksinimi olan yüksek güçlü bir tahrik sistemi tarafından hızlandırılır. GEFRAN, güç kaynağını kontrol eden frekans dönüştürücülerini üretti.

Ay, keşif gezileri için ideal bir başlangıç ​​noktasıdır ve gelecekte bir araştırma istasyonu olarak bile hizmet edebilir. Bu nedenle insanlı uzay uçuşu, inşaat malzemesi üretmek veya bileşen ve yedek parça üretmek için kullanılabilecek her zamankinden daha fazla ekipman gerektirir. Her ikisi de Almanya'da bulunan Laser Zentrum Hannover eV ve Braunschweig Teknik Üniversitesi'ne bağlı IRAS Uzay Uçuş Sistemleri Enstitüsü'nden araştırmacılar, şu anda ay tozunu eritebilen ve katı hale getirebilen bir lazer geliştirmek için MOONRISE projesi (bkz. kenar çubuğu) üzerinde çalışıyorlar. toplar. Leibniz'de Ulaştırma Otomasyon Teknolojisi Enstitüsü'nün (ITA) direktörü olarak görev yapan ve Laser Zentrum araştırma kurulu başkanı Dr. Ludger Overmeyer, “Bu, gelecekte 3D baskıyı aya getirmenin ilk adımı” diyor. Hannover ve MOONRISE projesinin yöneticisi.

Overmeyer, "Bu ortamdaki üretim veya işleme adımları, Dünya'dakinden tamamen farklı yerçekimi koşulları altında gerçekleşir," diye açıklıyor. Uzaydaki ortam koşullarını simüle etmek için ITA, Leibniz'deki Kuantum Optik Enstitüsü ile işbirliği içinde projeyi birkaç yıl önce başlattı ve bu yılın başında faaliyete geçti.

Üç, İki, Bir, Fırlat!

Diğer indirme kuleleri için tekrarlama oranı günde sadece iki ila üç deney iken, Einstein Asansöründe her 4 dakikada bir yeni bir test başlatılabilir ve üç vardiyalı operasyonda günde toplam 300 uçuş teorik olarak yapılabilir. Diğer kulelerde olduğu gibi büyük vakum odaları ve serbest düşüş yerine, raylar üzerinde yönlendirilen bir gondol şeklindeki bir test odası muazzam hızlarda yukarı ve aşağı hareket eder. Einstein Asansörü, aynı zamanda, ağırlıksızlığın yanı sıra farklı yerçekimi koşullarını simüle edebilen dünyadaki ilk kuledir. 1.7 m çapında, 2 m yüksekliğinde ve maksimum 1000 kg kapasiteli gondol, deney düzenekleri için yeterince büyüktür.

Overmeyer, “Einstein Elevator, hız trenlerinin tahrik teknolojisini bir işleme merkezinin konumlandırma hassasiyetiyle birleştiren disiplinler arası bir mühendislik şaheseridir” diye açıklıyor. Zorluk, ağır yükleri çok yüksek hızlarda hareket ettirmek ve mutlak hassasiyetle fren yapmaktan ibarettir. Motorlar muazzam bir güç sağlamalı ve yüksek düzeyde bir otomasyon olmalıdır. Sistem ayrıca son derece hassas ölçüm ve kontrol teknolojisi ile donatılmalıdır.

Dönüştürücüler de senkronizasyon için son derece önemlidir. Sistem üç bağımsız aktarma organı içerir. Bunlardan ikisi gondol hızlandırmak için kullanılır. “Her aktarma organı, paralel bağlı beş GEFRAN ADV200 serisi[3] frekans dönüştürücü ile donatılmıştır. Her biri 400 kW kapasiteye ve sistemi yüksek düzeyde simetriyle yukarı doğru hareket ettirmek için %180'e varan aşırı yüke sahiptir," diye açıklıyor ITA Einstein Asansör proje yöneticisi Christoph Lotz. Üçüncü aktarma organı, havada asılı duran yüksekliği (ağırlıksızlık) kontrol eder ve değişken ivmeleri üretir.

Yüksek Güçlü Tahrik Sistemi

Einstein Asansörünün çalışması için gelişmiş tahrik, fren ve kontrol sistemi (uçan teknoloji dahil), Leibniz Üniversitesi Hannover ile işbirliği içinde INTRASYS GmbH[4] tarafından geliştirilmiştir. Bu, 1 mT'den daha ağır olan gondolun 5 s'de 72 G ila 0.5 km/s'lik bir kuvvetle dikey olarak hızlanmasına ve sonrasında güvenli frenleme yapılmasına olanak tanır. Bunu başarmak için şirket tarafından sağlanan lineer tahrik sistemleri birkaç saniye için çok yüksek akımlar gerektirir. Ar-Ge genel müdürü Dr. Tobias Hollmer, "Gondola fırladığında, GEFRAN dönüştürücüler, STERCOM GmbH'nin[5] süper kapasitör pili (SC) enerji depolama sisteminden büyük miktarda güç çeker ve bunu statorlara sağlar." INTRASYS, açıklıyor. Statorlarda akım, aracı sürmek için başka bir manyetik alanla etkileşime giren bir manyetik alan oluşturur.

Einstein Asansörü, tahrik üreticisi tarafından düşme kulesi için özel olarak geliştirilmiş hem standart hem de özel bileşenleri kullanır. Hollmer, "Zamanla kanıtlanmış hız treni sürücülerimizin aksine, bu proje için çok daha hassas bir konumlandırma sistemi uygulamak zorunda kaldık" diyor. "Sistemin kontrol doğruluğu için katı gereksinimlerini karşılamak için bu gerekliydi." Uygulamanın dinamikleri nedeniyle, piyasada hazır bir çözüm bulunmadığından şirket, optik veri iletimi için de yeni bir yöntem kullanıyor.

Ölçme ve Kontrol

Bir diğer belirleyici özellik, kontrol ve ölçüm teknolojisi arasındaki kesintisiz etkileşimdir. Lotz, "Sensörlerimiz doğrudan gondol üzerine monte edilmiştir ve verileri kulede kurulu olan tahrik sistemine gerçek zamanlı olarak gönderir" diye açıklıyor. "Yalnızca yüksek hızlarda değil, aynı zamanda 40 m yüksekliğindeki düşme kulesinde bu kadar uzun bir yolda da düzgün çalışması gerektiği düşünüldüğünde, bu bir meydan okumaydı."

Hassas gezinme kontrolü elde etmek için INTRASYS ayrıca yeni bir kontrol sistemi ve standart boyunduruklara kıyasla ağırlığı önemli ölçüde azaltan özel olarak tasarlanmış bir manyetik boyunduruk geliştirdi. Holmer diyor ki:

“Bu sistemle kesinlikle teknolojik olarak yeni bir çığır açıyoruz. Benim bakış açıma göre, 5 MW'a varan bu kadar yüksek tahrik gücü ve yüksek hassasiyetli kontrolün kombinasyonu - bu da gondol içindeki havada asılı kalma yüksekliğini birkaç milimetre içinde sabit tutmayı mümkün kılar - özellikle etkileyici."

Yüksek Güçlü Depolama Sistemi

Düşürme kulesinin planlanması sırasında, tahrik için bu kadar yüksek gücün basitçe şebekeden çekilemeyeceği anlaşıldığında, yüksek güçlü depolama sistemlerinin yapımında uzmanlaşmış STERCOM'a danışıldı. Robert Sterff, "GEFRAN dönüştürücülerini AC voltajı DC'ye dönüştürmeleri için ana şebekeye basitçe bağlamış olsaydık, bu, besleme ağına muazzam bir yük bindirecek ve civardaki hassas araştırma tesislerinde voltajın çökmesine neden olacaktı," diye açıklıyor Robert Sterff, STERCOM'un CEO'su ve kurucusu. "Einstein Asansöründe ihtiyaç duyulan güç, yavaş şarj edilen ancak çok yüksek akımları - 7000 A'ya kadar - hızlı bir şekilde iletebilen yüksek güçlü tampon depolamanın kullanılmasını gerektirir."

Diğer uygulamalar frenleme enerjisinin depolanması ve yeniden kullanılması için geri kazanım sistemleri kullanırken, ITA rejeneratif frenlemeye karşı karar verdi. Tasarruf edilen güç hiçbir şekilde güvenlik riskiyle orantılı değildir. Overmeyer, "Önceliğimiz sistemi her zaman güvenli bir şekilde durdurabilmekti" diyor. Belirli bir deneydeki güç tükendikten sonra, sistemin yeniden şarj olması için 4 dakikası vardır. Yaklaşık 1 milyon şarj döngüsü ile bir SC, yalnızca birkaç bin döngü ile sınırlı olan normal bir pilden çok daha uzun bir ömre sahiptir. Kullanılan depolama elemanları, büyük kapasiteli yüksek performanslı kapasitörler olan çift katmanlı kapasitörler veya SC'lerdir. Modern lityum pillerden daha az enerji depolasalar da, çok daha hızlı ve daha çok kez serbest bırakabilirler. Sterff, "Geleneksel piller dayanıklılık sporcuları gibidir, SC'ler ise çok fazla kalkış gücüne sahip sprinterler gibidir," diye açıklıyor.

Planlanan Daha Fazla Geliştirme

Leibniz Üniversitesi Hannover'deki araştırmacılar, seçilen tahrik bileşenlerinin etkileşiminden ve proje ortakları arasındaki disiplinler arası işbirliğinden çok memnunlar. Overmeyer, "Sistemin geliştirilmesi, yakın gelecekte yapılacak yeni deneylerle devam edecek" diyor. ITA araştırma ekibi ile işbirliği içinde INTRASYS, Einstein Asansörü için farklı, ayrıntılı yerçekimi, atmosferik ve ortam koşullarının uyarılması için daha da geniş bir test spektrumu için ek çalışma profilleri oluşturacaktır. Lotz, “Her şeyden önce, kontrol mühendisliğindeki özel detaylar uygulanmalıdır” diyor. Bu, araştırmanın uzayda, ayda veya diğer gezegenlerde işleyen bir altyapı için gerekli üretim veya işleme adımlarını uygulama hedefine yaklaşmasını sağlayacaktır.

Referanslar

[1] www.hitec.uni-hannover.de/de/grossgeraete/einstein-elevator
[2] www.elevatorworld.com/einstein-asansör
[3] www.gefran.com/de/de/products/250-adv200-frequenzumrichter-mit-feldorientierter-vektorregelung-fuer-den-schaltschrankeinbau
[4] intrasys-gmbh.com
[5] stercom.de/de
[6] www.lzh.de/de
[7] www.gefran.com/de/de/applications/5-aufzugstechni