proste układy wykonawcze - mif.pg.gda.pl · silniki prądu stałego. jeżeli zależy nam jedynie...
TRANSCRIPT
![Page 1: Proste układy wykonawcze - mif.pg.gda.pl · Silniki prądu stałego. Jeżeli zależy nam jedynie na włączaniu i wyłączaniu małego silnika prądu stałego za pomocą sygnału](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052306/5c792e9f09d3f2c9458bf93f/html5/thumbnails/1.jpg)
Proste układy wykonawcze- sterowanie przekaźnikami, tyrystorami i małymi silnikami elektrycznymi
Ryszard J. Barczyński, 2018Politechnika Gdańska, Wydział FTiMS, Katedra Fizyki Ciała StałegoMateriały dydaktyczne do użytku wewnętrznego
![Page 2: Proste układy wykonawcze - mif.pg.gda.pl · Silniki prądu stałego. Jeżeli zależy nam jedynie na włączaniu i wyłączaniu małego silnika prądu stałego za pomocą sygnału](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052306/5c792e9f09d3f2c9458bf93f/html5/thumbnails/2.jpg)
Cyfrowe porty wyjściowepoziomy sygnałów
Poziomy wyjściowe portów równoległych to zwykle któraś z wersji standardów cyfrowych. W celu sterowania rzeczywistych
obiektów trzeba zwykle uzupełniać je o:
● Wzmacniacze napięć i prądów ● Przekaźniki● Separację galwaniczną● Układy sterujące z tyrystorami● ...
![Page 3: Proste układy wykonawcze - mif.pg.gda.pl · Silniki prądu stałego. Jeżeli zależy nam jedynie na włączaniu i wyłączaniu małego silnika prądu stałego za pomocą sygnału](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052306/5c792e9f09d3f2c9458bf93f/html5/thumbnails/3.jpg)
Porty wyjściowe(wzmacniacze)
● Najprostsze wzmacniacze to układy● ... z pojedynczym tranzystorem● Również do sterowania przekaźników● ... często stosujemy pojedyncze tranzystory
![Page 4: Proste układy wykonawcze - mif.pg.gda.pl · Silniki prądu stałego. Jeżeli zależy nam jedynie na włączaniu i wyłączaniu małego silnika prądu stałego za pomocą sygnału](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052306/5c792e9f09d3f2c9458bf93f/html5/thumbnails/4.jpg)
Przekaźniki
![Page 5: Proste układy wykonawcze - mif.pg.gda.pl · Silniki prądu stałego. Jeżeli zależy nam jedynie na włączaniu i wyłączaniu małego silnika prądu stałego za pomocą sygnału](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052306/5c792e9f09d3f2c9458bf93f/html5/thumbnails/5.jpg)
Porty wyjściowe(wzmacniacze)
● Gdy potrzebny jest większy prąd● ... stosujemy układy Darlingtona
![Page 6: Proste układy wykonawcze - mif.pg.gda.pl · Silniki prądu stałego. Jeżeli zależy nam jedynie na włączaniu i wyłączaniu małego silnika prądu stałego za pomocą sygnału](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052306/5c792e9f09d3f2c9458bf93f/html5/thumbnails/6.jpg)
Porty wyjściowe(wzmacniacze)
● Mniejszy przekaźnik można wykorzystać do włączenie większego (stycznika)
![Page 7: Proste układy wykonawcze - mif.pg.gda.pl · Silniki prądu stałego. Jeżeli zależy nam jedynie na włączaniu i wyłączaniu małego silnika prądu stałego za pomocą sygnału](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052306/5c792e9f09d3f2c9458bf93f/html5/thumbnails/7.jpg)
Porty wyjściowe(wzmacniacze)
● Rysunek przedstawia wzmacniacz● ... bardziej złożony● ... zarówno dostarczający znacznego prądu● ... jak i pozwalający na jego wpływanie do wyjścia układu
![Page 8: Proste układy wykonawcze - mif.pg.gda.pl · Silniki prądu stałego. Jeżeli zależy nam jedynie na włączaniu i wyłączaniu małego silnika prądu stałego za pomocą sygnału](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052306/5c792e9f09d3f2c9458bf93f/html5/thumbnails/8.jpg)
Porty wyjściowe(wzmacniacze)
● Również i ten rysunek przedstawia wzmacniacz● ... bardziej złożony● ... zarówno dostarczający znacznego prądu● ... jak i pozwalający na jego wpływanie do wyjścia układu● ... jest to w zasadzie połowa mostka H...
![Page 9: Proste układy wykonawcze - mif.pg.gda.pl · Silniki prądu stałego. Jeżeli zależy nam jedynie na włączaniu i wyłączaniu małego silnika prądu stałego za pomocą sygnału](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052306/5c792e9f09d3f2c9458bf93f/html5/thumbnails/9.jpg)
Silnikiprądu stałego.
Większe możliwości sterowania silnikiem daje nam układ mostkowy (tak zwany H-bridge).
![Page 10: Proste układy wykonawcze - mif.pg.gda.pl · Silniki prądu stałego. Jeżeli zależy nam jedynie na włączaniu i wyłączaniu małego silnika prądu stałego za pomocą sygnału](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052306/5c792e9f09d3f2c9458bf93f/html5/thumbnails/10.jpg)
Porty wyjściowe(wzmacniacze scalone)
Często nie ma potrzeby budowy wzmacniacza sterującego z elementówdyskretnych, ale udaje się dobrać odpowiednie układy scalone.
Mamy do dyspozycji na przykład:● Zestawy tranzystorów Darlingtona● ... do pracy zarówno od strony dodatniego jak i ujemnego napięcia● ... bywa, że u układami zabezpieczeń● Gotowe mostki H● ... niekiedy wraz ze sterowaniem PWM● ... oraz układami zabezpieczeń
![Page 11: Proste układy wykonawcze - mif.pg.gda.pl · Silniki prądu stałego. Jeżeli zależy nam jedynie na włączaniu i wyłączaniu małego silnika prądu stałego za pomocą sygnału](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052306/5c792e9f09d3f2c9458bf93f/html5/thumbnails/11.jpg)
Zintegrowanewzmacniacze wyjściowe(przykłady)
Osiem wzmacniaczyw układzie tranzystorów Darlingtona
(od strony dodatniego bieguna zasilania)
![Page 12: Proste układy wykonawcze - mif.pg.gda.pl · Silniki prądu stałego. Jeżeli zależy nam jedynie na włączaniu i wyłączaniu małego silnika prądu stałego za pomocą sygnału](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052306/5c792e9f09d3f2c9458bf93f/html5/thumbnails/12.jpg)
Zintegrowanewzmacniacze wyjściowe(przykłady - LM18245)
Kompletny mostek H- doskonałe parametry- regulacja PWM ... sterowana cyfrowo ... lub analogowo- zabezpieczenie termiczne- zabezpieczenie przed nadmiernym prądem
![Page 13: Proste układy wykonawcze - mif.pg.gda.pl · Silniki prądu stałego. Jeżeli zależy nam jedynie na włączaniu i wyłączaniu małego silnika prądu stałego za pomocą sygnału](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052306/5c792e9f09d3f2c9458bf93f/html5/thumbnails/13.jpg)
Zintegrowanewzmacniacze wyjściowe(przykłady)
Podwójny mostek Hz rozbudowanymiukładami sterującymi
![Page 14: Proste układy wykonawcze - mif.pg.gda.pl · Silniki prądu stałego. Jeżeli zależy nam jedynie na włączaniu i wyłączaniu małego silnika prądu stałego za pomocą sygnału](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052306/5c792e9f09d3f2c9458bf93f/html5/thumbnails/14.jpg)
Zintegrowanewzmacniacze wyjściowe(przykłady)
Poczwórny wzmacniacz(od strony masy)z rozbudowanymi
układami zabezpieczającymi
![Page 15: Proste układy wykonawcze - mif.pg.gda.pl · Silniki prądu stałego. Jeżeli zależy nam jedynie na włączaniu i wyłączaniu małego silnika prądu stałego za pomocą sygnału](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052306/5c792e9f09d3f2c9458bf93f/html5/thumbnails/15.jpg)
Porty wyjściowe(separacja optyczna)
● Gdy potrzebna jest separacja obwodów● ... sterowanego i sterującego● ... możemy zastosować separację optyczną● Specjalnie przeznaczone do tego elementy● ... składające się z diody LED i fototranzystora (fotodiody, fototyrystora)● ... nazywamy transoptorami● Zastanówmy się jak można je wykorzystać...
![Page 16: Proste układy wykonawcze - mif.pg.gda.pl · Silniki prądu stałego. Jeżeli zależy nam jedynie na włączaniu i wyłączaniu małego silnika prądu stałego za pomocą sygnału](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052306/5c792e9f09d3f2c9458bf93f/html5/thumbnails/16.jpg)
Porty wyjściowe(separacja optyczna)
● Zastanówmy się jak można je wykorzystać...
![Page 17: Proste układy wykonawcze - mif.pg.gda.pl · Silniki prądu stałego. Jeżeli zależy nam jedynie na włączaniu i wyłączaniu małego silnika prądu stałego za pomocą sygnału](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052306/5c792e9f09d3f2c9458bf93f/html5/thumbnails/17.jpg)
Porty wyjściowe(sterowanie tyrystorami)
● “Przypomnijmy” sobie na czym polega● ... sterowanie fazowe● ... oraz sterowanie grupowe● Do sterowania prądami dużej mocy często stosujemy tyrystory i triaki
![Page 18: Proste układy wykonawcze - mif.pg.gda.pl · Silniki prądu stałego. Jeżeli zależy nam jedynie na włączaniu i wyłączaniu małego silnika prądu stałego za pomocą sygnału](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052306/5c792e9f09d3f2c9458bf93f/html5/thumbnails/18.jpg)
Porty wyjściowe(sterowanie tyrystorami)
● “Przypomnijmy” sobie na czym polega● ... sterowanie fazowe● ... oraz sterowanie grupowe
![Page 19: Proste układy wykonawcze - mif.pg.gda.pl · Silniki prądu stałego. Jeżeli zależy nam jedynie na włączaniu i wyłączaniu małego silnika prądu stałego za pomocą sygnału](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052306/5c792e9f09d3f2c9458bf93f/html5/thumbnails/19.jpg)
Porty wyjściowe(sterowanie fazowe)
● Sterowanie fazowe polega na● ... włączeniu prądu na część okresu● Mikrokontroler zatem musi● ... odmierzyć zadany czas od początku każdego półokresu sieci ● ... a następnie wygenerować impuls włączający tyrystor
![Page 20: Proste układy wykonawcze - mif.pg.gda.pl · Silniki prądu stałego. Jeżeli zależy nam jedynie na włączaniu i wyłączaniu małego silnika prądu stałego za pomocą sygnału](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052306/5c792e9f09d3f2c9458bf93f/html5/thumbnails/20.jpg)
Porty wyjściowe(sterowanie grupowe)
● Sterowanie grupowe ● ... polega na włączeniu prądu na pewną liczbę okresów sieci● ... odbywa się przy przejściu przez zero napięcia zasilającego● Mikrokontroler zatem musi● ... generować impuls włączający tyrystor przy przejściu przez zero.
![Page 21: Proste układy wykonawcze - mif.pg.gda.pl · Silniki prądu stałego. Jeżeli zależy nam jedynie na włączaniu i wyłączaniu małego silnika prądu stałego za pomocą sygnału](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052306/5c792e9f09d3f2c9458bf93f/html5/thumbnails/21.jpg)
Silniki elektryczne
Silniki elektryczne to maszyny zamieniające energię elektryczną na mechaniczną.Istnieje wiele ich rodzajów, sterowanie niektórymi z nich jest dosyć złożone.
My zainteresujemy się teraz dwoma ich rodzajami (w małych wersjach :-)● Silnikiem komutatorowym prądu stałego● Silnikiem krokowym
![Page 22: Proste układy wykonawcze - mif.pg.gda.pl · Silniki prądu stałego. Jeżeli zależy nam jedynie na włączaniu i wyłączaniu małego silnika prądu stałego za pomocą sygnału](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052306/5c792e9f09d3f2c9458bf93f/html5/thumbnails/22.jpg)
Silnikiprądu stałego.
Jeżeli zależy nam jedynie na włączaniu i wyłączaniu małego silnika prądu stałegoza pomocą sygnału logicznego możemy zastosować bardzo prosty wzmacniacz
oparty na tranzystorze MOS lub Darlingtona.(By regulować obroty możemy zastosować technikę
modulacji szerokości impulsu - PWM).
![Page 23: Proste układy wykonawcze - mif.pg.gda.pl · Silniki prądu stałego. Jeżeli zależy nam jedynie na włączaniu i wyłączaniu małego silnika prądu stałego za pomocą sygnału](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052306/5c792e9f09d3f2c9458bf93f/html5/thumbnails/23.jpg)
Silniki krokowe
Silniki krokowe to silniki elektryczne, w których impulsowe zasilanieprądem elektrycznym powoduje, że jego wirnik nie obraca się ruchem ciągłym,lecz wykonuje za każdym razem ruch obrotowy o ściśle ustalonym kącie.
Dzięki temu, kąt obrotu wirnika jest ściśle zależny od liczby dostarczonychimpulsów prądowych, a prędkość kątowa wirnika jest równaczęstotliwości impulsów pomnożonej przez wartość kąta obrotu wirnikaw jednym cyklu pracy silnika.
Kąt obrotu wirnika pod wpływem działania jednego impulsu może mieć różnąwartość, zależnie od budowy silnika – jest to zwykle wartość od ułamkado kilkudziesięciu stopni.
![Page 24: Proste układy wykonawcze - mif.pg.gda.pl · Silniki prądu stałego. Jeżeli zależy nam jedynie na włączaniu i wyłączaniu małego silnika prądu stałego za pomocą sygnału](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052306/5c792e9f09d3f2c9458bf93f/html5/thumbnails/24.jpg)
Silniki krokowe
Silniki krokowe są stosowane wszędzie tam, gdzie kluczowe znaczeniema możliwość precyzyjnego sterowania ruchem:● w automatyce – w mechanicznych urządzeniach regulacyjnych● w urządzeniach pomiarowych np. zegarach elektronicznych● w robotyce – do sterowania ruchem ramion robotów, kół, itp.● w komputerach – np. w twardych dyskach, drukarkach, skanerach● itp...
![Page 25: Proste układy wykonawcze - mif.pg.gda.pl · Silniki prądu stałego. Jeżeli zależy nam jedynie na włączaniu i wyłączaniu małego silnika prądu stałego za pomocą sygnału](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052306/5c792e9f09d3f2c9458bf93f/html5/thumbnails/25.jpg)
Silniki krokowe
Pod względem budowy możemy je podzielić na:● silnik z magnesem trwałym,● silnik o zmiennej reluktancji,● silnik hybrydowy.
![Page 26: Proste układy wykonawcze - mif.pg.gda.pl · Silniki prądu stałego. Jeżeli zależy nam jedynie na włączaniu i wyłączaniu małego silnika prądu stałego za pomocą sygnału](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052306/5c792e9f09d3f2c9458bf93f/html5/thumbnails/26.jpg)
Silniki krokoweunipolarne (z magnesem stałym i hybrydowe)
![Page 27: Proste układy wykonawcze - mif.pg.gda.pl · Silniki prądu stałego. Jeżeli zależy nam jedynie na włączaniu i wyłączaniu małego silnika prądu stałego za pomocą sygnału](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052306/5c792e9f09d3f2c9458bf93f/html5/thumbnails/27.jpg)
Silniki krokowebipolarne (z magnesem stałym i hybrydowe)
Silniki bipolarne wymagają sterowania przepływem prądu w uzwojeniachw obu kierunkach - implikuje to użycie mostka H na każde uzwojenie.
Sterowanie jest odrobinę bardziej skomplikowane niż silników unipolarnychi zależy od konstrukcji mostka - nie będziemy się nim zajmować.
![Page 28: Proste układy wykonawcze - mif.pg.gda.pl · Silniki prądu stałego. Jeżeli zależy nam jedynie na włączaniu i wyłączaniu małego silnika prądu stałego za pomocą sygnału](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052306/5c792e9f09d3f2c9458bf93f/html5/thumbnails/28.jpg)
Silniki krokoweo zmiennej reluktancji
![Page 29: Proste układy wykonawcze - mif.pg.gda.pl · Silniki prądu stałego. Jeżeli zależy nam jedynie na włączaniu i wyłączaniu małego silnika prądu stałego za pomocą sygnału](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052306/5c792e9f09d3f2c9458bf93f/html5/thumbnails/29.jpg)
Silnik krokowysilnik unipolarnysekwencje sterujące
Standardowa sekwencja sterującato kolejne włączanie poszczególnych uzwojeń:1 2 3 40 0 0 10 0 1 00 1 0 01 0 0 0
![Page 30: Proste układy wykonawcze - mif.pg.gda.pl · Silniki prądu stałego. Jeżeli zależy nam jedynie na włączaniu i wyłączaniu małego silnika prądu stałego za pomocą sygnału](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052306/5c792e9f09d3f2c9458bf93f/html5/thumbnails/30.jpg)
Silnik krokowysilnik unipolarnysekwencje sterujące
Sekwencja sterująca kolejne włączającapo dwa uzwojenia umożliwia uzyskaniewiększego momentu obrotowegokosztem poboru mocy:1 2 3 40 0 1 10 1 1 01 1 0 01 0 0 1
![Page 31: Proste układy wykonawcze - mif.pg.gda.pl · Silniki prądu stałego. Jeżeli zależy nam jedynie na włączaniu i wyłączaniu małego silnika prądu stałego za pomocą sygnału](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052306/5c792e9f09d3f2c9458bf93f/html5/thumbnails/31.jpg)
Silnik krokowysilnik unipolarnysekwencje sterujące
1 2 3 40 0 0 10 0 1 10 0 1 00 1 1 00 1 0 01 1 0 01 0 0 01 0 0 1Sekwencja sterująca kolejne włączająca kolejno jedno i po dwa uzwojeniaumożliwia uzyskanie skoku połówkowego, a zatem większą precyzjęsterowania.