Sprzężenie mikrokontrolera (nie tylko X51) ze światem ... · Silniki prądu stałego. Jeżeli...

14
Sprzężenie mikrokontrolera (nie tylko X51) ze światem zewnętrznym sterowanie silników elektrycznych Ryszard J. Barczyński, 2018 Politechnika Gdańska, Wydział FTiMS, Katedra Fizyki Ciała Stałego Materiały dydaktyczne do użytku wewnętrznego

Transcript of Sprzężenie mikrokontrolera (nie tylko X51) ze światem ... · Silniki prądu stałego. Jeżeli...

Page 1: Sprzężenie mikrokontrolera (nie tylko X51) ze światem ... · Silniki prądu stałego. Jeżeli zależy nam jedynie na włączaniu i wyłączaniu małego silnika prądu stałego

Sprzężenie mikrokontrolera(nie tylko X51)ze światem zewnętrznymsterowanie silników elektrycznych

Ryszard J. Barczyński, 2018Politechnika Gdańska, Wydział FTiMS, Katedra Fizyki Ciała StałegoMateriały dydaktyczne do użytku wewnętrznego

Page 2: Sprzężenie mikrokontrolera (nie tylko X51) ze światem ... · Silniki prądu stałego. Jeżeli zależy nam jedynie na włączaniu i wyłączaniu małego silnika prądu stałego

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 3: Sprzężenie mikrokontrolera (nie tylko X51) ze światem ... · Silniki prądu stałego. Jeżeli zależy nam jedynie na włączaniu i wyłączaniu małego silnika prądu stałego

Silnikiprądu stałego.

Jeżeli zależy nam jedynie na włączaniu i wyłączaniu małego silnika prądu stałegomożemy zastosować bardzo prosty wzmacniacz oparty na tranzystorze MOS

lub Darlingtona. By regulować obroty możemy zastosować technikę modulacjiszerokości impulsu (PWM).

Page 4: Sprzężenie mikrokontrolera (nie tylko X51) ze światem ... · Silniki prądu stałego. Jeżeli zależy nam jedynie na włączaniu i wyłączaniu małego silnika prądu stałego

Silnikiprądu stałego.

Większe możliwości sterowania daje nam układ mostkowy (tak zwany H-bridge).

Page 5: Sprzężenie mikrokontrolera (nie tylko X51) ze światem ... · Silniki prądu stałego. Jeżeli zależy nam jedynie na włączaniu i wyłączaniu małego silnika prądu stałego

Silnikiprądu stałego.

Włączone:A i D - obroty w lewoC i B - obroty w prawoA i C lub B i D - wyłączony - hamowanieA i B lub C i D - zwarcie zasilania, dym, ogień wybuch...Żadne - wyłączony - brak zasilania silnika (a również hamowania)

Page 6: Sprzężenie mikrokontrolera (nie tylko X51) ze światem ... · Silniki prądu stałego. Jeżeli zależy nam jedynie na włączaniu i wyłączaniu małego silnika prądu stałego

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 7: Sprzężenie mikrokontrolera (nie tylko X51) ze światem ... · Silniki prądu stałego. Jeżeli zależy nam jedynie na włączaniu i wyłączaniu małego silnika prądu stałego

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 8: Sprzężenie mikrokontrolera (nie tylko X51) ze światem ... · Silniki prądu stałego. Jeżeli zależy nam jedynie na włączaniu i wyłączaniu małego silnika prądu stałego

Silniki krokowe

Pod względem budowy możemy je podzielić na:● silnik z magnesem trwałym,● silnik o zmiennej reluktancji,● silnik hybrydowy.

Page 9: Sprzężenie mikrokontrolera (nie tylko X51) ze światem ... · Silniki prądu stałego. Jeżeli zależy nam jedynie na włączaniu i wyłączaniu małego silnika prądu stałego

Silniki krokoweo zmiennej reluktancji

Page 10: Sprzężenie mikrokontrolera (nie tylko X51) ze światem ... · Silniki prądu stałego. Jeżeli zależy nam jedynie na włączaniu i wyłączaniu małego silnika prądu stałego

Silniki krokoweunipolarne (z magnesem stałym i hybrydowe)

Page 11: Sprzężenie mikrokontrolera (nie tylko X51) ze światem ... · Silniki prądu stałego. Jeżeli zależy nam jedynie na włączaniu i wyłączaniu małego silnika prądu stałego

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 12: Sprzężenie mikrokontrolera (nie tylko X51) ze światem ... · Silniki prądu stałego. Jeżeli zależy nam jedynie na włączaniu i wyłączaniu małego silnika prądu stałego

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 13: Sprzężenie mikrokontrolera (nie tylko X51) ze światem ... · Silniki prądu stałego. Jeżeli zależy nam jedynie na włączaniu i wyłączaniu małego silnika prądu stałego

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 14: Sprzężenie mikrokontrolera (nie tylko X51) ze światem ... · Silniki prądu stałego. Jeżeli zależy nam jedynie na włączaniu i wyłączaniu małego silnika prądu stałego

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.