Robotikā lietojamie DC motori

[deivs001]

[imgl]https://notepad.lv/bildes/atteli/20080430133246955.jpg[/imgl]Kas tad īsti slēpjas aiz “DC motori” apzīmējuma? Angļu valodā tas skanētu šādi: Direct Current Electrical Motor, bet latviski: līdzstrāvas elektriskie motori. (Līdzstrāva – elektriskā strāva, kas nemaina savu polaritāti (virzienu) elektriskā ķēdē. Š āda tipa strāva ir visos ķīmiskajos strāvas avotos, piemēram, akumulatoros, baterijās.)

Varbūt nemaz nenojaušot, ikdienā mēs sastopamies ar šiem motoriem – lielākiem vai mazākiem, bet katrs esam vismaz netieši tādu turējuši rokās. Š āda tipa motors atbild arī par mobilo telefonu vibrofunkciju. Rotaļlietas, kuras ir dāvinātas jūsu bērniem, brāļiem, māsām vai citiem cilvēkiem un kuras darbojas ar bateriju palīdzību arī sevī slēpj šādus motorus. Piemēram, radio vadāmajās mašīnās parasti ir vismaz divi šādi motori. Viens atbild par pārvietošanos, bet otram ir svarīgā stūrēšanas funkcija.

Kā tie izskatās un no kā sastāv?

[img]https://notepad.lv/bildes/atteli/20080425004224320.jpg[/img] [img]https://notepad.lv/bildes/atteli/20080425004305884.jpg[/img]

[img]https://notepad.lv/bildes/atteli/20080429220412424.jpg[/img]

Kā darbojas šie motori?

Tā kā motoriem nav svarīga polaritāte, tos nevar sabojāt dēļ nepareizas ieslēgšanas ķēdē. To darbības princips ir šāds:

[img]https://notepad.lv/bildes/atteli/20080429220555396.gif[/img]

Motora galvenās sastāvdaļas:

– stators (tas var būt pastāvīgais magnēts vai tinums (elektromagnēts) )

– kustīgs rotors ar tam uztītiem tinumiem

– kolektors (strāvas noņēmējs, kurš motoram griežoties, pārslēdz tinuma sekcijas. Caur kolektoru motors saņem strāvu. Labos motoros šis savienojums izveidots no maināmiem ogles kontaktiem, vienkāršākos – kā metāla slīdkontakti. Pēdējie ar laiku apdeg, un motors jāmet ārā.)

Atkarībā no tā kur tiek pieslēgti strāvas avota pozitīvais un negatīvais lādiņš, mainās motora iekšējās sastāvdaļas – rotora/enkura griešanās virziens. Tas arī būtu šo motoru darbības princips.

Iemesls kādēļ mēģinu izprast šo motoru darbības principus ir tāds, ka tos izmanto robotu būvniecībā. Tālāk apskatīsim dažas lietas, kas raksturo šos motorus un kam būtu jāpievērš uzmanība, ja šie motori tiek iegādāti robotu būvniecības vajadzībām.

Spriegums/voltāža (Voltage)

Visticamāk Jūs zināt, ka DC motori nav polarizēti, tas nozīmē, ka slēdzot klāt enerģijas avotam nav nozīmes, kur tiek pielikts + un kur – lādiņš. Tie var tikt arī mainīti vietām, nekas ļauns no tā nevar notikt, tas tikai liks motoram griezties pretējā virzienā. Parasti DC motori darbojas ar 6V – 12V, lai gan ir arī tādi, kas darbojas ar 24V un vairāk. Bet, ja mērķis ir robots, tad ieteicams būtu izvēlēties motorus, kas darbojas 6V – 12V ietvaros. Kādēļ motori darbojas ar dažādiem spriegumiem? Kā zināms (vismaz vajadzētu būt) spriegums ir lielums, kas tieši ietekmē motora griešanās jaudu (torque). Jo lielāks spriegums, jo lielāka jauda. Bet nevajadzētu motorus pieslēgt 100V, ja tie nav paredzēti, jo no pārlieku augsta sprieguma motora tinumi pārkarst un beigu beigās sadeg izolācija vai atdeg iekšējo lodējumu vietas. Līdz ar to motors vairs nedarbojas. DC motoriem norādītais spriegums ir tāds pie kāda tas ir visefektīvākais. Tas nozīmē, ka motors savam meistardarbam ir jāizvēlas rūpīgi. Lai gan rūpniecība ražo lielu sortimentu 24 V DC motoru, kuri pēc saviem parametriem labi piemēroti robotu konstruēšanai. Tas gan ne vienmēr attaisnosies. Negatīvais faktors ir liela barošanas elementu skaita nepieciešamība, tas konstrukciju padarīs smagu. Ieteicamais motoram nepieciešamais spriegums ir no 6V – 12V, ja vien robota ātrums ir nesvarīgs, bet svarīga ir tā jauda.

Strāva (Current)

Tā pat kā visai elektriskajai shēmai liela uzmanība ir jāpievērš arī strāvai, tās striprumam – ampēriem. Ja strāva būs pārāk vāja, nekas nenotiks, bet pārlieku liels ampēru daudzums var novest motora tinumus līdz izkušanai. Pērkot motorus ir 2 galvenie raksturlielumi, kam jāpievērš uzmanība. Pirmā ir darba jeb optimālais strāvas stiprums. Š is lielums parāda vidējo strāvas lielumu kādu gaida motors, lai tas spētu attīstīt tam paredzēto griešanās spēku (torque). Sareizinot šo lielumu ar optimālo spriegumu tiks iegūts vidējais spēka lielums, kas ir jāpieliek motoram, lai tas darbotos. Otrs parametrs, kam ir jāpievērš uzmanība ir apstādināšanai nepieciešamais strāvas stiprums (stall power). Š is lielums izsaka strāvu, kas nepieciešama, lai apstādinātu motoru, kad tas ir sācis rotēt un uzņēmis savu optimālo darbības spēku. Š is lielums parāda arī cik lielu strāvu tas ir spējīgs izturēt bez nevēlamām sekām, varam noteikt arī cik liels ir maksimālais spēks, ko tas var izturēt. Tādēļ visa kontroles elektriskā shēma ir jāizveido tā lai tā spētu izturēt šo bremzēšanas spēku (stall current). Jāatzīmē arī tas, ka, ja motors tiks lietots nepārtraukti vai arī virs tam paredzētā sprieguma, ieteicams ir tam pievienot kādu karstuma novadītāju (heat sink).

Elektriskā jauda (Power Rating)

Katram motoram ir raksturlielums, kas izsaka tā jaudu vatos. Š ī jauda ir enerģija, kas tiek aprēķināta pēc formulas:

Jauda vatos (W) = Spriegums (U) x strāvas stiprums (I)

Daļa no šīs enerģijas izdalās siltumā, kas var nodarīt postu motora tinumam – tā izolācija var tikt bojāta. Tādēļ šo motoru ražotāju parasti zina motora jaudas griestus, kas tiek norādīti tā specifikācijā.

Griešanās jauda jeb precīzāk – griezes moments (Torque)

Kad tiek iegādāti motori, tava robota būvniecībai ir 2 jaudas parametri, kurus būtu labi apskatīt. Š ie parametri ir līdzīgi strāvas raksturojošajiem parametriem, tikai atšķiras ar to, ka netiek apspriesta strāva, bet gan griešanās jauda (jauda). Pirmais lielums ir darba jeb optimālā jauda (operating torque). Š is raksturlielums parāda jaudu kādu var sagaidīt no motora un ar kādu tas ir domāts darbināt. Otrs lielums ir (stall torque), parāda jaudu, kas nepieciešama motora apstādināšanai. Parasti ir nepieciešams zināt tikai darba jaudu, bet ir arī gadījumi, kad nepieciešams zināt jaudas lielums, kas tiek patērēts, lai apstādinātu motora griešanos. Ja tiek izstrādāts robots uz riteņiem laba jauda nozīmē labu paātrinājumu, kas ir nepieciešama tādās sacensībās kā līnijsokošana.

Stall torque jeb piespiedu apturēšanas gadījumā caur motoru plūst īsslēguma strāva, kuru ierobežo tikai tinuma aktīvā pretestība un tā var pārsniegt darba strāvu daudzas reizes. Tāpēc šāds režīms pieļaujams tikai īslaicīgi vai arī jābūt elektroniskajai aizsardzībai.

Ä€trums (Velocity)

Runa par ātrumu kļūst sarežģīta, ja tajā iesaistīti DC motori. Galvenais noteikums ir tāds, ka motors strādā visefektīgāk, kad tam cauri plūstošā strāva, griež iekšā esošo serdeni cik ātri iespējams. Nav jābūt fizikas ģēnijam, lai saprastu, ka tik ideāli nekad nav. Tam traucē arī reizes, kad vēlamies, lai robots pārvietotos lēni, bet mēs vēlamies, lai tā efektivitāte nekristos. Lai novērstu lielu efektivitātes zaudējumu tiek lietoti reduktori , ātrumkārbas, sazobes (gearing). To lietošana ļauj motoram griezties ar lielu ātrumu, tuvu maksimālajam, kas ļauj mums nezaudēt jaudu, ko motors rada. Par nelaimi šādas ātrumkārbas uzreiz samazina motora efektivitāti līdz aptuveni 90 % no tā maksimālās jaudas. Š āds 10% jaudas zudums nav nekas īpašs, parasti to nemaz nejūt. Par jaudas jūtamu zudumu var sākt uztraukties tikai tad, ja tiek izmantoti vairāki šādi mehānismi.

[samurajs]

Ļoti jauki izstāstītas dažas visai specifiskas lietas. Bet tiem, kas uz šī raksta bāzes vēlas rakstīt referātu fizikā, vajadzētu zināt – runa ir tikai par servopiedziņas elektrodzinējiem; tiem ir īpašas prasības. Piemēram: režīms, kurā dzinējs var tikt mehāniski nobremzēts. Pie tam šeit aprakstītie dzinēji ir ekstremāli vienkārši un lēti.

Plaša pielietojuma elektrodzinējiem ir citāda konstrukcija, kas ļauj nodrošināt ievērojami augstāku lietderības koeficientu.

[Autors]

Ieraksti