keskiviikko 11. toukokuuta 2016

2-napainen sähkömoottori



Sähkömoottori tarjoaa uudenlaista liikettä. Aiemmin ”kaiuttimen” kalvo värähteli, mutta liike oli niin pieni, että sitä oli mahdoton nähdä. Sen ainoastaan kuuli ”musiikkina”. Tämä kokeilusarjaan kuuluva sähkömoottori on kooltaan suuri (teholtaan pieni). Moottorin rakenne on helppo nähdä. Akselissa on kaksi pyörivää, toisilleen vastakkaista napaa, jotka magnetoidaan sähkövirralla. Tämän osan nimi on roottori. Se pyörii kahden kiinteän kaaren välissä. Sen nimi on staattori. Sekin on magneettinen. Se magnetoidaan näiden staattoriosien välissä olevalla kestomagneetilla. Roottorin pyöriminen perustuu siihen, että erinimiset magneettinavat vetävät toisiaan puoleensa ja samannimiset hylkivät toisiaan. Kun rootorin navat pyöriessään vaihtavat puolta, on napojen magneettikentän suuntakin vaihdettava. Samalla akselillä roottorin kanssa pyörii kaksi puolipyöreää kupariliuskaa. Ne muodostavat virran kääntäjän eli kommutaattorin. Siihen nojaa kaksi kupariliuskaa, eli moottorin harjat. Niiden kautta roottorin käämit saavat magnetointivirtansa.Roottori toimii toisin sanoen sähkömagneettina. Jokaisen puolikierroksen jälkeen vaihtuu sähkövirran suunta roottorin käämeissä. Samalla vaihtuu roottorin magneettinapojen suunta.

Siinäpä olikin tämän moottorin hyvät puolet. Jos kokeilee kahdella magneetilla tuoden niitä lähemmäksi toisiaan, voi huomata että mitä lähempänä ne ovat, sitä voimakkaammin ne joko vetävät tai hylkivät toisiaan. Tässä moottorissa staattorin ja roottorin väli on varsin suuri. Magneettinen kenttä ei voi kasvaa kovin suureksi, joten vetovoimakin jää heikoksi. Moottori on hyvin heikkotehoinen. Hyvä että jaksaa itsekseen pyöriä.


Toinen ongelma on kaksinapaisuus. Jos navat ovat vaakasuorassa, irrottaa kommutaattorin liuskojen välissä olevat kohokkeet harjat irti kommutaattorista, joten virran kulku katkeaa. Jos näin ei olisi, syntyisi oikosulku ja sulake kärähtäisi. Tämä on tietysti sulakkeen tehtäväkin — suojella virtalähdettä. Tämä tarkoittaa sitä, että pyörijän ollessa vaakasuorassa, moottori ei lähde käyntiin ilman apua. Se näkyy selvästi myös oheisessa videossa. AntinArdubitit19.youtube.com (vahingossa väärällä nimellä, mutta kopiomalla tuo gogleen, tuntuu kuitenkin löytyvän. Kesto 22s).

Moottoria ohjataan releyksikön kautta. Näitä yksiköitä on saatavilla valmiina yhdelle tai useammalla releellä (4 Relay Module). Olen tässä käyttänyt nelireleistä, koska niitä sattuu laatikosta löytymään. Kaksi relettä jää siis vapaaksi. Rele vetää, kun sen käämiin johdetaan sopiva sähkövirta. Tämän moduulin releet syötetään 5V:in jännitteellä. Koska rele vaatii vetääkseen tehoa, on, johtuen tuosta melko pienestä jännitteestä, virran oltava melko suuri. Siksi en syötä relemoduulia Arduiinosta, vaan erillisestä virtalähteestä. Kun rele vetää, syntyy siihen magneettikenttä. Mutta kun ohjaus loppuu, se päästää. Sen käämissä on kuitenkin edelleen magneettikentä, jonka pitää purkautua. Nyt kuitenkin ohjauksen loputtua, piirin vastus kasvaa oleellisesti. Ohmin lain mukaan jännite on virran ja vastuksen tulo (U = I * R). Nyt virta ei kuitenkaan pääse mihinkään, koska syöttöpiiri katkaistiin (vastus lähes ääretön), pyrkii jännite kasvamaan hyvin suureksi. Syntyy häiriöpiikki, mikä aiheuttaa mikrokontrollerissa ongelmia jos tähän ei varauduta. Relelevyllä on releiden rinnalla diodit, jotka purkavat ja vaimentavat tämän poistuvan magneettikentän aiheuttaman jännite- ja virtapiikin. Toinen suojaustoimenpide on optoerottimien käyttö ohjauspuolella. Arduinon lähdöt eivät ohjaa suoraan releitä, vaan välissä on galvaaninen erotin. Toisin sanoen Arduinon ja releyksikön välillä ei ole sähköisesti johtavaa yhteyttä, vaan ohjaus muutetaan välillä valoksi. Huomattava on myös, että releet vetävät silloin, kun digitaalilähtö menee nollaan (0 = LOW) ja päästää kun lähtö on yksi (1 = HIGH). Muutoin ohjelma on varsin yksinkertainen. Ensin moottoria pyöritetään yhteen suuntaan, pieni tauko, sitten toiseen suuntaan, tauko ja hyppy alkuun. Kolmannessa kuvassa näkyy osien keskinäinen kytkentä ja lopuksi kytkennän kaavio.










/***************************************
 *  Ohjelma 19
 *  09.05.2016
 *  Sähkömoottorin ohjaus
 **************************************/

// MÄÄRITTELYT:
const int Con_MoEteen = 2;
const int Con_MoTaakse = 3;
const int Con_ViiKay = 2500;
const int Con_ViiSeis = 50;
int Int_ViiKay = Con_ViiKay;
int Int_ViiSeis = Con_ViiSeis;
int Seq_Ohjaus = 1;

// ASETUKSET:
void setup(){                 
 Serial.begin(9600);         
  pinMode(Con_MoEteen, OUTPUT);
  pinMode(Con_MoTaakse, OUTPUT);
}// Asetuksen loppu

// PÄÄLOOPPI
void loop(){

switch (Seq_Ohjaus) {
  case 1:
   digitalWrite(Con_MoEteen, LOW);
    Int_ViiKay--;
    if (Int_ViiKay == 0){
      Int_ViiKay = Con_ViiKay;
      Seq_Ohjaus = 2;
    }
    break;
  case 2:
   digitalWrite(Con_MoEteen, HIGH);
    Int_ViiSeis--;
    if (Int_ViiSeis == 0){
      Int_ViiSeis = Con_ViiSeis;
      Seq_Ohjaus = 3;
    }
    break;
  case 3:
   digitalWrite(Con_MoTaakse, LOW);
    Int_ViiKay--;
    if (Int_ViiKay == 0){
      Int_ViiKay = Con_ViiKay;
      Seq_Ohjaus = 4;
    }
    break;
  case 4:
   digitalWrite(Con_MoTaakse, HIGH);
    Int_ViiSeis--;
    if (Int_ViiSeis == 0){
      Int_ViiSeis = Con_ViiSeis;
      Seq_Ohjaus = 1;
    }
    break;
}
  
delay(1);

} // Pääohjelma LOPPU

Ei kommentteja:

Lähetä kommentti