Kondenzatori u robotici: 4 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:07

Motivacija za ovaj Instructable je duži razvoj koji prati napredak kroz laboratorijski kurs za učenje robotskih sistema Texas Instruments. A motivacija za taj kurs je izgradnja (ponovna izgradnja) boljeg, robusnijeg robota. Od pomoći je i "Odjeljak 9: Skladištenje napona, snage i energije u kondenzatoru, Analiza strujnog kruga istosmjernog napona", dostupno na MathTutorDvd.com.

Mnoga su pitanja o kojima morate biti zabrinuti pri izgradnji velikog robota, a koja se uglavnom mogu zanemariti pri izgradnji malog robota ili robota igračke.

Poznavanje kondenzatora moglo bi vam pomoći pri sljedećem projektu.

Korak 1: Dijelovi i oprema

Ako se želite poigrati, istražiti i donijeti vlastite zaključke, evo nekih dijelova i opreme koji bi vam mogli biti od pomoći.

• otpornici različite vrijednosti
• kondenzatori različite vrijednosti
• kratkospojne žice
• prekidač na dugme
• matična ploča
• osciloskop
• voltmetar
• generator funkcija/signala

U mom slučaju nemam generator signala, pa sam morao koristiti mikrokontroler (MSP432 iz Texas Instruments). Možete dobiti savjete o tome kako sami to učiniti iz ovog drugog Instructable -a.

(Ako samo želite da ploča mikrokontrolera radi vaše stvari (sastavljam niz instrukcija koje bi mogle biti od pomoći), sama razvojna ploča MSP432 je relativno jeftina i iznosi oko 27 USD. Možete provjeriti kod Amazon, Digikey, Newark, Element14 ili Mouser.)

Korak 2: Pogledajmo kondenzatore

Zamislimo bateriju, prekidač na dugme (Pb), otpornik (R) i kondenzator sve u nizu. U zatvorenoj petlji.

U trenutku nule t (0), s otvorenim Pb, ne bismo mjerili napon ni na otporniku ni na kondenzatoru.

Zašto? Odgovor na otpornik je jednostavan - izmjereni napon može postojati samo ako kroz otpornik protiče struja. Preko otpornika, ako postoji razlika u potencijalu, to uzrokuje struju.

Ali pošto je prekidač otvoren, ne može biti struje. Dakle, nema napona (Vr) na R.

Kako bi bilo preko kondenzatora. Pa.. opet, trenutno nema struje u krugu.

Ako je kondenzator potpuno ispražnjen, to znači da na njegovim stezaljkama ne može biti mjerljive razlike potencijala.

Ako pritisnemo (zatvorimo) Pb na t (a), stvari postaju zanimljive. Kao što smo naznačili u jednom od videa, kondenzator se počinje prazniti. Isti naponski nivo na svakom terminalu. Zamislite to kao kratku žicu.

Iako unutar kondenzatora ne teku pravi elektroni, postoji pozitivan naboj koji počinje stvarati na jednom terminalu, a negativan na drugom terminalu. Tada se (spolja) čini kao da zaista postoji struja.

Budući da je kondenzator u svom najviše pražnjenom stanju, upravo tada ima najveći kapacitet da prihvati naboj. Zašto? Jer dok se puni, to znači da na njegovom terminalu postoji mjerljiv potencijal, a to znači da je po vrijednosti bliže primijenjenom naponu baterije. S manjom razlikom između primijenjene (baterija) i njenog povećanog punjenja (porast napona), manje je poticaja da se akumulirano punjenje nastavi istom brzinom.

Akumulirana stopa punjenja se smanjuje kako vrijeme prolazi. To smo vidjeli u video zapisima i simulaciji L. T. Spice.

Budući da kondenzator na samom početku želi prihvatiti najveći naboj, djeluje kao privremeni spoj na ostatak kola.

To znači da ćemo dobiti struju kroz krug na početku.

To smo vidjeli na slici koja prikazuje simulaciju L. T. Spice.

Kako se kondenzator puni, a napon na njegovim terminalima u razvoju približava primijenjenom naponu, poticaj ili sposobnost punjenja se smanjuje. Razmislite o tome - što je razlika napona na nečemu veća, veća je mogućnost protoka struje. Veliki napon = moguća velika struja. Mali napon = moguća mala struja. (Tipično).

Stoga, kada kondenzator dosegne naponski nivo primijenjene baterije, tada izgleda kao prekid ili prekid u krugu.

Dakle, kondenzator počinje kao kratak, a završava kao otvoren. (Vrlo pojednostavljeno).

Dakle, opet, maksimalna struja na početku, minimalna struja na kraju.

Još jednom, ako pokušate izmjeriti napon na kratkom spoju, nećete ga vidjeti.

Dakle, u kondenzatoru je struja najveća kada je napon (preko kondenzatora) na nuli, a struja je najmanja kada je napon (preko kondenzatora) najveći.

Privremeno skladištenje i opskrba energijom

Ali postoji još mnogo toga, a ovaj dio bi mogao biti od pomoći u našim robotskim krugovima.

Recimo da je kondenzator napunjen. Nalazi se na primijenjenom naponu baterije. Ako bi iz nekog razloga primijenjeni napon pao ("opustio se"), možda zbog nekih prekomjernih potreba za strujom u krugovima, u tom slučaju će se činiti da struja istječe iz kondenzatora.

Dakle, recimo da ulazni primijenjeni napon nije stabilan nivo koji bi nam trebao biti. Kondenzator može pomoći u ublažavanju tih (kratkih) padova.

Korak 3: Jedna primjena kondenzatora - Filterska buka

Kako nam kondenzator može pomoći? Kako možemo primijeniti ono što smo primijetili na kondenzatoru?

Prvo, modelirajmo nešto što se događa u stvarnom životu: bučnu električnu mrežu u krugovima našeg robota.

Koristili smo L. T. Spice, možemo konstruirati krug koji će nam pomoći u analizi digitalne buke koja bi se mogla pojaviti u električnim vodovima našeg robota. Slike prikazuju krug i Spiceovo modeliranje rezultirajućih naponskih nivoa razvodnika.

Razlog zašto Spice može to modelirati je to što napajanje kruga ("V.5V. Batt") ima mali unutarnji otpor. Samo za udarce, učinio sam da ima 1ohm unutrašnjeg otpora. Ako ovo modelirate, ali ne učinite da izvor zvuka ima unutarnji otpor, nećete vidjeti pad napona na šini zbog digitalne buke, jer je tada izvor napona "savršen izvor".