Kondenzatori u robotici: 4 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:35

Motivacija za ovaj Instructable je dulji koji se razvija i koji prati napredak kroz laboratorijski tečaj za učenje robotskog sustava Texas Instruments. A motivacija za taj tečaj je izgradnja (ponovna izgradnja) boljeg, robusnijeg robota. Također je od pomoći "Odjeljak 9: Skladištenje napona, snage i energije u kondenzatoru, Analiza kruga istosmjernog inženjeringa", 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 s igračkama.

Poznavanje kondenzatora ili njihovo znanje moglo bi vam pomoći u sljedećem projektu.

Korak 1: Dijelovi i oprema

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

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

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

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

Korak 2: Pogledajmo kondenzatore

Zamislimo bateriju, prekidač s pritiskom na gumb (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.

No, budući da 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 se ne može mjeriti razlika potencijala na njegovim stezaljkama.

Ako pritisnemo (zatvorimo) Pb na t (a), stvari postaju zanimljive. Kao što smo naznačili u jednom od videa, kondenzator počinje raditi kao ispražnjen. Ista razina napona na svakom terminalu. Zamislite to kao kratku žicu.

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

Budući da je kondenzator u svom najviše pražnjenom stanju, upravo tada ima najveću sposobnost prihvaćanja naboja. Zašto? Jer dok se puni, to znači da na njegovom terminalu postoji mjerljiv potencijal, a to znači da je vrijednost bliže primijenjenom naponu baterije. S manjom razlikom između primijenjenog (baterija) i sve većeg naboja (porast napona), manje je poticaja da se akumulirano punjenje nastavi istim tempom.

Akumulirana stopa punjenja smanjuje se kako vrijeme prolazi. Vidjeli smo to u oba videa i simulaciji L. T. Spice.

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

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 razvija se 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 razinu napona primijenjene baterije, tada izgleda kao prekid ili prekid u krugu.

Dakle, kondenzator počinje kao kratki, 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

No, ima još toga, a upravo bi ovaj dio mogao biti od pomoći u našim robotskim sklopovima.

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

Dakle, recimo da ulazni primijenjeni napon nije stabilna razina na stijeni koja nam je potrebna. Kondenzator može pomoći u ublažavanju tih (kratkih) padova.

Korak 3: Jedna primjena kondenzatora - šum filtera

Kako bi nam kondenzator mogao pomoći? Kako možemo primijeniti ono što smo primijetili kod kondenzatora?

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

Koristili smo L. T. Spice, možemo konstruirati sklop koji će nam pomoći u analizi digitalne buke koja bi se mogla pojaviti u opskrbnim tračnicama našeg robota. Slike prikazuju krug i Spiceovo modeliranje rezultirajućih razina napona razvodnika.

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