Kondenzátorok a robotikában: 4 lépés

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:41

Ennek az Instructable -nek a motivációja a továbbfejlesztés alatt álló, amely nyomon követi a fejlődést a Texas Instruments Robotics System Learning Kit Lab Course tanfolyamon keresztül. Ennek a tanfolyamnak a motivációja egy jobb, robusztusabb robot felépítése (újraépítése). Szintén hasznos a "9. szakasz: Feszültség, teljesítmény és energia tárolása kondenzátorban, egyenáramú mérőáramkör -elemzés", amely elérhető a MathTutorDvd.com webhelyen.

Sok olyan kérdéssel kell törődni, amikor nagy robotot építenek, amelyet többnyire figyelmen kívül hagyhat egy kicsi vagy játékrobot építésekor.

Ha jobban ismeri vagy ismeri a kondenzátorokat, segíthet a következő projektben.

1. lépés: Alkatrészek és felszerelések

Ha játszani szeretne, vizsgálódni és levonni a következtetéseket, íme néhány alkatrész és felszerelés, amelyek hasznosak lehetnek.

• különböző értékű ellenállások
• különböző értékű kondenzátorok
• jumper vezetékek
• nyomógombos kapcsoló
• egy kenyértábla
• egy oszcilloszkóp
• voltmérőt
• egy funkció/jelgenerátor

Esetemben nincs jelgenerátorom, ezért mikrovezérlőt kellett használnom (a Texas Instruments MSP432). Ebből a másik Instructable -ből néhány mutatót kaphat az egyik saját maga elvégzéséhez.

(Ha csak azt szeretné, hogy a mikrovezérlő kártya a saját dolgát végezze (az Instructables sorozatát írom össze, amelyek hasznosak lehetnek), akkor maga az MSP432 fejlesztőpanel viszonylag olcsó, körülbelül 27 USD áron. Ellenőrizheti az Amazon, Digikey, Newark, Element14 vagy Mouser.)

2. lépés: Nézzük meg a kondenzátorokat

Képzeljünk el egy akkumulátort, egy nyomógombos kapcsolót (Pb), egy ellenállást (R) és egy kondenzátort. Zárt körben.

A nulla t (0) időpontban, nyitott Pb esetén nem mérnénk feszültséget sem az ellenállásban, sem a kondenzátorban.

Miért? Ennek megválaszolása az ellenállás esetében egyszerű - csak akkor lehet mért feszültség, ha áram folyik az ellenálláson. Egy ellenálláson, ha potenciálkülönbség van, az áramot okoz.

De mivel a kapcsoló nyitva van, nem lehet áram. Így nincs feszültség (Vr) R -n.

Mit szólnál a kondenzátorhoz? Nos.. megint, jelenleg nincs áram az áramkörben.

Ha a kondenzátor teljesen lemerült, ez azt jelenti, hogy nem lehet potenciálkülönbséget mérni a kivezetésein.

Ha a t (a) pontnál megnyomjuk (bezárjuk) a Pb -t, akkor a dolgok érdekesek lesznek. Amint azt az egyik videóban jeleztük, a kondenzátor lemerült állapotban indul el. Ugyanaz a feszültségszint minden terminálon. Tekintse úgy, mint egy rövidre zárt vezetéket.

Bár a kondenzátoron belül nem folyik át valódi elektron, pozitív töltés kezd kialakulni az egyik terminálon, és negatív töltés a másik terminálon. Ekkor úgy tűnik (külsőleg), mintha valóban lenne áram.

Mivel a kondenzátor a lemerült állapotban van, akkor van a legnagyobb kapacitás a töltés elfogadására. Miért? Mivel töltődik, ez azt jelenti, hogy mérhető potenciál van a terminálon, és ez azt jelenti, hogy értéke közelebb van az alkalmazott akkumulátorfeszültséghez. Mivel az alkalmazott (akkumulátor) és a növekvő töltés (feszültségnövekedés) között kisebb a különbség, kevesebb lendület van arra, hogy a töltés azonos ütemben maradjon.

A felhalmozódó töltési sebesség az idő múlásával csökken. Ezt láttuk mind a videókban, mind az L. T. Spice szimulációban.

Mivel a kondenzátor a legelején akarja a legtöbb töltést elfogadni, ideiglenes zárlatként viselkedik az áramkör többi részével.

Ez azt jelenti, hogy az áramkörön a legtöbb áramot kapjuk az elején.

Ezt láttuk az L. T. Spice szimulációt bemutató képen.

Amint a kondenzátor töltődik, és a feszültsége a csatlakozóin keresztül fejlődik, megközelíti az alkalmazott feszültséget, csökken az impulzus vagy a töltési képesség. Gondolj bele - minél nagyobb a feszültségkülönbség valamin, annál nagyobb az áramlás lehetősége. Nagy feszültség = lehetséges nagy áram. Kis feszültség = lehetséges kis áram. (Jellemzően).

Ezért, amikor a kondenzátor eléri az alkalmazott feszültség szintjét, úgy néz ki, mint egy szakadás vagy szakadás az áramkörben.

Tehát a kondenzátor rövidzárlatként indul, és nyitottként végződik. (Nagyon leegyszerűsítve).

Tehát ismét: maximális áram az elején, minimális áram a végén.

Még egyszer, ha megpróbál egy rövidzár feszültségét mérni, akkor nem fog látni semmit.

Tehát egy kondenzátorban az áram akkor a legnagyobb, ha a feszültség (a kondenzátoron keresztül) nulla, és az áram a legkisebb, amikor a feszültség (a kondenzátoron keresztül) a legnagyobb.

Ideiglenes tárolás és energiaellátás

De van még több is, és ez a rész hasznos lehet a robotkörökben.

Tegyük fel, hogy a kondenzátor fel van töltve. Az akkumulátor feszültségén van. Ha valamilyen oknál fogva az alkalmazott feszültség leesik ("megereszkedik"), talán az áramkörök túlzott áramszükséglete miatt, ebben az esetben az áram folyik ki a kondenzátorból.

Tehát tegyük fel, hogy a bemeneti feszültség nem kőzetállós szint, amire szükségünk van. A kondenzátor segít a (rövid) zuhanások kiegyenlítésében.

3. lépés: A kondenzátorok egy alkalmazása - szűrőzaj

Hogyan segíthet nekünk egy kondenzátor? Hogyan alkalmazhatjuk a kondenzátorral kapcsolatban tapasztaltakat?

Először modellezzünk valamit, ami a valós életben történik: egy zajos tápcsatlakozót a robot áramkörében.

L. T. -t használtunk. Spice, felépíthetünk egy áramkört, amely segít elemezni a digitális zajokat, amelyek a robot áramkörének áramvonalain jelenhetnek meg. A képeken az áramkör látható, és a Spice modellezi az így kapott tápfeszültség -feszültségi szinteket.

A Spice azért tudja modellezni, mert az áramkör tápegysége ("V.5V. Batt") egy kicsit belső ellenállással rendelkezik. Csak rúgásokra, 1 ohm belső ellenállást tettem. Ha ezt modellezi, de nem teszi a választási forrást belső ellenállássá, akkor nem fogja látni a sín feszültségcsökkenését a digitális zaj miatt, mert akkor a feszültségforrás "tökéletes forrás".