Απηνθηλνύκελν όρεκα θάιπςεο κεγάιεο επηθάλεηαο ζε εθαξκνγέο πςειήο επηθηλδπλόηεηαο: θαηαζθεπή νρήκαηνο θαη θπθισκάησλ νδήγεζεο

Transcript

1 2011 Απηνθηλνύκελν όρεκα θάιπςεο κεγάιεο επηθάλεηαο ζε εθαξκνγέο πςειήο επηθηλδπλόηεηαο: θαηαζθεπή νρήκαηνο θαη θπθισκάησλ νδήγεζεο Διεπζεξίνπ Αξγύξηνο Αξηζηνηέιεην Παλεπηζηήκην Θεζζαινλίθεο 8/7/2011

2 Περιετόμενα 1. Δηζαγσγή Γεληθά γηα ηα ειεθηξνληθά ρεκα θαζνδεγνύκελν από θύθισκα νδήγεζεο «H Βridge» Θεσξεηηθή παξνπζίαζε ηνπ ζέκαηνο Λεηηνπξγία θηλεηήξσλ DC Γεληθά γηα ηνπο Τειεζηηθνύο Δληζρπηέο Λεηηνπξγία θπθισκάησλ Τ.Δ. ζηε γξακκηθή πεξηνρή (Τ.Δ. «LM081») Λεηηνπξγία θπθισκάησλ Τ.Δ. ζηε κε γξακκηθή πεξηνρή (Τ.Δ. «LM081») Λεηηνπξγία θπθισκάησλ νδήγεζεο θηλεηήξσλ DC Υινπνίεζε ηνπ θπθιώκαηνο νδήγεζεο Γελλήηξηα ηξηγσληθώλ παικώλ Σπγθξηηήο ηάζεο Βαςικό πρόβλημα του ςυγκριτή τάςησ Κύθισκα «H Bridge» Πξνζηαζία ησλ θηλεηήξσλ DC Τξνθνδνζία ηνπ θπθιώκαηνο θαη ησλ θηλεηήξσλ DC Γηαδηθαζία θαηαζθεπήο θαη ζπλαξκνιόγεζεο Μεηξήζεηο θαη ραξαθηεξηζκόο ιεηηνπξγίαο Σπκπεξάζκαηα Βηβιηνγξαθία

3 1. Ειζαγωγή 1.1. Γενικά για ηα ηλεκηρονικά Δδώ θαη 11 ρξόληα, ε αλζξσπόηεηα δηαλύεη ηνλ 21 ν αηώλα. Μηα πεξίνδνο, πνπ ζηηγκαηίδεηαη από ηελ αικαηώδε αλάπηπμε ησλ ειεθηξνληθώλ. Με ην πέξαζκα ησλ ρξόλσλ, ηα ειεθηξνληθά ζπλερώο βειηηώλνληαη θαη ην κέγεζνο ηνπο ειαηηώλεηαη, κε απνηέιεζκα ηελ ηνπνζέηεζε πεξηζζόηεξσλ ειεθηξνληθώλ ζηνηρείσλ ζην ρώξν. Απηό καο δίλεη ηε δπλαηόηεηα λα θαηαζθεπάζνπκε πνιππινθόηεξεο δηαηάμεηο κε κηθξόηεξν θόζηνο, θάηη πνπ ζεκαίλεη αύμεζε ηεο πνηόηεηαο θαη απόδνζεο ησλ ειεθηξνληθώλ ζπζθεπώλ κε αληίζηνηρε κείσζε ηεο ηηκήο ηνπο. Έηζη πιένλ ζήκεξα, κπνξνύκε λα βξνύκε ειεθηξνληθέο ζπζθεπέο παληνύ, ζε θάζε νηθεία, θαιύπηνληαο έλα επξύ θάζκα ησλ αλζξώπηλσλ αλαγθώλ, από ηελ εξγαζία ηνπ θαη ηελ επηθνηλσλία, κέρξη ηελ ςπραγσγία. Ο ζηόρνο είλαη ε βειηίσζε ηεο πνηόηεηαο δσήο ηνπ αλζξώπνπ θαη ην κέιινλ ζα δείμεη πόζν πην καθξηά κπνξνύκε λα θηάζνπκε αθόκα Ότημα καθοδηγούμενο από κύκλωμα οδήγηζης «H Βridge» πσο αλαθέξακε, ηα ειεθηξνληθά πιένλ ππεηζέξρνληαη ζε έλα πνιύ επξύ θάζκα εθαξκνγώλ. Δπνκέλσο, είκαζηε αλαγθαζκέλνη λα επηιέμνπκε έλα ζέκα, πάλσ ζην νπνίν ζα εξγαζηνύκε θαη ζα αλαιύζνπκε δηεμνδηθά, ώζηε λα ην θαηαλνήζνπκε πιήξσο. Σηελ παξνύζα εξγαζία ινηπόλ, ζα αζρνιεζνύκε κε έλα ζπγθεθξηκέλν 3

4 αλαινγηθό ειεθηξνληθό δηθηύσκα, πνπ έρεη ηελ νλνκαζία «H Bridge» θαη ην νπνίν, ζε ζπλεξγαζία κε επηπξόζζεηεο αλαινγηθέο δηαηάμεηο πνπ πινπνηνύληαη κε ηε βνήζεηα ηειεζηηθώλ εληζρπηώλ (Τ.Δ.), δίλεη ην θαηάιιειν ζήκα ζε έλα DC θηλεηήξα, ώζηε λα επηηεπρζεί θίλεζε. Ο θηλεηήξαο, θαζώο θαη νιόθιεξν ην ειεθηξνληθό θύθισκα, έρεη ηνπνζεηεζεί πάλσ ζε κηα ηξίηξνρε θαηαζθεπή, έηζη ώζηε ζαλ ηειηθό απνηέιεζκα λα παξαηεξνύκε έλα απηνθηλνύκελν όρεκα, ην νπνίν ζρεδηάζακε θαη θαηαζθεπάζακε εμ νινθιήξνπ ζην εξγαζηήξην ειεθηξνληθώλ ηνπ ηκήκαηνο Φπζηθήο ηνπ Αξηζηνηειείνπ Παλεπηζηεκίνπ Θεζζαινλίθεο. ια ηα παξαπάλσ, ζα πξνζπαζήζνπκε λα παξνπζηάζνπκε ζηα θεθάιαηα πνπ αθνινπζνύλ, από ηελ ζεσξεηηθή αλάιπζε ηνπ ζέκαηνο, κέρξη ηελ θαηαζθεπή θαη ιεηηνπξγία ηνπ νρήκαηόο καο. 4

5 2. Θεωρηηική παροσζίαζη ηοσ θέμαηος Σε απηό ην θεθάιαην ζα θάλνπκε κηα ζεσξεηηθή πξνζέγγηζε ηνπ ζέκαηνο, αλαιύνληαο ηα επηκέξνπο ηκήκαηα από ηα νπνία απηό απνηειείηαη Λειηοσργία κινηηήρων DC Κάζε ειεθηξηθόο θηλεηήξαο DC (Direct Current), απνηειείηαη από δύν θύξηα ηκήκαηα. Τν πξώην ηκήκα, ην νπνίν δελ έρεη δπλαηόηεηα θίλεζεο, νλνκάδεηαη ζηάηεο (stator) θαη απνηειείηαη από έλαλ ειεθηξνκαγλήηε πνπ παξάγεη έλα ζηαζεξό καγλεηηθό πεδίν έληαζεο M. Τν δεύηεξν ηκήκα ηνπ νλνκάδεηαη δξνκέαο (rotor) θαη νπζηαζηηθά πξόθεηηαη γηα έλαλ θύιηλδξν θαηαζθεπαζκέλν από θάπνην ζηδεξνκαγλεηηθό πιηθό, πνπ κπνξεί λα πεξηζηξέθεηαη γύξσ από έλαλ άμνλα. Σηελ επηθάλεηα ηνπ θπιίλδξνπ ππάξρνπλ ζπκκεηξηθά θαηαζθεπαζκέλεο απιαθώζεηο, κέζα ζηηο νπνίεο ηνπνζεηνύληαη νη αγσγνί ελόο πιαηζίνπ, ην νπνίν θαη νλνκάδεηαη ηύιηγκα ηνπ δξνκέα. Τα δύν άθξα ηνπ ηπιίγκαηνο ζπλδένληαη κε δύν εκηδαθηπιίνπο, πνπ ιέγνληαη ηνκείο ηνπ ζπιιέθηε θαη κε ηνπο νπνίνπο εθάπηνληαη νη ςήθηξεο ή θαξβνπλάθηα (brushes). Μέζσ ησλ ςεθηξώλ θαη ησλ εκηδαθηπιίσλ δηέξρεηαη ειεθηξηθό ξεύκα από ην ηύιηγκα ηνπ δξνκέα. Τέινο, νιόθιεξε ε θαηαζθεπή ηνπ δξνκέα βξίζθεηαη εζσηεξηθά ηνπ ζηάηε, έρνληαο κεηαμύ ηνπο ηα δύν ηκήκαηα έλα πνιύ κηθξό θαη ζηαζεξό δηάθελν αέξα. ιε ε θαηαζθεπή θαίλεηαη ζην ζρήκα

6 Σρήκα 2.1: Σρεκαηηθή παξάζηαζε ελόο θηλεηήξα DC Ζ ύπαξμε ησλ εκηδαθηπιίσλ είλαη πάξα πνιύ ζεκαληηθή, επεηδή θαζώο πεξηζηξέθνληαη καδί κε ην πιαίζην, θάζε 180 κνίξεο αιιάδνπλ πνιηθόηεηα, ηξνθνδνηώληαο ην ηύιηγκα κε ηελ θαηάιιειε ηάζε ώζηε λα αλαγθάζεη ηνλ δξνκέα ζε πιήξε πεξηζηξνθή εληόο ηνπ ζηάηε. Γηαθνξεηηθά, ν δξνκέαο δελ ζα κπνξνύζε λα πεξηζηξαθεί θαη θαηά ζπλέπεηα λα ιάβνπκε αμηνπνηήζηκε κεραληθή ελέξγεηα από ηνλ θηλεηήξα. Δπίζεο, είλαη απαξαίηεην λα αλαθέξνπκε όηη επεηδή θάζε κηζή ζηξνθή νη ςήθηξεο κεηαβαίλνπλ από ηνλ έλα εκηδαθηύιην ζηνλ άιιν, ην πιαίζην ζηηγκηαία βξαρπθπθιώλεηαη, θάηη πνπ κπνξεί λα 6

7 νδεγήζεη ζε ζπηλζεξηζκό. Τν θαηλόκελν απηό νλνκάδεηαη κεηαγσγή θαη γηα απηό είλαη απαξαίηεην νη ςήθηξεο λα ηνπνζεηεζνύλε ζε θαηάιιειε ζέζε κεηαμύ ησλ εκηδαθηπιίσλ, κηα νπδέηεξε δώλε πνπ λα επηηξέπεη ηελ νκαιή κεηάβαζε ηεο ςήθηξαο από ηνλ έλα εκηδαθηύιην ζηνλ άιιν. Σην ζρήκα 2.1, εθηόο ησλ βαζηθώλ ζεκείσλ ηνπ θηλεηήξα, παξαηεξνύκε θαη θάπνηα επηπιένλ ζηνηρεία ηεο ζπλνιηθήο δηάηαμεο, ηα νπνία θαη ζα εμεγήζνπκε άκεζα. Ζ βαζηθή ιεηηνπξγία ηνπ ειεθηξηθνύ θηλεηήξα, είλαη ε κεηαηξνπή ελέξγεηαο από ειεθηξηθή ζε κεραληθή. Γηα λα επηηύρεη όκσο ν θηλεηήξαο ζην ζθνπό ηνπ, ζηεξίδεηαη ζην θαηλόκελν ηεο ειεθηξνκαγλεηηθήο επαγσγήο. Σύκθσλα κε απηό, όηαλ έλαο αγσγόο πνπ δηαξξέεηαη από ξεύκα βξίζθεηαη κέζα ζε καγλεηηθό πεδίν, ηόηε ζηνλ αγσγό εκθαλίδεηαη καγλεηηθή δύλακε, ε νπνία νλνκάδεηαη δύλακε Laplace θαη έρεη ηηκή πνπ δίλεηαη από ηε ζρέζε F L H M (2.1) όπνπ H είλαη ε έληαζε ηνπ ειεθηξηθνύ ξεύκαηνο, M ε έληαζε ηνπ καγλεηηθνύ πεδίνπ, ην κήθνο ηνπ αγσγνύ θαη ε γσλία πνπ ζρεκαηίδεη ν αγσγόο κε ηε δηεύζπλζε ηνπ καγλεηηθνύ πεδίνπ. Σηελ πεξίπησζε καο, δύλακε Laplace αλαπηύζζεηε κόλν ζηηο πιεπξέο αβ θαη γδ ηνπ ηπιίγκαηνο ηνπ δξνκέα, θαζώο απηέο είλαη θάζεηεο ζηε δηεύζπλζε ηνπ καγλεηηθνύ πεδίνπ. Αληίζεηα, ζηηο πιεπξέο βγ θαη δα δελ είλαη δπλαηόλ λα εκθαληζηεί δύλακε Laplace, θαζώο ηα ηκήκαηα απηά ηνπ αγσγνύ είλαη παξάιιεια ζηε δηεύζπλζε ηνπ καγλεηηθνύ πεδίνπ. Σπλέπεηα ησλ δπλάκεσλ Laplace είλαη ε εκθάληζε ξνπώλ, κε ην κέηξν ηνπο λα ηζνύηαη κε 7

8 T T FL s H M s (2.2) όπνπ είλαη ε γσλία πνπ ζρεκαηίδνπλ ηα δηαλύζκαηα s θαη F L. Ζ γσλία απηή είλαη ίζε κε 90 κνίξεο, επνκέλσο από ηελ εμίζσζε (2.2) πξνθύπηεη όηη ε ξνπή ηζνύηαη ηειηθώο κε T T H M a s (2.3) Ζ ζπλνιηθή ξνπή ε νπνία αλαπηύζζεηαη ζην πιαίζην, όηαλ απηό βξίζθεηαη θάησ από ηνπο πόινπο ππνινγίδεηαη T T T 2 H M s GT H u (2.4) Ζ ξνπή κεδελίδεηαη όηαλ ην πιαίζην βξίζθεηαη ζηελ πεξηνρή κεηαμύ ησλ πόισλ, ελώ ε εμίζσζε (2.4) καο νξίδεη ηε ξνπή πνπ εκθαλίδεηαη ζε θάζε ειεθηξηθό θηλεηήξα ζπλερνύο ηάζεο. Ο ζπληειεζηήο G T, από ηνλ νπνίν εμαξηάηαη αλάινγα ε ξνπή, θαζνξίδεηαη από ηνλ ηύπν ηνπ εθάζηνηε θηλεηήξα, ηελ έληαζε ηνπ ξεύκαηνο H πνπ δηαξξέεη ην ηύιηγκα ηνπ δξνκέα, αιιά θαη ηελ καγλεηηθή ξνή ηνπ θάζε πόινπ u. Θα πξέπεη ηειεηώλνληαο λα ζεκεηώζνπκε αθόκα πσο όηαλ ν θηλεηήξαο βξίζθεηαη ζε ιεηηνπξγία, πάλσ ζην πιαίζην αλαπηύζζεηαη κηα ηάζε εμ επαγσγήο, ιόγσ ηεο ζηξέςεο ηνπ κέζα ζην καγλεηηθό πεδίν. Ζ ηάζε απηή νλνκάδεηαη αληηειεθηξεγεξηηθή δύλακε ηνπ θηλεηήξα θαη ζα καο απαζρνιήζεη αξγόηεξα όηαλ ζα αλαθεξζνύκε ζηελ πξνζηαζία ησλ θηλεηήξσλ DC [1], [2]. 8

9 2.2. Γενικά για ηοσς Τελεζηικούς Ενιζτσηές Με ηελ έλλνηα «Τειεζηηθόο Δληζρπηήο», ελλννύκε έλα αλαινγηθό νινθιεξσκέλν ειεθηξνληθό θύθισκα, ηνπ νπνίνπ ε θύξηα ιεηηνπξγία ηνπ είλαη ε ελίζρπζε ηάζεο. Γηα ηε ζσζηή ιεηηνπξγία ηνπ, ηνπ παξέρεηαη ζπκκεηξηθή ηξνθνδνζία (+ Ε, - Ε), αλ θαη ππάξρνπλ θαη ηειεζηηθνί εληζρπηέο πνπ κπνξνύλ λα ιεηηνπξγήζνπλ θαη θάησ από δηαθνξεηηθέο ηηκέο ζεηηθήο θαη αξλεηηθήο ηξνθνδνζίαο. Ο θάζε ηειεζηηθόο εληζρπηήο έρεη δύν βαζηθέο εηζόδνπο θαη κία έμνδν. Ζ κία είζνδνο, ε νπνία ζπκβνιίδεηαη κε ην πξόζεκν (+), νλνκάδεηαη είζνδνο κε αλαζηξνθήο. Αληίζεηα, ε είζνδνο πνπ ζπκβνιίδεηαη κε ην ζύκβνιν (-), νλνκάδεηαη είζνδνο αλαζηξνθήο. ια ηα παξαπάλσ κπνξνύκε λα ηα δνύκε ζην ζρήκα 2.2. Σρήκα 2.2: Σρεκαηηθή παξάζηαζε ηνπ Τειεζηηθνύ Δληζρπηή 9

10 πσο ινηπόλ ήδε αλαθέξζεθε πην πάλσ, ν ηειεζηηθόο εληζρπηήο, σο θύξηα ιεηηνπξγία ηνπ έρεη ηελ ελίζρπζε κηαο ηάζεο θαη ζπγθεθξηκέλα ηε δηαθνξά ηάζεσλ κεηαμύ ηεο εηζόδνπ αλαζηξνθήο θαη ηεο εηζόδνπ κε αλαζηξνθήο. Ζ ηάζε εηζόδνπ ηνπ z i ηζνύηαη κε z z z i (2.5) ( ) ( ) ελώ ε ηάζε εμόδνπ ηνπ ηειεζηηθνύ εληζρπηή ηζνύηαη κε z E (2.6) o z i όπνπ κε E ζπκβνιίδνπκε ηελ ελίζρπζε ηάζεο ηνπ ηειεζηηθνύ εληζρπηή. Ο ηδαληθόο ηειεζηηθόο εληζρπηήο έρεη άπεηξε ελίζρπζε E, θάηη πνπ πξνθαλώο δελ κπνξεί λα ζπκβεί ζηνπο πξαγκαηηθνύο ηειεζηηθνύο εληζρπηέο, κπνξνύκε όκσο λα ξπζκίζνπκε ηελ ελίζρπζε ηνπ όπσο εκείο επηζπκνύκε, ρξεζηκνπνηώληαο θαηάιιειεο ηηκέο αληηζηαηώλ πνπ ζπλδένληαη κεηαμύ ηεο εμόδνπ θαη ηεο εηζόδνπ αλαζηξνθήο (-) ηνπ ηειεζηηθνύ εληζρπηή. Θα πξέπεη αθόκα λα ζεκεηώζνπκε όηη ε κέγηζηε ηηκή ηάζεο δελ κπνξεί λα ππεξβαίλεη ηηο ηηκέο ηάζεηο ηξνθνδνζίαο ηνπ ηειεζηηθνύ εληζρπηή (+ Ε, - Ε). Μάιηζηα, ε κέγηζηε ζεηηθή ηάζε εμόδνπ ηνπ νλνκάδεηαη ζεηηθή ηάζε θόξνπ z ), ελώ ε κέγηζηε αξλεηηθή ηάζε εμόδνπ νλνκάδεηαη ( αξλεηηθή ηάζε θόξνπ z ) αληίζηνηρα. Αλ μεθύγνπκε πέξαλ ησλ ( νξίσλ ησλ ηάζεσλ θόξνπ ηνπ ηειεζηηθνύ εληζρπηή, ηόηε ην ζήκα αιινηώλεηαη θαη αξρίδεη ε παξακόξθσζή ηνπ [3], [4]. 10

11 2.3. Λειηοσργία κσκλωμάηων Τ.Ε. ζηη γραμμική περιοτή (Τ.Ε. «LM081») Γηα λα είκαζηε ινηπόλ εληόο ησλ επηηξεπηώλ νξίσλ ηάζεο ηνπ ηειεζηηθνύ εληζρπηή θαη λα κελ θηάζνπκε ζηελ ηάζε θόξνπ, ζηα θπθιώκαηα καο εθαξκόδνπκε αξλεηηθή αλάδξαζε. Μέξνο δειαδή ηεο ηάζεο εμόδνπ ηνπ ηειεζηηθνύ εληζρπηή, επηζηξέθεη ζηελ είζνδν αλαζηξνθήο ηνπ. Με απηό ηνλ ηξόπν νπζηαζηηθά ειέγρνπκε, όπσο είπακε θαη ζηελ πξνεγνύκελε ελόηεηα, ηελ ελίζρπζε E ηνπ ηειεζηηθνύ εληζρπηή λα έρεη ηέηνηα ηηκή, ώζηε ε ηάζε εμόδνπ ηνπ λα κελ θηάλεη ζε θάπνηα από ηηο ηάζεηο θόξνπ ηνπ. Ζ θαηάζηαζε απηή θαιείηαη γξακκηθή ιεηηνπξγία ηνπ ηειεζηηθνύ εληζρπηή θαη κε βάζε απηή θαηαζθεπάδνληαη δηάθνξεο πνιύ ζεκαληηθέο δηαηάμεηο όπσο ελεξγά θίιηξα, νινθιεξσηέο ηάζεο, αθνινπζεηέο ηάζεηο θαζώο θαη άιιεο ειεθηξνληθέο δηαηάμεηο [3], [4] Λειηοσργία κσκλωμάηων Τ.Ε. ζηη μη γραμμική περιοτή (Τ.Ε. «LM081») Ήδε αλαθέξζεθε όηη ν ηδαληθόο ηειεζηηθόο εληζρπηήο έρεη άπεηξε ελίζρπζε, θάηη όκσο πνπ δελ κπνξεί πξαγκαηηθά λα ζπκβεί ιόγσ ησλ πιηθώλ θαηαζθεπήο ηνπ. Δληνύηνηο, κε ηελ αικαηώδε πξόνδν ησλ ειεθηξνληθώλ, νη ηειεζηηθνί εληζρπηέο ζπλερώο βειηηώλνληαη θαη πιένλ έρνπλ πνιύ κεγάιεο ηηκέο ελίζρπζεο. Γηα παξάδεηγκα, ν ηειεζηηθόο εληζρπηήο «LM081», ηνλ νπνίν θαη ρξεζηκνπνηνύκε γηα λα θαηαζθεπάζνπκε ηα ειεθηξνληθά ηνπ απηνθηλνύκελνπ νρήκαηόο καο, έρεη ελίζρπζε ηάζεο E Ζ 11

12 ηηκή απηή είλαη πνιύ κεγάιε θαη αλ δελ ρξεζηκνπνηήζνπκε αξλεηηθή αλάδξαζε, όπσο είπακε ζηελ πξνεγνύκελε παξάγξαθν γηα ηνλ έιεγρν ηεο ελίζρπζεο, κπνξνύκε λα παξαηεξήζνπκε όηη αξθεί κηα πνιύ κηθξή δηαθνξά ηάζεο ζηηο εηζόδνπο ηνπ ηειεζηηθνύ καο, ηεο ηάμεο ησλ mvolts, ώζηε άκεζα ε έμνδνο ηνπ λα κεηαβεί ζε κία από ηηο ηάζεηο θόξνπ. Μάιηζηα, ζε πνιιέο πεξηπηώζεηο, πνπ κπνξεί λα καο ελδηαθέξεη ν ηειεζηηθόο απιά λα κεηαβαίλεη απνθιεηζηηθά κεηαμύ ησλ ηάζεσλ θόξνπ ηνπ, ρξεζηκνπνηνύκε ζεηηθή αλάδξαζε ζην θύθισκα καο ώζηε λα εμαζθαιίζνπκε ηελ κεηάβαζε απηή. Μέξνο δειαδή ηεο ηάζεο εμόδνπ ηνπ ηειεζηηθνύ εληζρπηή, επηζηξέθεη ζηελ είζνδν κε αλαζηξνθήο ηνπ. Ζ θαηάζηαζε θαηά ηελ νπνία ν εληζρπηήο καο ιεηηνπξγεί ππό ηάζεηο θόξνπ, νλνκάδεηαη κε γξακκηθή ιεηηνπξγία ηνπ ηειεζηηθνύ εληζρπηή θαη ρξεζηκνπνηείηαη πνιύ ζπρλά, όηαλ θπξίσο ζέινπκε λα θαηαζθεπάζνπκε θπθιώκαηα πνπ θάλνπλε ζύγθξηζε ηάζεσλ ή θπθιώκαηα ηαιαλησηώλ, πνιπδνλεηώλ, θαζώο θαη άιια ειεθηξνληθά θπθιώκαηα [3], [4] Λειηοσργία κσκλωμάηων οδήγηζης κινηηήρων DC Μέρξη ζήκεξα, έρνπλ θαηαζθεπαζηεί δηάθνξα ειεθηξνληθά θπθιώκαηα, ηα νπνία κπνξνύλ λα νδεγήζνπλ θηλεηήξεο ελαιιαζζόκελνπ (AC) ή ζπλερνύο (DC) ξεύκαηνο. Γηα λα απνδώζνπλ ηελ απαξαίηεηε ειεθηξηθή ελέξγεηα πνπ απαηηείηαη ππάξρνπλ ζπγθεθξηκέλνη ηξόπνη, θάζε έλαο κε ηα δηθά ηνπ ζεηηθά θαη αξλεηηθά ζηνηρεία. ια ηα θπθιώκαηα όκσο, αλεμάξηεηα ηνπ ηξόπνπ ιεηηνπξγίαο ηνπο, αληηκεησπίδνπλ ην ίδην ζεκαληηθό πξόβιεκα. Με πην 12

13 ηξόπν ζα ειέγμνπλ ηελ ηαρύηεηα πεξηζηξνθήο ηνπ θηλεηήξα. Φπζηθά είλαη ζεκαληηθό λα ρξεζηκνπνηείηαη ν ηξόπνο πνπ θαηά πεξίζηαζε καο ηθαλνπνηεί πεξηζζόηεξν σο πξνο ηελ εθαξκνγή πνπ ζέινπκε ην ζύζηεκα «θύθισκα θηλεηήξαο» λα εθηειέζεη. Βέβαηα, δελ καο ελδηαθέξεη κόλνλ ν έιεγρνο ηεο ηαρύηεηαο ηνπ θηλεηήξα, αιιά θαη ε θνξά ζηξέςεο ηνπ. Υπάξρνπλ επνκέλσο δύν παξάκεηξνη πνπ πξέπεη λα ιάβνπκε ππόςε καο. Μηα πνιύ απιή κέζνδνο επίιπζεο ηνπ πξνβιήκαηνο, είλαη ε ρξήζε κεραληθώλ δηαθνπηώλ πνπ ζα ζέηνπλ ζε ιεηηνπξγία ηνλ θηλεηήξα είηε θαηά ηελ θαλνληθή, είηε θαηά ηελ αλάζηξνθε θνξά. Δλ ζπλερεία ην ειεθηξνληθό καο θύθισκα ζα ειέγρεη ηελ ηαρύηεηα πεξηζηξνθήο ηνπ. Ο ηξόπνο απηόο όκσο έρεη ζεκαληηθά κεηνλεθηήκαηα. Καηαξράο, νη κεραληθνί δηαθόπηεο είλαη ζπλήζσο πνιύ νγθώδεο, γηα λα ηνπνζεηεζνύλ πάλσ ζε κηα ειεθηξνληθή πιαθέηα. Δπίζεο, ε ύπαξμε δπν ηκεκάησλ ειέγρνπ ηνπ θηλεηήξα είλαη αζύκθνξε θαη από νηθνλνκηθή, αιιά θαη από ελεξγεηαθή άπνςε. Τέινο ζα πξέπεη λα επηζεκάλνπκε όηη επεηδή εζσηεξηθά ηνπ θηλεηήξα αλαπηύζζεηε κηα ηάζε εμ επαγσγήο όπσο είδακε ζηελ παξάγξαθν «2.1», κηα απόηνκε δηαθνπή ηεο ιεηηνπξγίαο ηνπ θηλεηήξα κέζσ κεραληθνύ δηαθόπηε ζα πξνθαινύζε ηελ εκθάληζε ελόο πνιύ κεγάινπ αλάζηξνθνπ ξεύκαηνο, ην νπνίν ζα κπνξνύζε εύθνια λα θαηαζηξέςεη ηα επαίζζεηα ειεθηξνληθά ζηνηρεία ηνπ θπθιώκαηνο καο. Φπζηθά θαη ε κεραληθή θαηαπόλεζε ηνπ θηλεηήξα δελ πξέπεη λα ζεσξείηαη ακειεηέα ζηηο απόηνκεο κεηαβνιέο ηνπ ξεύκαηνο. Γηα ηνπο παξαπάλσ ιόγνπο, ζηνλ αξρηθό ζρεδηαζκό ρξεζηκνπνηήζακε έλα απιό πνηελζηόκεηξν, κέζσ ηνπ νπνίνπ 13

14 εθθηλνύζακε ηνλ θηλεηήξα. Σηξέθνληαο ην πνηελζηόκεηξν δειαδή πξνο ηα αξηζηεξά ή πξνο ηα δεμηά, αιιάδνπκε ηελ θνξά ζηξέςεο ηνπ θηλεηήξα, ελώ κπνξνύκε λα ηνλ ζηακαηήζνπκε όηαλ θέξνπκε ηνλ θνριία ηνπ πνηελζηόκεηξνπ ζηε κέζε ηεο δηαδξνκήο ηνπ. Βέβαηα ζα πξέπεη λα αλαθέξνπκε όηη από ην ηειηθό θύθισκα αθαηξείηαη ην πνηελζηόκεηξν, ην νπνίν θαη αληηθαζίζηαηαη από έλα ρανηηθό ηαιαλησηή, ν νπνίνο ζηέιλνληαο δηαθνξεηηθή ηηκή ηάζεο ζε ηπραίν ρξόλν ειέγρεη ηε θνξά ζηξέςεο ηνπ θηλεηήξα. Ο ηξόπνο ιεηηνπξγίαο ηνπ ρανηηθνύ ηαιαλησηή μεθεύγεη από ηα όξηα απηήο ηεο πηπρηαθήο εξγαζίαο, γηα απηό θαη ζα θάλνπκε κηα απιή αλαθνξά όπνπ είλαη απαξαίηεην, ώζηε ν αλαγλώζηεο λα έρεη κηα πην πιήξε εηθόλα ηνπ κνληέινπ πνπ θαηαζθεπάζακε. Δθηόο όκσο από ηνλ έιεγρν ηεο θνξάο ζηξέςεο ηνπ θηλεηήξα, πξέπεη λα ειέγμνπκε όπσο είπακε θαη ηελ ηαρύηεηα πεξηζηξνθήο ηνπ. Υπάξρνπλ ηξεηο βαζηθνί ηξόπνη γηα λα ην επηηύρνπκε. Πξώηνλ, κπνξνύκε λα ρξεζηκνπνηήζνπκε έλα θηβώηην ηαρπηήησλ. Ο κεραληθόο έιεγρνο ηεο ηαρύηεηαο όκσο απαηηεί κεγάιν ρώξν αλαινγηθά κε ην κέγεζνο ηνπ νρήκαηνο καο. Αθόκα, ε δηαδηθαζία εύξεζεο ησλ ζσζηώλ ζρέζεσλ ηαρπηήησλ είλαη ηδηαίηεξα πνιύπινθε ζαλ ιύζε. Γεύηεξνλ, κπνξνύκε λα ρξεζηκνπνηήζνπκε αληηζηάηεο ζπλδεδεκέλνπο ζε ζεηξά. Πάλσ ηνπο ζα αλαπηύζζεηε έλα κέξνο ηεο ηάζεο πνπ θηάλεη ζηνλ θηλεηήξα καο θαη σο εθ ηνύηνπ ζα κεηώλνληαη νη ζηξνθέο ηνπ θαη θαηά ζπλέπεηα ε ηαρύηεηα ηνπ. Δπίζεο νη αληηζηάηεο απαηηνύλ ιηγόηεξν ρώξν από όηη ην θηβώηην ηαρπηήησλ. Με απηό ηνλ ηξόπν όκσο, κέξνο ηεο ειεθηξηθήο ελέξγεηαο πνπ παξέρνπκε ζην θύθισκα κεηαηξέπεηαη ζε ζεξκόηεηα από ηνπο 14

15 σκηθνύο αληηζηάηεο. Έρνπκε δειαδή κεγάιε απώιεηα ειεθηξηθήο ελέξγεηαο, πνπ εηδηθόηεξα όηαλ ην θύθισκα καο ρξεζηκνπνηεί κπαηαξίεο, κεηώλεηαη ζεκαληηθά ε δηάξθεηα δσήο ηνπο. Δπηπξνζζέησο, παξαηεξείηαη έλα αθόκα ζεκαληηθό θαηλόκελν, πνπ θάλεη απηό ηνλ ηξόπν ειέγρνπ κε βηώζηκν. Καζώο έλα κέξνο ηεο ηάζεο όπσο είπακε αλαπηύζζεηε ζηνπο αληηζηάηεο, ν θηλεηήξαο ράλεη κέξνο ηεο ξνπήο ηνπ. Αλ απμήζνπκε όκσο ην θνξηίν, ν θηλεηήξαο ζα πξέπεη λα δερζεί πεξηζζόηεξν ξεύκα γηα λα αληαπεμέιζεη ζε απηή ηελ αύμεζε. Πεξηζζόηεξν ξεύκα όκσο απηνκάησο ζα ζήκαηλε θαη πεξηζζόηεξε ηάζε, κέξνο ηεο νπνίαο θαηαλαιίζθεηαη ζηνπο σκηθνύο αληηζηάηεο. Τόηε όκσο ν θηλεηήξαο ζα ηξαβνύζε αθόκα πεξηζζόηεξν ξεύκα από ην ζύζηεκα, κε απνηέιεζκα λα θηάζεη ν θηλεηήξαο ζε έλα ζεκείν, ην νπνίν απνθαινύκε «stall ηνπ θηλεηήξα». Καη θπζηθά δελ ζα πξέπεη λα ιεζκνλνύκε όηη ε ζεξκόηεηα πνπ ζα παξάγνπλ νη αληηζηάηεο κπνξεί πάλσ από κηα νξηζκέλε ηηκή λα θαηαζηξέςεη νινθιεξσηηθά ην θύθισκά καο. Έρνπκε ινηπόλ παξαηεξήζεη όηη νη δύν πξναλαθεξζέληεο ηξόπνη παξνπζηάδνπλ κεηνλεθηήκαηα ηα νπνία θαη θαζηζηνύλ ηελ απνηειεζκαηηθόηεηα ηνπο αλεπαξθή. Γηα απηό, ν ηξόπνο κε ηνλ νπνίν ειέγρνπκε ηελ ηαρύηεηα ζηξέςεο ηνπ θηλεηήξα, είλαη ν αθόινπζνο θαη νλνκάδεηαη «PWM» (Pulse Width Modulation). πσο καο ιέεη θαη ην όλνκά ηνπ, νπζηαζηηθά δίλνπκε ηελ ηάζε ηξνθνδνζίαο ζηνλ θηλεηήξα ππό κνξθή παικώλ, κέζσ ηνπ ειεθηξνληθνύ θπθιώκαηνο. Με απηό ηνλ ηξόπν, ν θηλεηήξαο απμάλεη ηηο ζηξνθέο ηνπ γηα όζν ηνπ παξέρεηαη ειεθηξηθή ελέξγεηα, ελώ ηηο κεηώλεη όηαλ ζηακαηήζεη ε παξνρή ηεο, κέρξη λα ζηακαηήζεη. Καζώο 15

16 όκσο απμάλεηαη ε ζπρλόηεηα ησλ παικώλ, ν θηλεηήξαο δελ ζηακαηά, αιιά παξαηεξείηαη έιεγρνο ηεο ηαρύηεηάο ηνπ αλάινγα κε ην κήθνο ησλ παικώλ. Μεγάινη ζε κήθνο παικνί, ζπλεπάγεηαη αύμεζε ησλ ζηξνθώλ ηνπ, ελώ κηθξνί ζε κήθνο παικνί, ζπλεπάγεηαη κείσζε ησλ ζηξνθώλ ηνπ. Καηά απηό ηνλ ηξόπν, θεξδίδνπκε ζεκαληηθά ζε ειεθηξηθή ελέξγεηα, θαζώο δελ ππάξρνπλ απώιεηεο πάλε ζε θάπνηνλ αληηζηάηε. Τέινο, αθόκα θαη ε απνπζία πξόζζεησλ ειεθηξνληθώλ ζηνηρείσλ, βνεζά πξνο απηή ηελ θαηεύζπλζε [5]. 16

17 3. Υλοποίηζη ηοσ κσκλώμαηος οδήγηζης Δίδακε ζην πξνεγνύκελν θεθάιαην ηε γεληθή ιεηηνπξγία ησλ θηλεηήξσλ DC, θάπνηα βαζηθά ζεσξεηηθά ζηνηρεία γηα ηνπο ηειεζηηθνύο εληζρπηέο θαη θπζηθά ην γεληθό πιαίζην, κε βάζε ην νπνίν πινπνηήζεθε ην ειεθηξνληθό θύθισκα ειέγρνπ ηνπ θηλεηήξα. Σε απηό ην θεθάιαην ζα εκβαζύλνπκε ζηα επηκέξνπο ειεθηξνληθά ηκήκαηα πνπ ζπλνιηθά ζπλεηζθέξνπλ ζην ηειηθό απνηέιεζκα Γεννήηρια ηριγωνικών παλμών Ζ γελλήηξηα ηξηγσληθώλ παικώλ, ή αιιηώο νινθιεξσηήο ηάζεο, πινπνηείηαη κέζσ ελόο ηειεζηηθνύ εληζρπηή, όπνπ κεηαμύ ηεο εμόδνπ ηνπ θαη ηεο εηζόδνπ αλαζηξνθήο ηνπ ηνπνζεηείηαη έλαο ππθλσηήο ρσξεηηθόηεηαο Φ. Καζώο ινηπόλ κέζσ ηνπ θιάδνπ ηνπ ππθλσηή έρνπκε αξλεηηθή αλάδξαζε, αθνύ κέξνο ηεο ηάζεο εμόδνπ επηζηξέθεη πίζσ ζηελ είζνδν αλαζηξνθήο, ν ηειεζηηθόο εληζρπηήο ιεηηνπξγεί ζηελ γξακκηθή πεξηνρή. Δπνπηηθή εηθόλα ηνπ θπθιώκαηνο κπνξνύκε λα έρνπκε ζην ζρήκα 3.1, από ην νπνίν παξαηεξνύκε όηη z1 z2 0 (3.1) z i Αθόκα έρνπκε όηη zi dzo (3.2) dt 17

18 Αλ ιύζνπκε ηελ δηαθνξηθή εμίζσζε ηεο ζρέζεο (3.2), ζα πάξνπκε ηειηθά z o 1 t 0 z dt i (3.3) Σρήκα 3.1: Κύθισκα γελλήηξηαο ηξηγσληθώλ ζπρλνηήησλ Με βάζε ηε ζρέζε (3.3), παξαηεξνύκε όηη ηειηθά ε έμνδνο ηνπ θπθιώκαηνο είλαη κηα ζπλάξηεζε ηνπ νινθιεξώκαηνο ηεο εηζόδνπ ηνπ. Έηζη εμεγείηαη γηαηί ην ζπγθεθξηκέλν θύθισκα απνθαιείηαη θαη νινθιεξσηήο ηάζεο. Τν αξλεηηθό πξόζεκν ηεο ζρέζεο (3.3) έρεη θπζηθή ζεκαζία, δείρλνληαο καο όηη ε ηάζε εηζόδνπ κε ηελ ηάζε εμόδνπ έρνπλ δηαθνξά θάζεο 180 κνίξεο. Τέινο, ζα πξέπεη λα αλαθέξνπκε όηη πνιιέο θνξέο παξάιιεια κε ηνλ ππθλσηή Φ ηνπνζεηείηαη θαη κηα αληίζηαζε Ω Φ έηζη ώζηε λα κελ ππάξρεη πηζαλόηεηα θόξηηζεο ηνπ ππθλσηή από ηπρόλ ξεύκαηα δηαξξνήο ηνπ ηειεζηηθνύ εληζρπηή. Μάιηζηα, ε ηηκή ηεο επηιέγεηαη λα είλαη πνιύ κεγαιύηεξε από ηνλ ζπλδπαζκό ηεο αληίζηαζεο Ω θαη ηεο δπλακηθήο 18

19 αληίζηαζεο J Φ ηνπ ππθλσηή, ώζηε ηειηθά λα έρεη ειάρηζηε επίδξαζε ζηε ιεηηνπξγία ηνπ ζπλνιηθνύ θπθιώκαηνο [6] Σσγκριηής ηάζης Έλαο ζπγθξηηήο ηάζεο, απνηειείηαη νπζηαζηηθά από έλαλ ηειεζηηθό εληζρπηή, ζηνλ νπνίν δελ εθαξκόδνπκε αλάδξαζε, ελώ ζηηο εηζόδνπο ηνπ ζπλδένπκε ηα ζήκαηα ηα νπνία θαη ζέινπκε λα ζπγθξίλνπκε. Μηα γεληθή εηθόλα ηνπ κπνξνύκε λα έρνπκε ζην ζρήκα 3.2. Λόγσ ηεο απνπζίαο αξλεηηθήο αλάδξαζεο, ν ηειεζηηθόο εληζρπηήο είλαη αλαγθαζκέλνο λα ιεηηνπξγεί ζηε κε γξακκηθή πεξηνρή. Απηό ζεκαίλεη όηη ε ηηκή ηεο ηάζεο εμόδνπ z o κπνξεί λα πάξεη κόλνλ δπν δηαθξηηέο ηηκέο, ηηο ηάζεηο θόξνπ ± z oθ ηνπ ηειεζηηθνύ εληζρπηή. Τν πξόζεκν ηεο ηάζεο εμαξηάηαη από ηελ δηαθνξηθή ηάζε z d ηνπ εληζρπηή. Γειαδή ζα έρνπκε z o z z,, z z d d z z 2 2 z z (3.4) Υπάξρνπλ πνιιέο πεξηπηώζεηο, ζηηο νπνίεο ε κηα από ηηο ηάζεηο εηζόδνπ ηνπ ηειεζηηθνύ εληζρπηή πνπ ζέινπκε λα ζπγθξίλνπκε, δελ είλαη ηπραία, αιιά απόιπηα θαζνξηζκέλε θαη ζπλήζσο παξακέλεη ζηαζεξή. Ζ ηάζε απηή νλνκάδεηαη ηάζε αλαθνξάο θαη ζπκβνιίδεηαη κε z ref, ελώ ν ζπγθξηηήο ηόηε απνθαιείηαη ζπγθξηηήο ηάζεο αλαθνξάο. Ζ παξαπάλσ παξαηήξεζε έρεη ηδηαίηεξε ζεκαζία, θαζώο θαηά απηόλ ηνλ ηξόπν κπνξνύκε λα ρξεζηκνπνηήζνπκε ηνλ ζπγθξηηή έηζη ώζηε λα καο παξάγεη κηα ζπλερόκελε ηάζε ή κηα θπκαηνκνξθή, όηαλ αλαπηύζζεηε 19

20 κηα ηπραία ηάζε ζηελ κηα ηνπ είζνδν θαη ζπγθξίλεηαη κε ηελ ηάζε αλαθνξάο ηεο δεύηεξεο εηζόδνπ ηνπ ηειεζηηθνύ εληζρπηή. Σρήκα 3.2: Βαζηθό θύθισκα ζπγθξηηή ηάζεο κε ηειεζηηθό εληζρπηή Αλ γηα παξάδεηγκα, έρνπκε κηα ηάζε αλαθνξάο κε ηηκή 5 Volt, ελώ ε ηπραία ηάζε είλαη κηα εκηηνληθή θπκαηνκνξθή κε πιάηνο 6 Volt, ηόηε θάζε θνξά πνπ ε ηηκή ηεο ηπραίαο εκηηνληθήο ηάζεο ζα μεπεξλά ηα 5 Volt, ζύκθσλα κε ηε ζρέζε (3.4) ε ηηκή ηεο ηάζεο εμόδνπ ζα γίλεηαη + z νθ. Αληίζεηα, όζν ε εκηηνληθή ηάζε ζα βξίζθεηαη θάησ από ηελ ηάζεο αλαθνξάο, ε έμνδνο ηνπ ζπγθξηηή ζα είλαη ζηνλ αξλεηηθό θόξν. Σπλνςίδνληαο, έλα θαιύηεξν επνπηηθό απνηέιεζκα γηα ην παξαπάλσ παξάδεηγκα έρνπκε ζην ζρήκα

21 Σρήκα 3.3: Κπκαηνκνξθή ηάζεο εηζόδνπ θαη ηάζε αλαθνξάο (επάλσ). Κπκαηνκνξθή ηάζεο εμόδνπ ζπγθξηηή αλαθνξάο (θάησ) Τειεηώλνληαο, πξέπεη λα αλαθέξνπκε πσο ζε πεξίπησζε πνπ εθαξκόζνπκε ηελ ηάζε αλαθνξάο ζηελ είζνδν κε αλαζηξνθήο θαη ηελ ηπραία ηάζε ζηελ είζνδν αλαζηξνθήο ηνπ ηειεζηηθνύ εληζρπηή, ην θύθισκα καο δελ αιιάδεη. Απιώο ε θπκαηνκνξθή εμόδνπ ζα είλαη αλεζηξακκέλε ζε ζρέζε κε απηή ηνπ ζρήκαηνο 3.3 [6] Βαςικό πρόβλημα του ςυγκριτή τάςησ Δίδακε ζην ζρήκα 3.3 πνηνο είλαη ν ηξόπνο ιεηηνπξγίαο ηνπ ζπγθξηηή ηάζεο παξαζηαηηθά. Κάζε θνξά πνπ ε ηπραία ηάζε μεπεξλάεη ηελ ηάζε αλαθνξάο, ακέζσο ε έμνδνο ηνπ ηειεζηηθνύ εληζρπηή κεηαβαίλεη ζηνλ ζεηηθό θόξν. Αληίζεηα, όζν ε ηπραία ηάζε 21

22 βξίζθεηαη θάησ από ηελ ηάζε αλαθνξάο, ε έμνδνο παξακέλεη ζηνλ αξλεηηθό θόξν. Τα παξαπάλσ όκσο απνηεινύλ κηα ζεσξεηηθή πξνζέγγηζε ηνπ ζέκαηνο, πνπ ηειηθά απνθιίλνπλ από ηελ πξαγκαηηθόηεηα. Απηό ζπκβαίλεη γηαηί ηα ζηνηρεία από ηα όπνηα απνηειείηαη ην θάζε θύθισκα, δελ είλαη ηδαληθά. Έηζη είλαη ηδηαίηεξα ζύλεζεο θαηλόκελν, ε ηπραία ηάζε εηζόδνπ λα πεξηέρεη θαη θάπνηα άιιε, κηθξή ζπληζηώζα ηάζεο, ε νπνία λα αιινηώλεη ηελ πνηόηεηα θαη ηε κνξθή ηεο. Ζ κηθξή απηή ζπληζηώζα θαιείηαη ζόξπβνο θαη όπσο ζα δνύκε, κπνξεί λα πξνθαιέζεη ζεκαληηθέο αιινηώζεηο ζην ζήκα εμόδνπ ηνπ ζπγθξηηή. Γηα ηελ θαιύηεξε θαηαλόεζε ηνπ πξνβιήκαηνο, ζην ζρήκα 3.4 παξνπζηάδνπκε έλα δηάγξακκα όκνην κε απηό ηνπ ζρήκαηνο 3.3, ζην νπνίν όκσο ην ζήκα εηζόδνπ ζα είλαη παξακνξθσκέλν εμαηηίαο ηεο ύπαξμεο ζνξύβνπ. Σρήκα 3.4: Κπκαηνκνξθή εηζόδνπ κε ζόξπβν θαη ηάζε αλαθνξάο (επάλσ). Κπκαηνκνξθή ηάζεο εμόδνπ ζπγθξηηή αλαθνξάο (θάησ) 22

23 πσο κπνξνύκε λα παξαηεξήζνπκε, ε ηάζε εηζόδνπ ιόγσ ηεο ύπαξμεο ζνξύβνπ, ηαιαληώλεηαη γύξσ από ηε ηάζε αλαθνξάο. Έηζη ν ζπγθξηηήο κεηαβάιεη ηελ ηάζε εμόδνπ ηνπ παξαπάλσ από κηα θνξά, ζεσξώληαο όηη ππάξρνπλ επηπιένλ δηειεύζεηο από ηελ ηάζε αλαθνξάο, από όηη ζην ζρήκα 3.3. Δπνκέλσο εκθαλίδνληαη πεξηζζόηεξεο ελαιιαγέο ηάζεο ζηελ έμνδν, πξάγκα πνπ είλαη αλεπηζύκεην. Γηα απηό πξέπεη λα είκαζηε ηδηαίηεξα πξνζεθηηθνί ζηηο εθαξκνγέο καο γηα ηπρόλ εκθάληζε ηέηνησλ ζθαικάησλ, ελώ θαη ε ρξήζε θαιύηεξσλ δηαηάμεσλ κε βαζκίδεο ειέγρνπ θξίλνληαη απαξαίηεηεο [6] Κύκλωμα «H Bridge» Τν θύθισκα «H Bridge», πήξε απηήλ ηελ νλνκαζία εμαηηίαο ηνπ ηδηόκνξθνπ ζρήκαηόο ηνπ, πνπ κνηάδεη κε ην γξάκκα «Ζ». Απνηειείηαη από ηέζζεξα ηξαλδίζηνξ, εθ ησλ νπνίσλ ηα δύν είλαη «PNP» θαη ηα άιια δύν είλαη «NPN». Τα ηξαλδίζηνξ αλά δύν, έλα από θάζε ηύπν δειαδή, ζπλδένληαη κεηαμύ ηνπο, κε θνηλό ηνπο άθξν ηνπο ζπιιέθηεο. Δπηπξόζζεηα, ζην ίδην ζεκείν ηνπ θπθιώκαηνο, ελώλεηαη θαη ν έλαο εθ ησλ δπν αθξνδεθηώλ ηνπ θηλεηήξα. Αληίζηνηρα, ε ίδηα δηαδηθαζία ζπκβαίλεη θαη ζηνλ δεύηεξν αθξνδέθηε ηνπ θηλεηήξα κε ηα άιια δπν ηξαλδίζηνξ. Οπόηε ηειηθά έρνπκε έλα θύθισκα, ην νπνίν είλαη ζπκκεηξηθό σο πξνο ηα ζηνηρεία από ηα νπνία απνηειείηαη. Μηα πην επνπηηθή εηθόλα έρνπκε ζην παξαθάησ ζρήκα. 23

24 Σρήκα 3.5: Σρεκαηηθή παξάζηαζε θπθιώκαηνο «H Bridge» Από απηή ηε ζρεκαηηθή απεηθόληζε, γίλεηαη εύθνια θαηαλνεηόο ν ηξόπνο ιεηηνπξγίαο ηνπ δηθηπώκαηνο. Αξρηθά λα αλαθέξνπκε πσο θάζε θνξά πνπ ζέινπκε ν θηλεηήξαο λα πεξηζηξαθεί, είηε θαηά ηελ θαλνληθή είηε θαηά ηελ αλάζηξνθε ιεηηνπξγία, άγνπλ έλα «NPN» θαη έλα «PNP» ηξαλδίζηνξ θαη κάιηζηα απηά πνπ βξίζθνληαη δηαγώληα κεηαμύ ηνπο. Καηά απηό ηνλ ηξόπν έρνπκε ξνή ειεθηξηθνύ ξεύκαηνο κέζα από ηνλ θηλεηήξα, ηνλ νπνίν ζέηεη ζε θίλεζε. Σηελ πεξίπησζε πνπ άγνπλ ηα ηξαλδίζηνξ Τ 1 θαη Τ 4, ειεθηξηθό ξεύκα εηζέξρεηαη από ηνλ αξηζηεξό αθξνδέθηε ηνπ θηλεηήξα θαη εμέξρεηαη από ηνλ δεμηό αθξνδέθηε ηνπ, ζέηνληαο ηνλ ζε πξόζζηα θίλεζε. Αληίζεηα, εάλ άγνπλ ηα ηξαλδίζηνξ Τ 2 θαη Τ 3, ηόηε ην ειεθηξηθό ξεύκα εηζέξρεηαη από ηνλ δεμηό αθξνδέθηε θαη εμέξρεηαη από ηνλ αξηζηεξό, ζέηνληαο ηνλ ζε νπίζζηα θίλεζε. Σην ζρήκα 3.6 κπνξνύκε λα παξαηεξήζνπκε κε γξαθηθό ηξόπν ηελ δηαθνξεηηθή πεξηζηξνθή ηνπ θηλεηήξα, όηαλ αιιάδεη ε νκάδα ησλ ηξαλδίζηνξ πνπ άγεη ην ειεθηξηθό ξεύκα. 24

25 Σρήκα 3.6: Αξηζηεξόζηξνθε θαη δεμηόζηξνθε ζηξέςε θηλεηήξα Φάξηο ην θύθισκα «H Bridge» ινηπόλ, ν θηλεηήξαο έρεη ηελ δπλαηόηεηα λα πεξηζηξαθεί θαηά ηελ θνξά πνπ εκείο επηζπκνύκε, ρσξίο κάιηζηα λα ρξεηάδεηαη θάπνηα παξεκβνιή ή αιιαγή ηεο ζπλδεζκνινγίαο ηνπ θπθιώκαηνο γηα λα αιιάμνπκε ηε θνξά ζηξέςεο ηνπ [5], [7]. 25

26 3.5. Προζηαζία ηων κινηηήρων DC Δίδακε ζην ηέινο ηεο ελόηεηαο «2.1» όηη ιόγσ ηεο ζηξέςεο ηνπ δξνκέα ηνπ θηλεηήξα εληόο ηνπ καγλεηηθνύ πεδίνπ, αλαπηύζζεηε πάλσ ζην πιαίζην κηα ηάζε εμ επαγσγήο. Αθόκα αλαθέξακε ήδε ζηελ παξάγξαθν «2.5» όηη εμαηηίαο απηνύ ηνπ θαηλνκέλνπ, ζε πεξίπησζε απόηνκεο δηαθνπήο ηεο ηξνθνδνζίαο ηνπ θηλεηήξα, κπνξεί λα δεκηνπξγεζεί έλα πνιύ κεγάιν αλάζηξνθν ξεύκα, ην νπνίν λα πεξάζεη αληίζεηα κέζα από ηνλ θηλεηήξα θαη από ηα ηξαλδίζηνξ ηνπ θπθιώκαηνο νδήγεζεο, θαηαζηξέθνληαο ηα. Γηα απηό ην ιόγν ρξεηαδόκαζηε θάπνην είδνο πξνζηαζίαο ηόζν ησλ ειεθηξνληθώλ ζηνηρείσλ ηνπ θπθιώκαηνο, όζν θαη ηνπ ίδηνπ ηνπ θηλεηήξα. Τελ πξνζηαζία απηή ηελ ιακβάλνπκε κε ηελ βνήζεηα ηεζζάξσλ δηόδσλ, ηηο νπνίεο έρνπκε ηνπνζεηήζεη θαη ζην ζρήκα 3.5. Έηζη ζε πεξίπησζε απόηνκεο δηαθνπήο ηεο παξνρήο ξεύκαηνο ζηνλ θηλεηήξα, ην ξεύκα πνπ ζα δεκηνπξγεζεί, ζα θηλεζεί κέζσ ησλ δηόδσλ αληίζηξνθα ζηε θνξά ζηξέςεο ηνπ θηλεηήξα. Έηζη ηα ηξαλδίζηνξ ζα παξακείλνπλε αλέπαθα, ελώ θαη ν θηλεηήξαο ζα κπνξέζεη λα εθηνλώζεη ην θνξηίν ηνπ νκαιά πξνο θάπνηα θαηεύζπλζε [5], [7] Τροθοδοζία ηοσ κσκλώμαηος και ηων κινηηήρων DC Ζ ηξνθνδνζία ηνπ ζπλνιηθνύ θπθιώκαηνο γίλεηαη από κηα ζεηηθή ηάζε (+ Ε) κεγέζνπο 6 Volt. Μέζσ απηήο ηξνθνδνηνύκε ηνπο θηλεηήξεο θαζώο θαη όια ηα ειεθηξνληθά ζηνηρεία ηνπ θπθιώκαηνο. Ηδηαίηεξα γηα ηνπο ηειεζηηθνύο εληζρπηέο, γηα ηνπο νπνίνπο έρνπκε ήδε αλαθέξεη όηη απαηηνύλ θαη αξλεηηθή ηξνθνδνζία ώζηε λα 26

27 ιεηηνπξγήζνπλ ζσζηά, ηνπο παξέρνπκε αξλεηηθή ηάζε (- Ε) κε ηηκή 1,5 Volt. Παξαηεξνύκε όηη ε ηξνθνδνζία ησλ ηειεζηηθώλ δελ είλαη ζπκκεηξηθή, όκσο όπσο ήδε έρνπκε ζεκεηώζεη ζηελ παξάγξαθν «2.2» δελ είλαη απαξαίηεην όινη νη ηειεζηηθνί λα ιεηηνπξγνύλ ππό ζπκκεηξηθή ηξνθνδνζία. ια ηα ππόινηπα ζηνηρεία, θαζώο θαη νη θηλεηήξεο, γεηώλνληαη ώζηε λα έρνπκε δεκηνπξγήζεη έλα θιεηζηό θύθισκα θαη λα ηα δηαπεξλά ειεθηξηθό ξεύκα. Αξρηθά, ζηηο δνθηκέο ιεηηνπξγίαο ηνπ νρήκαηόο καο, όιεο νη γξακκέο ηξνθνδνζίαο θαζώο θαη ε γείσζε πξνεξρόληνπζαλ από ηξνθνδνηηθό ζπλερνύο ηάζεο πνπ ρξεζηκνπνηνύκε ζην εξγαζηήξην ειεθηξνληθώλ ηνπ ηκήκαηνο Φπζηθήο ηνπ Αξηζηνηειείνπ Παλεπηζηεκίνπ Θεζζαινλίθεο. Τειηθά όκσο απηό πνπ επηδηώθνπκε λα επηηύρνπκε είλαη ην όρεκά καο λα είλαη απηόλνκν, θάηη πνπ ζεκαίλεη όηη επηζπκνύκε ην ηξνθνδνηηθό λα αληηθαηαζηαζεί από ζπζηνηρία κπαηαξηώλ ζπλδεδεκέλεο ζε ζεηξά, ε νπνία ζα καο δίλεη ηελ απαξαίηεηε ζεηηθή θαη αξλεηηθή ηάζε γηα ηελ ιεηηνπξγία ηνπ νρήκαηνο. Μάιηζηα, εάλ ρξεζηκνπνηήζνπκε επαλαθνξηηδόκελεο κπαηαξίεο ηνπ 1,2 Volt ε θαζεκία, ζα ρξεηαζηνύκε ζπλνιηθά 5 κπαηαξίεο γηα ηελ ζεηηθή ηάζε ηξνθνδνζίαο ηνπ ζπλνιηθνύ θπθιώκαηνο θαη κόιηο κηα γηα ηελ αξλεηηθή ηάζε ηξνθνδνζίαο ησλ ηειεζηηθώλ εληζρπηώλ. Σεκεηώλνπκε εδώ πσο ν ιόγνο ρξήζεο επαλαθνξηηδόκελσλ κπαηαξηώλ ηνπ 1,2 Volt αληί ησλ θιαζηθώλ ηνπ 1,5 Volt, έγθεηηαη ζην γεγνλόο όηη νη επαλαθνξηηδόκελεο κπνξνύλε λα παξέρνπλ ζηαζεξά ηελ ηηκή ηνπ 1,2 Volt ζην θύθισκα γηα πνιύ κεγάιν ρξνληθό δηάζηεκα πξηλ εθθνξηηζηνύλ πιήξσο θαη πέζεη απόηνκα ε ηηκή ηεο ηάζεο ζηα άθξα ηνπο. Αληίζεηα, νη απιέο 27

28 κπαηαξίεο ησλ 1,5 Volt ράλνπλ θαηά ζπλερή ηξόπν κέξνο ηεο ηάζεο πνπ παξέρνπλ θαη έηζη ζε πνιύ κηθξόηεξν ρξνληθό δηάζηεκα ζα έρνπλ ηάζε αξθεηά κηθξόηεξε θαη από ηα 1,2 Volt πνπ καο παξέρνπλ νη επαλαθνξηηδόκελεο κπαηαξίεο. Ωο απνηέιεζκα, ην θύθισκα καο δελ ζα δνπιεύεη ηθαλνπνηεηηθά πνιύ πην ζύληνκα. Αθόκα ζα πξέπεη λα ζεκεηώζνπκε πσο ε ρξήζε επαλαθνξηηδόκελσλ κπαηαξηώλ βνεζά θαη ζηελ πξνζηαζία ηνπ πεξηβάιινληνο, αθνύ δελ ηηο πεηάκε κεηά από κηα ρξήζε, αιιά κπνξνύκε λα ηηο επαλαρξεζηκνπνηήζνπκε γηα αξθεηέο θνξηίζεηο. 28

29 4. Διαδικαζία καηαζκεσής και ζσναρμολόγηζης Ζ θαηαζθεπή ηνπ νρήκαηνο μεθίλεζε από ηελ ζπλαξκνιόγεζε ηνπ ζθειεηνύ ηνπ. Τα πξώηα εξσηήκαηα πνπ καο απαζρόιεζαλ ήηαλ ην ζρήκα ηνπ, θαζώο θαη ηα πιηθά από ηα νπνία ζα απνηειείηαη. Απνθαζίζακε ηειηθά λα ηνπ δώζνπκε ην ζρήκα «Τ», κε δπν ξόδεο πίζσ, ηηο νπνίεο ζα νδεγνύζαλ δπν θηλεηήξεο. Καζώο ε θίλεζε ηνπο είλαη μερσξηζηή, ζε πεξίπησζε πνπ νη ξόδεο ζηξέθνληαη αληίζεηα, ην όρεκα καο κπνξεί λα ζηξίβεη. Μπξνζηά ππάξρεη κηα ξόδα ε νπνία δελ νδεγείηαη από θηλεηήξα, είλαη όκσο ειεύζεξε λα πεξηζηξέθεηαη γύξσ από ηνλ άμνλα ηεο θαηά 360 κνίξεο. Έηζη νπζηαζηηθά ην όρεκά καο κπνξεί λα θηλείηαη πξνο νπνηαδήπνηε θαηεύζπλζε. Γηα ηελ θαηαζθεπή ηνπ ζθειεηνύ ρξεζηκνπνηήζακε μύιν, ην νπνίν είλαη πνιύ ειαθξύ θαη δελ επηβαξύλεη ηνπο θηλεηήξεο κε επηπιένλ θνξηίν. Ζ όιε δηαδηθαζία ζπλαξκνιόγεζεο ησλ επηκέξνπο ηκεκάησλ κεηαμύ ηνπο έγηλε ζην εξγαζηήξην ειεθηξνληθώλ ηνπ ηκήκαηνο Φπζηθήο ηνπ Αξηζηνηειείνπ Παλεπηζηεκίνπ Θεζζαινλίθεο. Αξρηθά κε ηε ρξήζε πξηνληνύ θόςακε ηα μύια ζην θαηάιιειν κέγεζνο θαη ελ ζπλερεία ηα βηδώζακε κεηαμύ ηνπο, ελώ γηα πεξηζζόηεξε αζθάιεηα ηνπνζεηήζακε ζηηο ελώζεηο έλα ζηξώκα ζεξκνθόιιεζεο. Σηε ζπλέρεηα, πάλσ ζην πξόζζην ηκήκα ηνπ ζθειεηνύ, βηδώζακε ηελ ειεύζεξε ξόδα θαη αθνινύζσο ζην πίζσ ηκήκα ηνπνζεηήζεθαλ νη θηλεηήξεο κε κηα ξόδα ν θαζέλαο. Δηδηθά γηα ηνπο θηλεηήξεο, πξηλ ηελ ηνπνζέηεζή ηνπο, πξνεγήζεθε ε δηαδηθαζία ηεο ζπλαξκνιόγεζεο ηνπ άμνλα πεξηζηξνθήο θαη ηνπ κεησηήξα ζηξνθώλ. Ο κεησηήξαο απνηειείηαη από γξαλάδηα κε δηαθνξεηηθή 29

30 δηάκεηξν, ηα νπνία παξεκβάιινληαη κεηαμύ ηνπ άμνλα ηνπ θηλεηήξα θαη ηνπ άμνλα ηεο ξόδαο. Με ηνλ θαηάιιειν ζπλδπαζκό ηνπο, κεηώλνπλ ηεο ζηξνθέο ηνπ θηλεηήξα, απμάλνπλ όκσο ηελ ξνπή ηνπ. Σηε ζπλέρεηα, θαη αθνύ έρεη πιένλ νινθιεξσζεί ν ζθειεηόο ηνπ νρήκαηνο, άξρηζε ε θαηαζθεπή ηνπ θπθιώκαηνο. Γηα λα έρνπκε έλα επνπηηθό κέζν κε ηε βνήζεηα ηνπ νπνίνπ ζα γίλεη ε πινπνίεζε, ρξεζηκνπνηήζακε ην θύθισκα ηνπ ζρήκαηνο 4.1. Σρήκα 4.1: Σπλνιηθό θύθισκα νδήγεζεο θηλεηήξα DC [5] Δδώ ζα πξέπεη λα αλαθέξνπκε πσο ην θύθισκα απηό απνηειεί απιά έλα παξάδεηγκα αλαινγηθνύ θπθιώκαηνο νδήγεζεο θηλεηήξα, είλαη όκσο έλα εμαηξεηηθό επνπηηθό κέζν όπσο αλαθέξακε, πνπ βνήζεζε ώζηε λα έρνπκε όζν γίλεηαη θαιύηεξν έιεγρν θαηά ηελ θαηαζθεπή ηνπ δηθνύ καο θπθιώκαηνο. ια ηα επηκέξνπο ειεθηξνληθά ζηνηρεία πνπ 30

31 απαηηνύληαλ γηα ηελ πινπνίεζε ηνπ ππήξραλ ήδε ζην εξγαζηήξην ειεθηξνληθώλ ηνπ ηκήκαηνο Φπζηθήο ηνπ Αξηζηνηειείνπ Παλεπηζηεκίνπ Θεζζαινλίθεο. Αξρηθά πήξακε κηα δηάηξεηε πιαθέηα θεξακηθνύ πιηθνύ. Σηε ζπλέρεηα, κε ηε βνήζεηα εξγαιείνπ ζπγθόιιεζεο ηνπνζεηήζακε ηα ειεθηξνληθά ζηνηρεία πάλσ ζηελ πιαθέηα θαη ηα θνιιήζακε, ην θαζέλα ζηελ ζέζε ηνπ αλάινγα κε ην ξόιν ηνπ ζην ζπλνιηθό θύθισκα. Έηζη ηειηθώο δεκηνπξγήζεθε κηα ειεθηξνληθή πιαθέηα ε νπνία πάλσ ηεο πεξηέρεη δπν μερσξηζηά θπθιώκαηα νδήγεζεο, έλα γηα θάζε θηλεηήξα ρσξηζηά. Αθόκα, έρνπκε ηνπνζεηήζεη πάλσ ζηελ πιαθέηα όινπο ηνπο αθξνδέθηεο ηξνθνδνζίαο. Έηζη έρνπκε δπν αθξνδέθηεο γηα ηελ ζεηηθή θαη αξλεηηθή ηάζε ηξνθνδνζίαο (+ Ε, - Ε), έλαλ αθξνδέθηε γηα ηελ γείσζε ηνπ θπθιώκαηνο θαη ηέινο δπν αθξνδέθηεο, πνπ ν θαζέλαο δίλεη ην αξρηθό ζήκα ζε θάζε έλαλ από ηνπο δπν νινθιεξσηέο ηάζεο. Γηα ην ηέινο έκεηλε ε έλσζε κε ηε βνήζεηα ηνπ εξγαιείνπ ζπγθόιιεζεο ησλ πόισλ ησλ θηλεηήξσλ κε ηα ζεκεία παξνρήο πςειήο ηάζεο ζην θύθισκα «Ζ Bridge». Ζ ζπλνιηθή θαηαζθεπή ηνπ νρήκαηνο ρξεηάζηεθε πεξίπνπ έμη κήλεο γηα λα νινθιεξσζεί, ελώ θσηνγξαθία ηνπ παξαηίζεηαη ζην παξαθάησ ζρήκα. 31

32 Σρήκα 4.2: Φσηνγξαθία ηνπ νρήκαηνο κεηά ηελ νινθιήξσζή ηνπ. Γηαθξίλνληαη ν μύιηλνο ζθειεηόο, νη ξόδεο, νιόθιεξν ην θύθισκα νδήγεζεο, θαζώο θαη ηα θαιώδηα ηξνθνδνζίαο ησλ θηλεηήξσλ. 32

33 5. Μεηρήζεις και ταρακηηριζμός λειηοσργίας Πξηλ θιείζνπκε ηελ παξνύζα πηπρηαθή εξγαζία, ζα δώζνπκε θάπνηα αξηζκεηηθά ζηνηρεία, θαζώο θαη ζρεδηαγξάκκαηα πνπ παξνπζηάδνπλ αξθεηό ελδηαθέξνλ. Γλσξίδνπκε ήδε όηη ε θηλεηήξεο είλαη απηνί πνπ καο ζέηνπλ ηα όξηα γύξσ από ηηο ηηκέο ηηο ηάζεο θαη ηεο έληαζεο ηνπ ξεύκαηνο, κε ηηο νπνίεο ζα ιεηηνπξγεί ην όρεκά καο. Οη θηλεηήξεο πνπ ρξεζηκνπνηήζακε είραλ σο κέγηζηε ηηκή ηάζεο ιεηηνπξγίαο ηα 3 Volts. Έηζη, αξρηθά ηνπο ζπλδέζακε κε ηξνθνδνηηθό ζπλερνύο ξεύκαηνο, ώζηε λα ειέγμνπκε ηόζν ηελ γξακκηθόηεηα ηνπο ζπγθξηηηθά κε ηελ ηάζε πνπ δέρνληαη, όζν θαη ηελ έληαζε ηνπ ξεύκαηνο πνπ δηέξρεηαη από ην εζσηεξηθό ηνπο. Έηζη, γηα ηνλ θηλεηήξα πνπ ειέγρεη ηελ αξηζηεξή πίζσ ξόδα, όπσο θαίλεηαη ζην ζρήκα 4.2, έρνπκε γηα ηελ θαλνληθή ιεηηνπξγία ηνλ πίλαθα Η. Πίνακας Ι Τάζη Ζ (Volts) Ένηαζη Η (Ampere) Σηροθές ανά λεπηό 1,23 1,2 24,5 1,54 1,3 44,5 1,87 1,4 61 2,2 1,5 75 2,53 1,6 87 2,86 1,

34 Παξαθάησ παξαηίζεληαη ηα δηαγξάκκαηα ηεο ηάζεο κε ηελ έληαζε θαζώο θαη ηεο ηάζεο κε ηηο ζηξνθέο αλά ιεπηό ηνπ θηλεηήξα. Γηάγξακκα Η: Τάζε ζπλαξηήζεη ηεο έληαζεο γηα ηνλ πίλαθα Η Γηάγξακκα ΗΗ: Τάζε ζπλαξηήζεη ησλ ζηξνθώλ γηα ηνλ πίλαθα Η 34

35 Αληίζηνηρα, γηα ηελ αλάζηξνθε ιεηηνπξγία έρνπκε ηα δεδνκέλα ηνπ πίλαθα ΗΗ. Πίνακας ΙΙ Τάζη Ζ (Volts) Ένηαζη Η (Ampere) Σηροθές ανά λεπηό 1,23 1,1 28 1,54 1,2 50 1,87 1,3 67,5 2,2 1,3 81,5 2,53 1,4 93,5 2,86 1, Αθνινύζσο, ηα αληίζηνηρα δηαγξάκκαηα γηα ηνλ πίλαθα ΗΗ. Γηάγξακκα ΗΗΗ: Τάζε ζπλαξηήζεη ηεο έληαζεο γηα ηνλ πίλαθα ΗΗ 35

36 Γηάγξακκα ΗV: Τάζε ζπλαξηήζεη ησλ ζηξνθώλ γηα ηνλ πίλαθα ΗI Παξαηεξνύκε γηα ηνλ πξώην θηλεηήξα όηη ππάξρεη κηα θαιή γξακκηθόηεηα, ηόζν κεηαμύ ηεο ηάζεο θαη ηεο έληαζεο, όζν θαη κεηαμύ ηεο ηάζεο κε ηηο ζηξνθέο αλά ιεπηό. Μνλαδηθό ζεκείν πξνβιεκαηηζκνύ ππάξρεη κεηαμύ ηεο ηάζεο θαη ηεο έληαζεο θαηά ηελ αλάζηξνθε ιεηηνπξγία ηνπ θηλεηήξα, δείγκα πσο ππάξρεη κηα κηθξή απόθιηζε κεηαμύ ησλ ζεσξεηηθώλ ππνινγηζκώλ από ηα πξαγκαηηθά δεδνκέλα. Σπλερίδνληαο ηηο πεηξακαηηθέο καο κεηξήζεηο, δνθηκάδνπκε ηνλ δεύηεξν θηλεηήξα πνπ ειέγρεη ηελ δεμηά ξόδα ηνπ νρήκαηνο όπσο ην βιέπνπκε ζην ζρήκα 4.2. Έηζη θαηαζθεπάδνπκε ηνλ πίλαθα ΗΗΗ γηα ηελ θαλνληθή ηνπ ιεηηνπξγία. 36

37 Πίνακας ΙΙΙ Τάζη Ζ (Volts) Ένηαζη Η (Ampere) Σηροθές ανά λεπηό 1,23 1,1 40 1,54 1,2 68 1,87 1,35 88,5 2,2 1,55 105,5 2,53 1,9 118,5 2,86 2,2 129,5 Αθνινύζσο, θαηαζθεπάδνπκε ηα αληίζηνηρα δηαγξάκκαηα γηα ηνλ πίλαθα ΗΗΗ. Γηάγξακκα V: Τάζε ζπλαξηήζεη ηεο έληαζεο γηα ηνλ πίλαθα ΗII 37

38 Γηάγξακκα VI: Τάζε ζπλαξηήζεη ησλ ζηξνθώλ γηα ηνλ πίλαθα ΗII Σπλερίδνληαο, γηα ηελ αλάζηξνθε ιεηηνπξγία έρνπκε ηα δεδνκέλα ηνπ πίλαθα ΗV. Πίνακας ΙV Τάζη Ζ (Volts) Ένηαζη Η (Ampere) Σηροθές ανά λεπηό 1,23 1,2 30 1,54 1,3 54 1,87 1,4 72,5 2,2 1,5 87,5 2,53 1,8 100,5 2,86 2,1 112 Τα αληίζηνηρα δηαγξάκκαηα αθνινπζνύλε ακέζσο κεηά. 38

39 Γηάγξακκα VΗΗ: Τάζε ζπλαξηήζεη ηεο έληαζεο γηα ηνλ πίλαθα ΗV Γηάγξακκα VΗΗI: Τάζε ζπλαξηήζεη ησλ ζηξνθώλ γηα ηνλ πίλαθα ΗV Καη γηα ηνλ δεύηεξν θηλεηήξα παξαηεξνύκε πνιύ θαιή γξακκηθόηεηα κεηαμύ ηεο ηάζεο θαη ηεο έληαζεο, όπσο επίζεο κεηαμύ ηεο ηάζεο θαη ησλ ζηξνθώλ αλά ιεπηό. Μνλαδηθό κειαλό ζεκείν θαη εδώ είλαη ην ζεκείν θακπήο πνπ παξαηεξείηαη κεηαμύ ηεο ηάζεο θαη ηεο έληαζεο 39

40 θαηά ηελ αλάζηξνθε ιεηηνπξγία. Καζώο νη δπν θηλεηήξεο είλαη παλνκνηόηππνη, κπνξνύκε λα βγάινπκε ην ζπκπέξαζκα όηη ππάξρεη έλα κηθξό ζεκείν πξνβιεκαηηζκνύ κόλνλ θαηά ηελ αλάζηξνθε ιεηηνπξγία ηνπο, ππό ζπγθεθξηκέλε ηάζε. Τειεηώλνληαο, ζα θάλνπκε κηα κηθξή αλαθνξά ζε κηα κέηξεζε πνπ δελ επηηειέζακε, αιιά παξνπζηάδεη νξηζκέλν ελδηαθέξνλ. Σηε ζπγθεθξηκέλε εξγαζία δελ κεηξήζακε ηελ ξνπή ησλ θηλεηήξσλ καο, ζα παξνπζηάζνπκε όκσο έλαλ ελδηαθέξνλ ηξόπν ππνινγηζκνύ ηεο. Γλσξίδνπκε όηη ε ξνπή ππνινγίδεηαη από ηνλ ηύπν [8] I F x (5.1) όπνπ F είλαη ε δύλακε θαη x ην ζεκείν εθαξκνγήο ηεο δύλακεο. Ζ δύλακε όκσο ππνινγίδεηαη από ηνλ δεύηεξν λόκν ηνπ Νεύησλα σο [8] F m (5.2) όπνπ m είλαη ε κάδα ηνπ ζώκαηνο θαη ε επηηάρπλζε ηεο βαξύηεηαο. Αλ ινηπόλ, θξεκνύζακε έλα ζώκα γλσζηήο κάδαο m κε έλα αβαξέο λήκα ακειεηέαο δηακέηξνπ από ηε ξόδα ελόο θηλεηήξα θαη ζηε ζπλέρεηα ζέηακε ζε ιεηηνπξγία ηνλ θηλεηήξα, ην λήκα ζα ηπιηγόηαλ γύξσ από ηε ξόδα. Γλσξίδνληαο ην ζεκείν εθαξκνγήο x θαη εθόζνλ ε επηηάρπλζε ηεο βαξύηεηαο είλαη ζηαζεξή, πξνθύπηεη όηη ε ξνπή ηνπ θηλεηήξα ζα ηζνύηαη κε [8] I m x (5.3) 40

41 6. Σσμπεράζμαηα Τειεηώλνληαο, ζα πξέπεη λα αλαθεξζνύκε ζην πόζν ελδηαθέξνλ ήηαλε ε ζπλνιηθή δηαδηθαζία ηεο έξεπλαο θαη ελ ζπλερεία θαηαζθεπήο ηνπ απηνθηλνύκελνπ νρήκαηόο καο. Φάξηο ηελ εξγαζία απηή, θαηαλνήζακε πνιύ πεξηζζόηεξν ηνλ ηξόπν ιεηηνπξγίαο ησλ ειεθηξνληθώλ, αιιά θαη άιισλ ζηνηρείσλ πνπ είλαη θαζεκεξηλό θνκκάηη ηεο δσήο καο, όπσο ν ηξόπνο ιεηηνπξγίαο ησλ θηλεηήξσλ DC. Βέβαηα όπσο είπακε θαη ζηελ αξρή, έρνπκε αλαπηύμεη έλα πνιύ κηθξό ζέκα πνπ αθνξά ηα ειεθηξνληθά, θαζώο ε ηερλνινγία ζπλερώο αλαπηύζζεηε. Τα νθέιε πνπ απνθνκίζακε όκσο από ηελ εκπεηξία απηή ζα ζπλερίζνπλ λα καο αθνινπζνύλ θαη λα καο βνεζνύλ ζηηο δπζθνιίεο πνπ ζα αληηκεησπίζνπκε ζην κέιινλ. Καηαθέξακε λα αλαπηύμνπκε ηξόπνπο ζπιινγηθήο ζθέςεο, αιιά θαη ζπλεξγαζίαο, ηόζν κεηαμύ ησλ θνηηεηώλ, όζν θαη κεηαμύ ηνπ θνηηεηή θαη ηνπ θαζεγεηή. Γηα απηό ζα ήζεια λα επραξηζηήζσ πξαγκαηηθά όινπο ηνπο θνηηεηέο αιιά θαη ηνπο θαζεγεηέο ηνπ Τνκέα Ζιεθηξνληθήο ηνπ ηκήκαηνο Φπζηθήο ηνπ Αξηζηνηειείνπ Παλεπηζηεκίνπ Θεζζαινλίθεο γηα ηελ αξσγή ηνπο ζηελ νινθιήξσζε απηήο ηεο πξνζπάζεηαο. Φπζηθά, ζα ήζεια λα επραξηζηήζσ μερσξηζηά ηνλ επηβιέπνληα δηδάζθνληα ηεο πηπρηαθήο κνπ, Λέθηνξα θύξην Κσλζηαληίλν Παπαζαλαζίνπ γηα ηελ ακέξηζηε ζπκπαξάζηαζή ηνπ ζε νηηδήπνηε ρξεηαδόκνπλ θαη αθνξνύζε ηελ νινθιήξσζε ηεο πηπρηαθήο εξγαζίαο. 41

42 7. Βιβλιογραθία [1] Βηνκεραληθνί Απηνκαηηζκνί, Δξγαζηήξην Μηθξνϋπνινγηζηώλ ΗΗ, Δθαξκνγώλ θαη Γηθηύσλ, Τκήκα Ζιεθηξνληθήο, Αιεμάλδξεην Τερλνινγηθό Δθπαηδεπηηθό Ίδξπκα Θεζζαινλίθεο, 2010 [2] Electrical Machines and Electronics, U.A. Bakshi, A.P. Godse, M.V. Bakshi, 2009 [3] Γεληθή Ζιεθηξνληθή, Τόκνο Β, Κ.Α. Καξύκπαθαο, 2001 [4] Τειεζηηθνί Δληζρπηέο, Κπθιώκαηα, Πεηξακαηηθέο Μεηξήζεηο θαη Μέζνδνη, Πνξιηδάο Γεκήηξηνο, Τνκέαο Ζιεθηξνληθήο, Τκήκα Φπζηθήο, Αξηζηνηέιεην Παλεπηζηήκην Θεζζαινλίθεο [5] Peter Crowcroft & Ladda, DIY Electronics (HK) Ltd, Sham Shui Po, Hong Kong [6] Δξγαζηεξηαθέο Αζθήζεηο Ζιεθηξνληθήο, Τνκέαο Ζιεθηξνληθήο, Τκήκα Φπζηθήο, Αξηζηνηέιεην Παλεπηζηήκην Θεζζαινλίθεο [7] Chuck McManis, President of the Home Brew Robotics Club of Silicon Valley [8] Φπζηθή, Δηζαγσγή ζηε Μεραληθή, Θ. Καξαθώζηαο, Γ.Σ. Κπξηάθνο,