Οι κινητήρες DC (συνεχούς ρεύματος) χρησιμοποιούνται ευρέως τόσο σε βιομηχανικές εφαρμογές όσο και στο σπίτι για προσωπικά έργα. Μία από τις βασικές παραμέτρους όταν επιλέγετε να χρησιμοποιήσετε έναν κινητήρα DC είναι το αν θα συνδέσετε κάποια μορφή Ανάδρασης στον Κινητήρα.
Τι είναι η Ανάδραση;
Ανάδραση είναι κάθε πληροφορία που μπορεί να χρησιμοποιήσει ένας ελεγκτής για να παρακολουθεί μια διεργασία. Στους κινητήρες DC, η Ανάδραση συνήθως συλλέγεται με τη μορφή θέσης, αριθμού περιστροφών και κατεύθυνσης περιστροφής. Αυτές οι πληροφορίες μπορούν στη συνέχεια να δοθούν στον ελεγκτή ώστε να μετρηθεί η γωνιακή ταχύτητα και η θέση του άξονα του Κινητήρα· αυτό είναι ευρέως γνωστό ως μορφή «ελέγχου κλειστού βρόχου».
Σε πιο εξελιγμένες περιπτώσεις χρήσης, η Ανάδραση από τον Κινητήρα και άλλες πηγές μπορεί να ρυθμιστεί ώστε να επιτυγχάνει όχι μόνο ακριβή ταχύτητα και θέση, αλλά και την επιθυμητή δυναμική απόκριση, συγχρονισμό και σταθερότητα.
Οφέλη από τη χρήση Ανάδρασης
Όταν υλοποιείται σωστά, η Ανάδραση επιτρέπει στα μηχανήματα να λειτουργούν πιο αποδοτικά και με μεγαλύτερη επαναληψιμότητα. Η Ανάδραση μπορεί να επιτρέψει στον μηχανισμό σας να προσαρμόζει αυτόματα την έξοδο για να διατηρεί σταθερότητα, να μειώνει τις διακυμάνσεις και να ελαχιστοποιεί τα σφάλματα χωρίς ανθρώπινη παρέμβαση.
Ένα απλό παράδειγμα καλού συστήματος ελέγχου με Ανάδραση είναι ο θερμοστάτης. Ο ελεγκτής μετρά τη θερμοκρασία στο δωμάτιο και ρυθμίζει την έξοδο των θερμαντικών στοιχείων ώστε να διατηρείται μια καθορισμένη θερμοκρασία.
Ένα από τα βασικά πλεονεκτήματα της Ανάδρασης στους κινητήρες DC είναι ο έλεγχος PID. Το PID αναφέρεται σε έναν μηχανισμό βρόχου ελέγχου που χρησιμοποιείται ευρέως στη βιομηχανία για να αντισταθμίζει αυτόματα σφάλματα στην ταχύτητα ή τη θέση της μηχανής.
Η Ανάδραση μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για την υλοποίηση μηχανισμών ασφαλείας (fail-safe) και για την αντιμετώπιση προβλημάτων της εφαρμογής σας. Για παράδειγμα, αν οι γραμμικοί ενεργοποιητές σας πρέπει να κινούνται συγχρονισμένα αλλά ένας υστερεί, κάτι δεν πάει καλά. Το σύστημα μπορεί τότε να σταματήσει την κίνηση και των δύο ενεργοποιητών για να αποτρέψει ζημιές ή ανατροπή.
Τύποι αισθητήρων Ανάδρασης για κινητήρες DC
Οι πιο συνηθισμένοι τύποι Ανάδρασης για κινητήρες DC είναι τα ποτενσιόμετρα, οι αισθητήρες Hall και οι κωδικοποιητές (encoders). Όσον αφορά την ακρίβεια και τη precision, και οι 3 τύποι μπορεί να είναι συγκρίσιμοι και είναι πολύ αποτελεσματικοί με τη σύγχρονη τεχνολογία. Οι διαφορές προκύπτουν όταν εξετάζονται ειδικές απαιτήσεις απόδοσης όπως η αντοχή, οι περιβαλλοντικοί παράγοντες, οι ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές και η συμπεριφορά σε θερμοκρασία.
Ποτενσιόμετρο
Το μεγαλύτερο πλεονέκτημα αυτού του τύπου Ανάδρασης είναι η απλότητά του. Ένα ποτενσιόμετρο ουσιαστικά μετατρέπει έναν κανονικό κινητήρα DC σε σερβοκινητήρα, επιτρέποντας ακριβή κίνηση και/ή έλεγχο ταχύτητας. Τα ποτενσιόμετρα παρέχουν άμεση πληροφορία της γωνιακής θέσης του άξονα του Κινητήρα. Ως αποτέλεσμα, όταν το σύστημα χάσει τροφοδοσία, το ποτενσιόμετρο μπορεί να διατηρήσει την πληροφορία θέσης του χωρίς την ανάγκη «επιστροφής στην αρχική θέση». Επιπλέον, επειδή στον πυρήνα τους τα ποτενσιόμετρα είναι απλοί διαιρέτες τάσης με μεγάλη αντίσταση, ανταποκρίνονται καλά στις ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές (EMI).
Υπάρχουν επίσης μειονεκτήματα στη χρήση ποτενσιόμετρων. Οι αισθητήρες ποτενσιόμετρου απαιτούν επαφή για να κάνουν μετρήσεις, πράγμα που σημαίνει ότι είναι λιγότερο ανθεκτικοί και έχουν περιορισμένη διάρκεια ζωής σε σύγκριση με άλλες μορφές Ανάδρασης. Τα ποτενσιόμετρα είναι σχετικά αργή μορφή μέτρησης, τόσο λόγω της ανάγκης για επαφή όσο και επειδή μπορεί να απαιτούν μετατροπέα αναλογικού σε ψηφιακό (ADC) πριν εγκαθιδρυθεί ο πραγματικός έλεγχος Ανάδρασης. Τέλος, τα ποτενσιόμετρα μέσα σε κινητήρες δημιουργούν περιορισμό στον αριθμό των περιστροφών που μπορεί να κάνει ένας άξονας. Οι εφαρμογές με Ανάδραση ποτενσιόμετρων πρέπει να διασφαλίζουν ότι υπάρχει τρόπος αποφυγής υπέρβασης της Διαδρομής.
Φαινόμενο Hall
Οι αισθητήρες Hall αποτελούν βασικό στοιχείο της Ανάδρασης κινητήρα, επειδή είναι αξιόπιστοι, ακριβείς και έχουν μεγάλη διάρκεια ζωής. Σε αντίθεση με το ποτενσιόμετρο, οι αισθητήρες Hall δεν χρειάζεται να κάνουν καμία επαφή, οπότε είναι χρήσιμοι σε σκληρά περιβάλλοντα, έχουν υψηλή αντοχή στη φθορά και είναι αξιόπιστοι σε περιβάλλοντα με υψηλούς κραδασμούς. Οι αισθητήρες Hall παρέχουν ηλεκτρικούς παλμούς όταν ο μαγνήτης ευθυγραμμίζεται με τα ηλεκτρονικά ανίχνευσης. Για αυτόν τον λόγο είναι κατάλληλοι για εφαρμογές υψηλής Ταχύτητας και επιτρέπουν τον προ-προγραμματισμό συγκεκριμένων γωνιών του άξονα του Κινητήρα.
Ένα από τα μειονεκτήματα των αισθητήρων Hall είναι ότι μπορούν να παρέχουν μόνο σχετικές πληροφορίες θέσης. Αυτό σημαίνει ότι κάθε φορά που το σύστημα χάνει τροφοδοσία, οι αισθητήρες Hall πρέπει να μετακινηθούν σε γνωστή θέση και να γίνει επαναφορά. Επιπλέον, τα καλώδια των αισθητήρων Hall που μεταφέρουν πληροφορίες μπορεί να είναι ευάλωτα σε ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές και θόρυβο. Για αυτόν τον λόγο, τα σήματα μερικές φορές μπορεί να χαθούν ή να παραχθούν ψευδή σήματα, πράγμα που σημαίνει ότι η πληροφορία θέσης μπορεί να «παρασυρθεί» με τον χρόνο.
Κωδικοποιητές (Encoders)
Υπάρχουν οπτικοί και μαγνητικοί κωδικοποιητές. Οι μαγνητικοί κωδικοποιητές είναι πιθανότατα ο καλύτερος συνολικά αισθητήρας για τη δημιουργία σημάτων Ανάδρασης. Είναι χωρίς επαφή, όπως και οι αισθητήρες Hall, πράγμα που σημαίνει πολύ μεγάλη διάρκεια ζωής. Είναι πολύ γρήγοροι και συνήθως έχουν πολύ υψηλή ανάλυση. Οι μαγνητικοί κωδικοποιητές επίσης δεν επηρεάζονται από σκόνη ή άλλα σωματίδια και μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε ποικιλία περιβαλλόντων.
Οι κωδικοποιητές είναι συνήθως ακριβοί και απαιτούν εξειδικευμένα ηλεκτρονικά, τα οποία μπορεί να είναι δύσκολο να ρυθμιστούν και να ελεγχθούν. Η προσθήκη περιττής πολυπλοκότητας στον σχεδιασμό δεν είναι πάντα καλή ιδέα, καθώς αυξάνει και τον αριθμό των πιθανών τρόπων αστοχίας.
Υπάρχει μια ποικιλία μορφών Ανάδρασης διαθέσιμων στους σχεδιαστές και, με τις εξελίξεις της σύγχρονης τεχνολογίας, μπορούν να καταστούν περίπου ισοδύναμες ως προς την ακρίβεια. Όταν επιλέγετε τον τύπο Ανάδρασης, πρέπει να λάβετε υπόψη τις ανάγκες απόδοσης της εφαρμογής σας και να κατανοήσετε τα οφέλη των τεχνολογιών με τις οποίες εργάζεστε.