OMS: DC MOTORJI Povzetek DC motorji so naprave, ki pretvarjajo električno energijo v mehansko. Poganja jih enosmerni (DC) tok. Na vaji je obravnavano merjenje karakteristik DC motorjev.

Princip delovanja Kadar je vodnik, po katerem tec ̌e tok, postavljen v magnetno polje, vsak potujoc ̌i naboj čuti Lorentzovo silo. Skupaj naboji ustvarjajo makroskopsko silo na vodnik, t.i. Laplaceovo silo, ki je enaka:

𝑭 = 𝐼 𝑑𝒍×𝑩

, kjer je F sila v Newtonih, I tok v Amperih, dl dolžina žice v metrih in B jakost magnetnega polja v Teslah. Za raven vodnik se enačba poenostavi v:

𝑭 = 𝐼𝑳×𝑩

, kjer je L vektor, katerega dolžina je dolžina vodnika, smer pa vzdolž žice v smeri toka. Ker je sila vektorski produkt, je potrebno upoštevati ortogonalne komponente vektorjev.

SLIKA 1: PRAVILO DESNE ROKE PRI DOLOČANJU LAPLACEOVE SILE.

Princip delovanja koračnega motorja prikazuje Slika 2.

SLIKA 2: PRINCIP DELOVANJA DC MOTORJA.

Sestavo DC motorja prikazuje Slika 3.

SLIKA 3: SESTAVA DC MOTORJA.

Magnetno polje na statorju je lahko generirano s permanentnimi magneti ali pa z elektromagneti. Slednje je pogosto uporabljeno pri večjih elektromotorjih, kjer sta navitji tako na rotorju kot na statorju. Navitji sta lahko vezani v vzporedno, zaporedno ali kombinirano vezavo od česar so odvisne lastnosti motorja – odvisnost navora od vrtilne hitrosti.

Pomemben pojav pri vrtenju motorja je, da se na vodniku, ki se premika v magnetnem polju inducira napetosti oz. da po njem steče tok. Ta napetost je ravno nasprotna napajlni in je enaka produktu toka čez motor in upornosti navitja. Pravimo ji nasprotna elektromotorna sila.

Hitreje, kot motor poženemo, večja je nasprotna elektromotorna sila. Ker so odvisnosti linearne, je tudi karakteristika idealnega DC motorja linearna.

Moč motorja je produkt navora in vrtilne hitrosti, kar prikazuje Slika 4.

SLIKA 4: MOČ JE LAHKO PREDSTAVLJENA KOT PLOŠČINA PRAVOKOTNIKA POD GRAFOM ODVISNOSTI NAVORA OD VRTILNE HITROSTI.

Pri modeliranju DC motorja moramo upoštevati tako njegove električne, kot tudi mehanske lastnosti (Slika 5).

SLIKA 5: ELEKTRIČNE IN MEHANSKE LASTNOSTI, S KATERIMI POPIŠEMO DC ELEKTROMOTOR.

Merjenje karakteristik DC motorja Hitrost DC motorja najpogosteje merimo z optičnimi enkoderji. Princip delovanja optičnega enkoderja prikazuje Slika 6.

SLIKA 6: PRINCIP OPTIČNEGA ENKODERJA

Enkoder lahko izdelamo tudi sami, z uporabo foto prekinjevalnika (ang. photo interrupter). Sestavljata ga dioda in foto tranzistor. Med vrtenjem motorja naluknjan disk omogoča oz. onemogoča prehod svetlobe iz diode do foto tranzistorja. Primer foto prekinjevalnika Sharp GP1S58VJ000F prikazuje Slika 7.

SLIKA 7: FOTO PREKINJEVALNIK.

Da bi poleg hitrosti izmerili tudi smer vrtenja uporabimo dva enkoderja, ki sta zamaknjena za četrtino periode. Temu principu pravimo kvadraturni enkoder.

SLIKA 8: SIGNALA KVADRATURNEGA ENKODERJA.

Napetost na sponkah motorja merimo preprosto z voltmetrom. Tok skozi motor najenostavneje merimo tako, da zaporedno z motorjem vežemo majhen upor velikosti npr. 1 Ohm ali 0,1 Ohm (ang. shunt resistor) in merimo padec napetosti prek tega upora.

Naloga 1: Izdelaj vezje, s katerim bo s pomočjo mikrokrmilnika Arduino in gonilnika L293D krmiliti obrate, napetost in tok na DC elektromotorju.

Naloga 2: Pomeri in nariši odvisnosti hitrosti in toka od napetosti.

Pri nalogi za merjenje hitrosti uporabite enkoder, ki je že pritrjen na motor. Program za merjenje hitrosti realizirajte z uporabo prekinitev in serijske komunikacije.

SLIKA 9: UPORABLJENI EKODER, PRITRJEN NA MOTOR.

Tabela iz podatkovnega lista, ki specificira vlogo žic.

Color Function Red motor power (connects to one motor terminal)

Black motor power (connects to the other motor terminal)

Green encoder GND Blue encoder Vcc (3.5 – 20 V) Yellow encoder A output White encoder B output