<< | #106 ; Paŝo kiu konduku ĝis neriproĉebla kompreno de motoroj |
>> |
Bona astronomia horloĝo estas ege nobla celo, sed provizore ĝi estas neatingebla. Mekanikaj problemoj estas ankoraŭ tro grandaj. La rotacianta plato (stela mapo) kaŭzas gravaj problemoj por efektivigo kaj la ĉielo ja nepre devas rotacii. Ĉiuj ja vidas per propraj okuloj ke la ĉielo fakte rotacias ĉirkaŭ la Tero! Malbonan astronomian horloĝon mi aliflanke ne bezonas.
Kion do faru? Mekaniko kaj mekanismoj estas ĉiuokaze baza kaj grava afero. Homaro ne povus vivi sen mekaniko. Mondo sen mekaniko estus vana. Realo sen mekaniko ne eblas. Kaj mi ja estas precipe mekanika inĝeniero! Longe vivu mekaniko!
Elektraj motoroj estas interesaj eĉ en si mem. Mi konstruu simplan aparaton aŭ ian "platformon" por testi diversaj malgrandaj elektraj motoroj per malalta tensio kaj malgranda kurento. La ideo estas gvidi tiuj motoroj kun malgranda komputilo Arduino Uno.
Estas multaj tipoj de elektraj motoroj. La plej simpla motoro por kontinua kurento estas la DC-motoro kun 2 linioj. Ĝi rotacias laŭ la nivelo de elektra tensio. Pli alta tensio kaŭzas pli rapidan rotacion. Oni ŝanĝas la direkton de rotacio kiam oni ŝanĝas la ordon de linioj. Programe oni povas ŝanĝi la direkton de rotacio de DC-motoro per tiel nomata "H-ponto" kiu ŝanĝas la direkton de kurento por la motoro. Ĝenerale motoroj turnas jam kiam la tensio estas 50% de nominala uza tensio kaj eblas uzi tension 50% pli altan ol la nominala tensio.
Eĉ malgrandaj elektraj motoroj povas konsumi tro multe da kurento por gvidi rekte kaj sendanĝere per Arduino Uno. Oni bezonas sekuran solvon kiu kapablas oferti pli multe da elektra efekto kaj kiu estas facile gvidebla per la malgranda elektra efekto de Arduino Uno. Jam 20 mA aŭ 20·10-3 A
aŭ 0,020 amperoj estas granda kurento en eliroj de tiu malgranda komputila karto. Ni ne volas kaŭzi kurtan cirkviton por la komputilo. Tro granda kurento povus difektigi la komputilon.
Arduino Uno ne havas veran DA-transformilon ("Digitala -> Analoga"), sed eblas praktike imiti ĝin per PWM (Pulse Width Modulation). Frekvenco de PWM-signalo estas ekzemple 490 Hz. Oni povas reguligi la porcion de pli alta tensio en la signalo tiel ke por la - relative malrapida - motoro ŝajnas ke la tensio ŝanĝiĝas, kvankam la pli alta tensio restas la sama, nur ĝia porcio ŝanĝiĝas.
Ekzemple en la suba bildo ni vidas kiel la meznombra elektra tensio de signalo ŝajnas pli alta kiam la porcio D = 60% ol kiam ĝi estas nur D = 40%. La frekvenco de signalo restas la sama, la nivelo de pli alta tensio restas la sama, sed la motoro vidas alian mezan elektran tension. La frekvenco 490Hz estas principe aŭdebla, 490 pulsoj dum ĉiu sekundo, sed la tensio en la signalo varias tiel rapide ke la motoro praktike ne havas tempon por reakcii pro la unuopaj pulsoj per sia rotacio. La pulsoj povas kaŭzi ioman sentendencan aŭdeblan sonon. Tia rapide aliiĝa "ortangula" pulso ja povas enhavi ankaŭ pli grandaj frekvencoj.
Ordinaraj elektraj lampoj ĉiam flagretas en frekvenco 100 Hz pro la frekvenco de elektra lumigado 50 Hz, sed eĉ tion pulsadon ni ne vidas. Dum unu sekundo estas 100 fojoj malluma kaj 100 fojoj brila, sed niaj okuloj kaj nia cerbo komprenas ke la lumigado estas tute ebena.
Tiel eblas reguligi la rotacian rapidecon de DC-motoro rekte el programo de komputilo. Rilato inter la meza elektra tensio por la DC-motoro kaj la rotacia rapideco de motoro tamen ne estas tre simpla. Rotacio de DC-motoroj dependas ankaŭ de ilia kargo. La rapideco malpliiĝas kiam la mekanika kargo kreskas. Verŝajne la kurento ankaŭ tiam kreskas.
Bona ideo de PWM estas ke eblas ekonomie reguligi la mezan tension kaj la meza tensio estas sufiĉe bona kaj ebena por malrapidaj aparatoj (lampoj, DC-motoroj) se la frekvenco estas sufiĉe granda. Ĝenerale la transistoroj kondutas plej bone kiam ili aŭ estas tiel facile tralasaj por kurento kiel eble, aŭ tute baras la kurenton. La statoj inter la plej bona tralaso kaj tuta baraĵo ne estus same ekonomiaj, ĉar okazus relative granda perdo de efekto en la transistoro. Estus malutile varmigi la transistoron sen vera bezono.
Ekzistas diversaj servo-motoroj. Eblas gvidi aŭ la angulon (ekzemple 0° ... 180°) kiun la akso de motoro turnas, aŭ la rapidon de kontinua rotacio, sed ne ambaŭ kun la sama servo-motoro. La servo-motoro gvidas sin mem. Ili havas ene propran elektronikon por tiu tasko. La gvida signalo estas relative facila kaj eblas uzi rekte per malgranda komputilo. Servo ne prenas sian elektran efekton el gvida signalo, sed ĝi havas apartaj konektoj por uza efekto.
Ekzistas paŝaj motoroj tipo bipolar kaj tipo unipolar. Oni devas "paŝigi" aŭ uzi tiujn motorojn per konvenaj elektraj pulsoj ekzemple en 4 linioj. Bipolar-motoroj estas pli fortaj, sed unipolar-motoroj estas elektre pli facilaj por gvidi. Bipolar-motoro bezonas 2 "H-pontoj" por norma uzo, unu "H-ponto" por ambaŭ bobenoj. Arduino Uno povas formi la signalojn por motoroj, sed ĝi ne kapablas rekte gvidi la motoroj per elektro. Oni necesas apartan elektran cirkviton por fortigi la elektran kurenton por motoroj.
La baza ideo de paŝaj motoroj estas ke oni povas turni la akson de motoro precize tiom kaj tiel rapide kiel oni volas. Tre nobla ideo. Estas tamen iom da serpentoj en paradizo. Eble la mekanika kargo estas tro peza kaj ne eblas turni la akson. Eble la pozo de akso ne estas konvena kun la alvenanta pulso kaj tial la akso ne povas turni. Eble la sinsekvaj pulsoj alvenas tro rapide, la frekvenco de pulsoj estas iom tro granda? Tial paŝa motoro eble iam perdas paŝoj kaj ne turnas tute precize. Normale paŝa motoro tamen povas rotacii precize kun selektita rapido kaj precize la selektitan angulon, sendepende de kargo - inter moderaj limoj.
Mi devas iom testi iun tipon de malgranda unipolar-motoro por decidi ĉu ĝi estus vere konvena motoro por astronomia horloĝo.
Elektra motoro povas ankaŭ funkcii kiel generatoro. Eble mi konektos unu motoron por turnigi la akson de alia motoro kaj mezuros la elektran signalon kiun la alia motoro produktas kiel generatoro de elektro.
Tiuj motoroj sur la platformo de eksterlanda akacia tranĉtabuleto plenumas nenian vere utilan laboron, sed eblas testi, eksperimenti kaj mezuri. Se mi havas monon dum printempo, eble eĉ eblus detale studadi la veran formon de elektraj pulsoj de motoroj. Ili ne estas tute simplaj ĉar estas bobenilo en la motoro. La bobenilo povas kaŭzi varian elektran tension pro la pulsoj, iom da malbonvenaj tensiaj pintoj. La tensio en la bobeno povas momente esti surprize alta kiam la elektra tensio de fonto varias rapide. La tiel nomata kontinua kurento eble ne estas vere tre kontinua. Pintoj de tensio povas esti danĝeraj por delikataj elektronikaj partoj.
Eblas studadi tension kaj kurenton detale per Osciloskopo, tre fajna kaj perobjekta mezurilo. Ekzistas ankaŭ relative malmultekostaj osciloskopoj, ekonomie atingeblaj por malriĉa studanto. La frekvencoj de elektraj motoroj ja ne estas tre grandaj. Ekzemple per relative malmultekosta osciloskopo de 10 MHz eblas mezuri rapidaj eventoj kiuj daŭras nur kelkaj 0,1 μs aŭ dekonoj de mikrosekundo, nur parton de milionono aŭ kelkaj 1/10000000 partoj de sekundo.
Principe osciloskopo mezuras nur la elektran tension inter du punktoj. Eblas tamen kalkuli la kurenton kiu pasas tra la mezurita cirkvito kiam oni metas malgrandan elektran reostaton al la pasejo de tiu kurento. Malgranda reostato ne faligas la tension tro multe, sed estas mezurebla la tensio kiun la tra la reostato fluanta kurento kaŭzas. Oni mezuras la relative malgrandan tension kiun la reostato konsumas kaj eblas kalkuli la kurenton.
Ekzemple se la reostato estas R = 1 Ω
aŭ precize unu omo kaj oni mezuras ke okazas perdo de tensio U = 0,3 V
aŭ 0,3 voltoj en la reostato de konstanta valoro, oni povas kalkuli ke tiam pasas la kurento I = U / R = 0,3 V / 1 Ω = 0,3 A
tra la reostato. La sama kurento pasas tra la cirkvito. Esence ke la valoro de reostato restas konstanta sendepende de kurento. Alie la perdo de elektra tensio ne rekte malkovras la kvanton de kurento kiu pasas tra la cirkvito.
Se estas multaj "kanaloj" en la osciloskopo, eblas mezuri samtempe kaj tensioj kaj kurentoj. Kiam estas ekzemple bobenilo en la cirkvito, eblas ke la fazoj de tensio kaj kurento ne estas tute samaj, tensio kaj kurento ne okazas samtempe, sed kondutas iom alie dum tempo pasas. Osciloskopo estas konvena mezurilo por indiki la fazojn de tensioj kaj kurentoj. Plej simple estas se la elektraj pulsoj okazas daŭre dum mezurado. Unuopaj pulsoj kiuj okazas nur foje estas pli malfacilaj por mezuri.
Plejparto de aŭtomata tekniko estas provizore ebla trakti nur en teorio. Ekzemple hidraŭlikaj sistemoj estus multe tro multekostaj kaj ili postulus multe da rimedoj kiuj mi ne havas. Elektroniko kaj elektro-mekaniko en ĉi tia malgranda skalo estas la sola praktika ebleco por vere labori, lerni kaj fari ion utilan. Racia laboro en servo de aliaj estas jam neatingebla. Mi faru ĉiun kiun mi povas por konstrui pli bonan mondon, sed nur malgrandaj celoj eblas.
Certe bona kono de malgrandaj elektraj motoroj estas tre grava por nia eta nacio Mueleja Insulo. Ni uzu kiel eble plej multe da niaj limigitaj rimedoj por ĉi tiu krize grava tasko. Ĝi estas provizore la sola bona profesia futuro videbla.
Tamen iun tagon ............................
NI VENKOS!
La Ambasadoro en Pori de sendependa nacio Mueleja Insulo |