Ovládání motoru pračky: základní principy a možnosti
V moderním světě hrají domácí spotřebiče důležitou roli v každodenním životě lidí. Jedním z nejpoužívanějších domácích spotřebičů je pračka. Jeho provoz přímo závisí na provozu motoru, který je zodpovědný za různé funkce a provozní režimy. V tomto článku se podíváme na to, jak ovládat motor pračky a jaké možnosti poskytuje.
Řízení otáček motoru: od jednoduchých nastavení až po inteligentní režimy
Prvním aspektem ovládání motoru pračky je nastavení rychlosti jeho otáčení. To může být užitečné zejména při praní různých druhů tkanin. Některé pračky mají přednastavené programy s různou rychlostí odstřeďování a uživatel si může zvolit nejvhodnější režim podle toho, jaké prádlo chce prát. Například u jemných materiálů se doporučuje používat nízkou rychlost otáčení, aby nedošlo k poškození tkaniny. U odolnějších předmětů však můžete použít vyšší rychlost pro účinné odstranění skvrn a nečistot.
Pro pokročilejší ovládání motoru pračky jsou některé modely dodávány s chytrou technologií, která automaticky určí optimální rychlost odstřeďování pro každou náplň. Snižuje se tak riziko poškození oděvů a jsou zdroje pračky maximálně efektivní. Tyto funkce jsou užitečné pro ty, kteří chtějí ušetřit čas a energii, aniž by se museli starat o úpravu otáček motoru.
Řízení otáček motoru pračky však není jen problém volby konkrétního režimu praní. Stále více výrobců přidává do svých modelů funkci proměnné rychlosti, která uživateli umožňuje ovládat tento parametr v reálném čase za chodu pračky. To umožňuje provádět úpravy pracího programu a upravovat otáčky motoru podle potřeby, například pokud si všimnete, že některý z kusů oblečení vyžaduje důkladnější ošetření. Tento flexibilní přístup umožňuje přesněji řídit proces mytí, dosahovat lepších výsledků a uspokojovat individuální potřeby každého uživatele.
Ovládání směru otáčení: rozděleno na normální a zpětný
Další funkcí ovládání motoru pračky je možnost změny směru jeho otáčení. Motor se obvykle otáčí jedním směrem, ale některé modely praček nabízejí možnost protisměrného otáčení. To je užitečné zejména při praní velkých nebo těžkých předmětů, jako jsou přikrývky nebo přikrývky.
Opačné otáčení motoru vytváří speciální efekt, který umožňuje efektivněji distribuovat mycí roztok a zlepšit kvalitu mytí. To je důležité zejména při odstraňování skvrn a nečistot, které se nacházejí na konkrétních místech oblečení. Kombinace různých směrů otáčení umožňuje dosáhnout hlubšího praní a zajistit rovnoměrné rozložení látek v bubnu pračky.
Pokročilejší pračky nabízejí automatickou volbu směru otáčení v závislosti na typu náplně. To vám umožní dosáhnout nejlepších výsledků mytí bez dalšího nastavování a námahy ze strany uživatele. Tento inteligentní přístup k ovládání motoru poskytuje pohodlí a schopnost dosáhnout optimálních výsledků praní pro každý typ oblečení.
Správa časových parametrů: nastavení délky praní a odloženého startu
Ovládání motoru pračky také umožňuje uživatelům nastavit provozní dobu a dobu trvání každého praní. To je užitečné pro ty, kteří chtějí přesně plánovat své domácí práce a optimalizovat proces mytí. Nastavením časových parametrů může uživatel nastavit konkrétní časy začátku a konce mytí, což mu umožňuje předem stanovit čas potřebný k dokončení dalších úkolů nebo činností.
Odložený start je další funkcí časování, kterou zajišťuje motor pračky. Umožňuje uživatelům naprogramovat spuštění praní po určité době a odložit jej na dobu, která je pro ně výhodnější. Můžete například naprogramovat pračku tak, aby začala prát několik hodin před vaším příjezdem domů, takže vaše prádlo bude čerstvé a připravené k sušení, až dorazíte. Tento flexibilní přístup umožňuje co nejpohodlnější ovládání mycího procesu a přizpůsobení individuálnímu rozvrhu každého uživatele.
Na závěr, možnost ovládat motor pračky poskytuje uživatelům flexibilní a pohodlný způsob, jak přizpůsobit proces praní tak, aby vyhovoval jejich individuálním potřebám. Od úpravy rychlosti otáčení až po manipulaci se směrem otáčení a nastavení parametrů časování mohou tyto funkce zlepšit kvalitu praní, šetřit zdroje a ušetřit čas. Jsou vynikajícím příkladem aplikace pokročilých technologií v domácí sféře a značně usnadňují každodenní život uživatelů praček.
Tento úvodní článek je určen pro úplně začátečníky, čtenáře „pokročilé“ v oboru elektroniky může zajímat další, kde se dostanu k rozboru obvodů skutečná auta
Alma mater je už dávno za zdí, ale svět se dnes tak rychle mění, že musíte vždy utíkat, i když chcete jen stát na místě. V oblasti vývoje elektronických technologií je tato nesmrtelná věta od Alice asi nejrelevantnější. V posledních letech jsem si pořídil nový koníček – opravy domácí elektroniky. Opravuji ne kvůli penězům, čistě pro sebe a své příbuzné, co jsem předtím bez rozmyslu vyhodil a nahradil to novým.
Elektronický obsah moderních domácích spotřebičů, zvláště pokud se nebavíme o šmrncovní montáži z dílny Uncle Lee’s, ale od známých značek, je zázrakem optimalizace. Při opravách zároveň sleduji pozoruhodná technická řešení a usmívám se, když si všímám chyb designérů. Někdy může být extrémně obtížné vysvětlit je jinak než požadavky obchodníků na zavedení prvků „plánovaného zastarávání“ do designu.
Počasí venku moc nepřeje, další prototyp se posílá do zkušebního provozu, proč nám neřekneš něco zajímavého? Dlouho jsem nepsal na Habr!
Proč motory, proč pračky?
Tedy alespoň proto, že motory praček jsou skvělé pro mnoho domácích projektů a získat je je snadné. Můžete ho vydolovat z vlastní staré pračky, nebo si ho můžete koupit na Avitu za směšné peníze! Pro ty, kteří raději jednou uvidí, než přečtou deset, poslouží jako bonus k článku doprovodná videa z mého kanálu.
Připomínky obsahovaly řadu připomínek týkajících se níže popsaného typu motoru. Abych byl upřímný, přesnou odpověď neznám. S největší pravděpodobností mají komentátoři pravdu a mělo by se tomu říkat sběratel. Na druhou stranu se v tomto zapojení otáčky motoru liší od frekvence proudu na vinutí a z tohoto pohledu je v tomto konkrétním zapojení lze nazvat asynchronní.
Mnoho zdrojů to dělá a nazývá to kolektor asynchronní. Snad pro odlišení od jiné modifikace asynchronního motoru, ve kterém není vinutí rotoru a rotor je jádro s hliníkovými tyčemi zkratovanými koncovými kroužky.
V této takzvané „kleci na veverku“ se vytváří pole, které interaguje s polem statoru a vede k rotaci rotoru.
Tacho senzor. Co je to za zvíře a proč je to potřeba?
Ve většině moderních praček pracují střídavé komutátorové motory, triak reguluje napětí na motoru a směr otáčení se přepíná pomocí relé. Je zřejmé, že pro nastolení a udržení stabilní rychlosti otáčení je nutné tuto rychlost alespoň určit. K tomu slouží tachometr.
V nejjednodušším případě se jedná o reverzní motor – generátor střídavého napětí, jehož frekvence se úměrně mění v závislosti na rychlosti otáčení. Výsledek krátkého otočení hřídele rukou je viditelný na oscilogramu spořiče obrazovky. Mimochodem, mění se i amplituda, což vytváří problémy při zpracování signálu. Nebudeme se tímto tématem zabývat, pokud chcete, můžete si o mých pokusech s ním přečíst ve videu na odkazu na konci článku.
Připojíme motor k bloku
Tento článek je úvodní, k samotnému návrhu obvodu se dostaneme v příštím, ale zatím budeme používat obvody funkční nebo značně zjednodušené.
Níže je právě takový, obsahující rozebraný motor spojený s blokem pračky.
V každém daném okamžiku jsou v provozu zapojena dvě vinutí. Vinutí statoru je navinuto na kovové základně motoru. Vinutí rotoru s ním postupně interagují. Aby se rotor neustále otáčel, musí se tato vinutí postupně přepínat. To se děje díky sérii kontaktů připojených k rotujícímu hřídeli. Napětí se na ně přenáší přes kluzné kontakty, tzv. kartáčky.
Tento přístup má své klady i zápory. Na jedné straně je motor všežravý – může pracovat na střídavý i stejnosměrný proud, na druhou stranu posuvné mechanické kontakty nejsou nejspolehlivější a takové motory nejsou vhodné pro zařízení s nepřetržitým cyklem, ale pro domácí spotřebiče, které jsou čas od času zapnuté, jako jsou pračky nebo šroubováky, postačí.
Co je za blokem?
Přidejme k našemu obvodu prvky umístěné mimo blok. Triak a relé.
Velmi stručně, doslova v kostce, popíšu její tvorbu. Obvod využívá až tři relé se spínacími kontakty. Dva z nich, K2 a K3, slouží ke změně směru toku proudu rotorem a v důsledku toho ke změně jeho směru otáčení. Relé K4 se instaluje pouze na pokročilé pračky s vysokými otáčkami motoru. Pracuje v tandemu se statorem, který je napojen na hlavní vinutí. Díky tomu můžete dále regulovat výkon, a tedy i rychlost otáček. Výše uvedený proces je podrobněji rozebrán v mém dalším videu.
Triak je zodpovědný za zapnutí motoru a nastavení jeho rychlosti otáčení.
Do hry vstupuje mikrokontrolér
Triak je samozřejmě řízen mikrokontrolérem. Pomocí zpětnovazebního a fázově-pulzního řízení zvládá nejen nastavit danou rychlost otáčení bubnu ve velmi širokém rozsahu, ale také ji udržet při stonásobné změně zatížení hřídele!
Je překvapivé, že i přes obrovské množství senzorů a aktuátorů pro řízení všech procesů probíhajících v pračce se nepoužívá pokročilý 32bitový ARM, ale skromný dříč – pomalý, levný 8 beatnik, který má několikrát méně RAM než Sinclair z konce osmdesátých let minulého století – nějaké 2, no, maximálně 4 kilobajty. Podle dnešních měřítek je to prostě NIC. O taktovací frekvenci 8 megahertzů, která je pro tak starého pána typická, ani nemluvím – dnes už jen těžko někoho napadne. Jeden počin má ale přece jen na kontě – co do počtu závěrů dokázal stonožku předčit!
Algoritmus práce
Pro regulaci rychlosti bubnu ji mikrokontrolér potřebuje alespoň určit. K tomu počítá počet otáček motoru za jednotku času pomocí otáčkoměru namontovaného na hřídeli.
Při pohledu na obrázek není těžké pochopit, že signál tachogenerátoru ve své čisté podobě je jako vstup zcela nevhodný a k jeho převedení do stravitelné formy prostě potřebujeme tvarovač pulsů. Na provoz a obvody této jednotky se podrobně podíváme příště, ale nyní vás žádám, abyste mi dali slovo, že díky tvarovači na vstupu mikrokontroléru se krásně pulsují se strmými hranami a bez náznaku se objeví odraz. Všechno by bylo v pořádku, ale nabízí se otázka: „Jak tak slabé a pomalé výpočetní jádro mikrokontroléru zvládá počítat pulzy spěchající impozantní rychlostí?
Pilný účetní dělá tento nudný úkol v mikrokontroléru. Pan Vatruba. No, žerty stranou, svou roli hraje vestavěný časovač. Časovač moderního mikrokontroléru je všestranný a počítání počtu impulsů přijatých na jeho vstupu za jednotku času s následným uložením do speciálního registru je snad nejjednodušší operace, kterou je schopen. Hlavní je, že se vůbec nevyužívají prostředky výpočetního jádra. Mikrokontrolér jednoduše načte hodnotu z registru kdykoli jemu vyhovující, řekněme 50krát nebo pouze 10krát za sekundu a podle potřeby ji použije v dalších výpočtech.
Triakový regulátor
Omlouvám se, Habr nechává příliš málo místa na užitečné informace, takže text na grafu není vidět. Na tomto a podobných obrázcích je třeba číst takto:
Vstupní napětí ze sítě
Řídící puls
Napětí zátěže
OK. Dostali jsme informaci o rychlosti otáčení a nyní změnou výkonu dodávaného do motoru můžeme regulovat jeho rychlost, a tedy i rychlost otáčení bubnu prádla. V moderních rozpočtových pračkách se to nejčastěji provádí metodou fázového pulzu a triak funguje jako výkonový prvek. Dodává napětí do motoru ve formě impulsů, přísně synchronizovaných se začátkem každé půlvlny síťového napětí a danou dobou trvání. Značná setrvačnost rotující části motoru – rotoru a ještě větší setrvačnost těžkého bubnu s prádlem, dokonale vyhlazují impulzivní charakter točivého momentu. Port mikrokontroléru se chová jako velmi rychlý spínač, který dodává krátké negativní impulsy do řídicí elektrody triaku, což je na schématu označeno červenou šipkou.
To stačí k tomu, aby se v triaku rozjel lavinový proces a odpor mezi jeho silovými elektrodami klesl téměř na nulu. V důsledku toho, jak ukazuje spodní graf, se na vinutí motoru objeví napětí. Bude trvat, dokud vstup nezmizí.
V souladu se zvoleným mycím programem a jeho aktuálním stupněm obdrží mikrokontrolér příkaz k roztočení motoru na požadované otáčky a pro udržení otáček na požadované úrovni se spustí mechanismus pro dosažení a stabilizaci daného parametru, v tomto případě otáčky motoru, nazývané PID.
Ale vraťme se k našemu mikrokontroléru. K vytvoření krátkého pulzu s daným zpožděním od začátku půlcyklu používá svůj druhý časovač. K tomu časovač počítá i impulsy, ale ne z externího zdroje, ale z vnitřního oscilátoru samotného mikrokontroléru, jehož kmitočet je stabilizován quartzovým rezonátorem.
Druhý časovač pracuje v tzv. PWM režimu – generuje krátký impuls pro zapnutí triaku s daným zpožděním vzhledem k okamžiku, kdy napětí překročí nulu. Trvání zpoždění se může měnit od nuly do jedné poloviny cyklu síťového napětí. Pro ruskou síť s frekvencí 50 Hz je tato hodnota 10 milisekund.
Pro přesné určení nulového napětí se používá speciální obvod, který se nazývá „detektor nuly“. Velmi zajímavé je i zapojení této jednotky, na kterou se podíváme příště, vzbudí-li téma zájem čtenářů. Zatím jen poznamenám, že v okamžiku přechodu napájecího napětí z kladného do záporného se na výstupu detektoru objeví logická jednička a v tuto chvíli přechází do záporu, logická nula. A právě když se změní logická úroveň, spustí se časovač vpravo na obrázku. Počítá zadanou rychlost závěrky a vyšle krátký impuls do řídící elektrody triaku. Otevírá se a dodává napětí do motoru. Důležité! Triak se automaticky uzavře, když proud protékající obvodem dosáhne hodnoty blízké nule. Z tohoto důvodu je jeho použití ve většině případů omezeno na střídavé obvody. Takže navzdory skutečnosti, že náš motor je schopen pracovat na stejnosměrný proud, ve spojení s triakovým regulátorem se budeme muset omezit na střídavý proud.
Motor je bez energie a začíná nový provozní cyklus.
Stabilizace dané rychlosti otáčení
Zbývá zjistit to hlavní – jak funguje stabilizace. Řekněme, že se náš motor otáčí požadovanou frekvencí a najednou se zatížení hřídele snížilo. To se může stát například tehdy, když se během procesu odstřeďování sníží hmotnost prádla. V tomto případě se buben začne zrychlovat a v důsledku toho se zvýší frekvence otáčení tachogenerátoru a tím i impulsy přicházející od řidiče na vstupu časovače 1.
Když si toho mikrokontrolér všimne, zvýší zpoždění při dodávání řídicího impulsu do triaku. Triak se později otevře a do motoru bude dodáván menší výkon, jeho točivý moment se sníží a otáčky bubnu klesnou na hodnotu zadanou v programu a frekvence pulsů tachogenerátoru se vrátí do normálu. Dokládá to spodní graf obrázku. Ve spodním diagramu grafu plná červená barva ukazuje, o kolik se zkrátí doba přivedení napětí na motor. Výkon dodávaný do motoru klesne ještě vážněji – při změně amplitudy se mění kvadraticky.
Není těžké si představit jinou situaci. Ve fázi oplachování ventil doléval do stroje vodu, zatížení hřídele se zvýšilo a pulzy vycházející z tvarovače snížily svou frekvenci.
V reakci na to mikrokontrolér zkrátí dobu trvání časovače T2. Triak se zapne dříve, což znamená, že zůstane otevřený DELŠÍ, a zvýší se výkon motoru. Rychlost se vrátí do normálu.
Na závěr podotýkám, že jsem popsal typický příklad zpětné vazby. Nepracuje okamžitě a rychlost se po několika iteracích ustálí, přičemž je možné spustit i malý oscilační proces, jehož amplituda při správném nastavení PID rychle klesá.
Odkazy na moje videa na základě materiálů, ze kterých byl článek připraven, pro ty, kteří se raději dívají, a rozlišení je vyšší
