Электроника ЭПО. Конденсаторы

Блог им. krant
Зашёл у нас разговор как-то в команде про конденсаторы и диоды. Сокомандник подкинул мне информацию про перевод статьи американского сайта на наш родной великий и могучий за авторством… Black-Wolf



Вооружившись конденсаторами и осциллографом начал мерить, мерить и мерить. Из знаний курса ОТЦ наслышан про переходные процессы в электрических цепях. По сути вещей это реакция нашей цепи на различные импульсы подаваемые на её вход (ведь нажимая на спуск мы на клеммы мотора подаём некий сигнал, кто бы мог подумать что у него ещё есть и название страшное — Меандр, а математическая функция которая его описывает представляет взору любопытного радиолюбителя смотрящего в экран осциллографа некую прямоугольную закорючку). не буду расписывать чего куда и как, а приведу картинку:



У этого сигнала есть амплитуда (напряжение которое подаётся с аккумулятора), и время длительности (как долго держим курок). Так вот, к чему я всё это, ах да, Давайте рассмотрим участок сигнала, называемый фронтом сигнала, т.е. кусок сигнала в самом начале его существования. Что же мы там видим, не трудно догадаться что напряжение изменяется скачком, т.к. мы снимаем напряжение с клемм мотора то и напряжение на моторе растёт скачком (на самом деле скачком ничего и нигде не растёт напряжение (как в целом и ток) растёт постепенно, но столь быстро что для упрощения мы считаем его мгновенно нарастающим).
Я вам приведу пример, опустите руку на стол, медленно, опустили? Поднимите её обратно в исходное состояние, а теперь проделайте тоже самое, только в 10 раз быстрее, что произошло? Мало чего приятного, грохот, крик-мат, сломанный стол, попорченная рука. Тоже самое происходит и здесь, при резком скачке напряжение на клеммах мотора его крутящий момент меняется тоже скачком и как следствие резкий удар, поломанные шестерни, откусанные зубы и много ещё чего вкусненького.
Давайте представим проводку нашего гирбокса в виде некоторой цепи. Представим мотор за простой резистор (По сути он им и является, его обмотки имеют сопротивление), Приставим к нему конденсатор и посмотрим что же у нас получилось:



Хм, интересная картинка, правда? Что же мы с вами увидели, фронт нашего сигнала уже не резкий, а сглаженный, хоть и нарастает очень быстро, но под самый конец его что-то останавливает и она начинает расти плавно. Мы знаем что момент электрического двигателя напрямую зависит от приложенного напряжения (для тех кто хочет детально разобраться как он зависит, прошу на яндек.сру), у каждого мотора своя кривая зависимости крутящего от напряжения но скажу по маленькому секрету у всех моторов самый «мясистый» момент находится в области более-менее высокого напряжения (8-13В), конечно если подать на него большее напряжение — он будет крутиться веселее, но закон Ома никто не отменял, и чем больше приложенное напряжение, тем больше ток в них протекающий и поэтому обмотки могут не выдержать такого насилия и как итог испустят дух в виде сизого дыма. Возьмите опять свою руку, не болит? Она нам сейчас пригодиться, проведите наш предыдущий быстрый эксперимент, опускайте руку быстро, но уже у самого стола притормозите и опустите её плавно, учуяли разницу?
С моментом вроде разобрались, теперь давайте прикинем что же у нас всё-таки происходит в электрической цепи внутри нашего ЭПО с применением конденсатора. Я не просто так сперва начал говорить про переходные процессы, ведь то что мы увидели на картинке является реакцией нашей цепи на поступивший на её вход сигнал. Я не буду вдаваться в математические подробности (особые маньяки могут вывести коэффициент передачи, классическая последовательная RC-цепь, мотор вместо резистора, напряжение снимаем с конденсатора, в параллель конденсатору резистор, выполнить преобразование Лапласа и сравнить полученный график после его построения с тем что я привёл выше), попробую разъяснить на простых примерах.
Ключевым виновником в таком поведении является Конденсатор, конденсатор по сути не является батарейкой как таковой, ведь батарейка это нечто умеющее хранить в себе энергию продолжительный срок, но конденсатор это довольно-таки противная и наглая штукенция, она всегда голодная и всегда пытается себе что-то урвать, но он (конденсатор) знает себе меру, и больше чем ему нужно брать не станет, а если вы его заставите то он вам такой бабах с фейерверком устроит что потом ойкать будете при виде их (в частности неправильная полярность и превышение напряжение указанное на борту конденсатора, электролит внутри него вскипает). Собственно когда подаётся импульс на вход цепи просыпается конденсатор и с криком: «хочу есть» начинает поглощать напряжение и заряжаясь всё больше и больше, сперва он это делает быстро, потом насыщаясь он пожирает ток всё и меньше до тех пор пока не насытится и не перестанет потреблять вообще, надуется и будет сидеть ждать удобного момента чтобы сдуться, читай разрядиться куда-либо (на наш резистор).
Кто-нибудь помнит график экспоненты? Нет, ну и собственно не очень то и надо было, просто если вы присмотритесь к графику напряжения то вы заметите что график то этот очень похож на ход кривой экспоненты, с чего можно сделать вывод что конденсатор заряжается по экспоненциальному закону; Классно, правда?

Вроде бы с фронтом покончено, а теперь давайте промотаем чуть вперёд, допустим мы сделали пару выстрелов, убили врага, захватили опорный пункт, наши бойцы побежали вперёд и вроде бы как надо прекращать стрелять, что вы делаете? Конечно же отпускаете спусковой крючок. Вернёмся нашей цепи и посмотрим что там происходит?

Рассмотрим сперва что у нас твориться без конденсатора, тут у нас всё отлично, мотор если он у нас не обладает инертностью (А весь гирбокса ею обладает) тут же прекращает вращаться, а если и вращается то уже без приложения внешних сил. Не будем здесь акцентировать внимание, здесь вроде бы всё хорошо.

Зато вот при применение конденсатора всё не так уж и красиво. Когда мы подали на него питание, этот гад зарядился энергией, и теперь ждёт когда бы нам устроить подлость и разрядить весь накопленный заряд, когда мы отпустили крючок, прекратили подачу тока конденсатор ехидно потирая свои маленькие лапки начинается разряжаться, угадайте куда? Конечно же на наш с вами мотор, смотрим:



Это дело пахнет кое чем похуже керосина, пускай на этих напряжениях и не самый большой момент крутящего, но его вполне может хватить для того чтобы взвести цилиндр на зуб-другой, чем нам это грозит? Именно, вечно подсевшей пружиной и полу взведённой пружиной.

Но это всё убирается путём установки менее ёмкого конденсатора, который кушать будет меньше, но и подлянки строить более мелкопакостные нежели его большие собратья.

Подведём маленький итог наших рассуждений, нужен ли нам конденсатор в приводе? Однозначно – нужен. Он обеспечивает более мягкий пуск двигателя, стартовые нагрузки на шестерни, на пружину, на поршень уменьшаются (толчок не столь сильный, сколько плавный). Но есть и обратная сторона, если сделать слишком мягко и слишком нежно, превратить жизнь в гирбокса в курорт, вместо суровых реальностей воинского дела мы рискуем нежелательными и попусту вредными оборотами нашего мотора (одно дело когда мотор продолжает вращаться из-за остаточно момента на роторе и шестерёнок гирбокса, другое дело когда ему ещё и помогают паразитные токи). Поэтому реально лучше использовать конденсаторы не более 470мкФ для мягких фронтов и плавной остановки двигателя. При неправильном подборе сопротивлений, значение напряжение в конце импульса может заходить в отрицательную область, тем самым может навредить двигателю из-за резкой смены полярности (на графике мы видем что оно плавно, но вы поглядите время на метках, в нашей человеческой жизни всё это происходит оочень быстро ;) )

krant. СК «Соболь»

39 комментариев

noname
под кат бы убрать и ещё интересно, в чем вы это чертили схему?
krant
Это ISIS Proteus 7.6, а что такое «под кат»? :)
noname
у вас сейчас вся статья присутствует на главной странице, а должен быть только анонс. чтобы оставить только анонс разместите тег
noname
после, к примеру, первого абзаца, тогда на главной странице будет присутствовать только название статьи и первый абзац.
noname
тэг «cut», где вместо кавычек надо поставить "<" и ">".
Weaver
Неплохо бы прогнать текст через ворд. Ибо ошибок просто туча, что, имхо, неприемлимо для ресурса, позиционирующего себя серьезным новостным каналом по страйкболу.
rusTORK
Я думал, что это блог, а не новостной канал…
artem-litvinov
Пока на сайте будут преимущественно новости, то он будет продолжать восприниматься сообществом как новостной сайт. Когда будет станет больше хороших страйкбольных статей и сообщество станет более активно их обсуждать, то подход измениться.

Вам отдельное спасибо за участие :)
Weaver
Большинством мои знакомых он воспринимается как новостник. Т.б. я придрался не к информативности статьи (она-то интересная), а к исполнению. Не комильфо такие ошибки ляпать.
krant
Согласен, ошибок много, укажите на них в личку и я исправлю.
artem-litvinov
Мы это понимаем. Сайт начинался как новостной, а сейчас большую часть эфира продолжают занимать новости. Нас это не совсем устраивает, поэтому мы предпринимаем шаги к расширению.

Качество статей и новостей должно расти. В отношении статей, я надеюсь на ответственность авторов и реакцию со стороны сообщества. Я тоже люблю читать хорошо написанные статьи :)
Ugrumij
Опять курок нажимают…
Прям кружок кройки и шитья для домохозяек «оверлок и мягкое нажатие на курок»…
Статья интересная. Но мало полезная. Что бы сделать не убиваемый привод, надо начинать проектировать узлы и детали с «0», не с расчетом на износ и замену. Есть примеры людей и групп, кто так и делает. И удары будут кстати, есть разные процессы, например цементация в материаловедении.
krant
Я пытался как можно проще преподнести информацию простому пользователю ;)

В статье нету никакого ноухау и не было изначально цели придумать метод который позволит жить ГБ вечно, просто установка дополнительного резистора и конденсатора в проводку позволяет снизить ударные нагрузки которые являются основной причиной разрушения ГБ в процессе эксплуатации.

Долго сможешь толкать шкаф ударами руки? Или всё-таки удобнее будет сперва упиреться, а потом уже толкать?
Ugrumij
Я «за» статью, написанную в приятной для прочтения формы. И уж тем паче, понятной обывателю.
Куда городить всякие дополнительные «приблуды»? И так места мало. В чем фишка не нанесения ударов по первому зубу пистона? Еще более долкий отклик на нажатие спускового крючка! От этого все пытаются уйти в другую сторону.
Пистон в боксе- это расходник. Это принято как данность. И плохое качество гербоксов, шестерен и втулок- тому подтверждение. За примером работы к WADE (не реклама)- вот где концепция на нужное. Или более дорогое и не удобное с внешним источником (баллон) питания. Вот это нужные решения.
Про шкаф, если мой профиль толкать шкафы, то я тренируюсь на это. наращиваю мышечную массу и толкаю ударяя- коротко и точно распределив усилие! Это быстрее и эффективнее прикладывание подталкивания и контроля где не приложил достаточно сил.
Поднимаю не плавно подседая и постепенно переходя от ног к спине поднимаю, я встал согнулся взяв, разогнулся и переставил.

Кстати, хорошо бы увидеть подобные статьи на тему компрессор гербокса vs. газовая система. Разница в работе по нарастанию давления в стволиках, плюсы и минусы. Борьба, т.с. технологий.
Ugrumij
И главное: хороший пинок- это экономия энергии и усилий. Против страгивания с места плавным напором, нарастающим я думаю))))
Ugrumij
Интересны проекты шунтирования открытых контактов, с описанием на простом языке с примерами. Варианты уменьшения потерь в эл. цепи. Оптимизации работы аккумов при помощи эл. ключей. Опишите работу BTS555 на примере простых механизмов. Не ужели так надежнее закрытый микровыключатель (пример пулеметы Китай и т.п.) и почему так быстро обгорают контакты обычного типа замыкателей на основе пластин.
krant
Если действительны интересны технические статьи, Тогда они будут, в ближайшее время, постараюсь разъяснить что такое скин эффект и принцип действия электронного ключа.

p.s. По поводу давления в стволиках я попробую поискать какую-нибудь информацию на эту тему, но не гарантирую, я электротехник :)

p.s.s. Если внимательно взглянуть на график фронта «искажённого» меандра то можно заметить что время нарастания 5мс, а это время отклика матрицы вашего монитора, но момент при этом нарастает не скачком ;)
Ugrumij
Резюмирую: нужен ли нам конденсатор в привод с долгим откликом на нажатие триггера и сомнительным плавным страгиванием механизма шестерен с перерасходом энергии батарей на увеличинное усилие, по сравнению с ударом?
ИМХО нет.
Как-то так.
krant
Я не обязую ставить конденсаторы, это просто информация для размышления ;)
noname
Уважаемый, вы калькулятор в руки возьмите и посчитайте, насколько снизится отклик при использовании конденсатора в цепи. Так что это не аргумент. Аргументом можно считать то, что при стрельбе очередью поршень будет испытывать ударную нагрузку, не смягченную мягким стартом, на каждом последующим после первого цикле.
а конденсатор с сопротивлением в сети увеличивают косинус фи для уменьшения реактивной составляющий тока, соответственно КПД двигателя увеличивается.
Ugrumij
Отклик не снизится, увеличивается время отклика. Да не в этом суть то! На примере шкафа: толкнуть рывком и стронуть его или толкать плавно наращивая усилие. Где сил больше приложим?
Косинус, реактивной составляющей… А что мне делать, если у меня аккум будет разрежаться быстрее с кондером и его плавной составляющей? Куда припихивать кондер?
Вот вы с калькулятором в лес ходите, а я с приводом.
Факты: аккум разряжается от излишнего напряжения на плавном страгивании поршня под усилием пружины+ кондер забирает скачкообразно напряжение с аккума. Аккум не кислотно-щелочной, что бы в короткое время отдавать большие токи.
В условиях холода- это вообще не гоже. Как там себя ведут маслянные конденсаторы при низких температурах?
krant
Насчёт тока, точно не помню сейчас, но помоему он не скачком изменяется, а так же плавно (закон Ома), т.е. по идее ещё сглаживаются пиковые скачки при троганьи с места ротора мотора, но не буду утверждать это, не уверен, но тут есть ещё один момент, мощность мотора, если она 10Вт есть, то мотор будет жрать свои 10Вт при малом напряжении но за счёт бОльшего тока, т.е. в момент нарастания напряжения, ток потребления будет так же нарастать плавно, не скачком, его график будет выглядеть немного иначе чем U(t).

По поводу конденсаторов, нынешние электролитические (за маслянные не ручаюсь, ничего про них не знаю, про таких и не слышал) работают при температуре внешней среды от -40 до +50, вопрос в другом, сможете ли ВЫ играть в таких условиях? :)
Ugrumij
Вот, кстати интересно: включая в цепь еще одного или двух потребителей (конденсаторы), на сколько измениться скорость расхода тока в АКБ при понижении окружающей температуры (вечер-ночь-утро), при том, что его до холода в игре под разрядили?
Не станет ли конденсатор вредным звеном в цепи потребителей?
И самое главное, при разряде конденсатора (он происходит мгновенно и с (большим импульсом?) как это скажется на контактной (триггерной) группе? Может следует в цепь включить шунтирующий элемент?
krant
Нет нет, конденсатор заряжается не скачком, я писал об этом в статье, а заряжется он по экспоненте, e^x, сперва быстро потом всё медленнее и медленее. Расход аккумулятора увеличится в среднем на 2-3% из-за расхода на окончательный разряд при одиночных выстрелах, при очередях велика вероятность что конденсатор разрядиться в пользу, для поддержания более высокого напряжения на клеммах мотора.

На контактном группе это не скажется никоим образом, дело в том что конденсатор разряжается не валово а постепенно, как и заряжается, поэтому никаких последствий для контактной группы не будет.
Конденсатор разряжается на резисторе R2 который стоит паралельно сглаживающей ёмкости, дело в том, воздушная прослойка, которая образуется при отпускании тригера и выхода замыкающей пластины, имеет очень большое сопротивление, а так это очень ленивый параметр который течёт только попути наименьшего сопротивления и поэтому полностью разряжается на резисторе R2 выделяясь в тепло. Но это уже кусочек следующей статьи, поэтому подробнее будет рассказано в ней.
Ugrumij
Интересно, спасибо.
Вопрос такой: почему шунтируют контакты диодом, а не конденсатором (автосервис), может это старый метод, когда еще не были распространены конденсаторы? Прошу так же в статье это указать, с примерами и разъяснениями.
krant
Конденсаторы появились намного раньше диодов. Поэтому я не могу сказать почему не видя конкретной ситуации, может там диод выполняет и не роль шунта.
Ugrumij
Пример по ссылке: www.vovik8.ru/circuitry1/
В помощь написания статьи.
krant
Диод выполняет не роль шунта а защиту от обратных индукционных токов, об это в следующий раз. Диодам я планирую посвятить целую статью, пишу уже недели 2, но всё никак не могу завершить…
Ugrumij
Никто не подгоняет, главное обстоятельность, лаконичность и простота изъяснения. Ждем, ждем.
krant
Зачем что-либо считать, достаточно посмотреть на график, время отклика 5мс, если я не прав, поправьте меня, желательно с математикой. При стрельбе очередью возможно увеличится скорострельность, т.к. напряжение на моторе будет постепенно понижаться конденсатор в свою очередь будет частично отдавать накопленную энергию. Про увеличение «косинуса фи» вы несомненно имели виду фазовый сдвиг на пи/2, здесь нам это неважно, мы не передаем полезный информацией сигнал, поэтому это можно не учитывать. Про переменную (попрошу заметить что реактив — это элемент, а не составляющая тока) составляющую, для того чтобы конденсатор существенно влиял на напряжение необходимо переключать тригер хотябы 1000 раз в секунду, по постоянному току сопротивление конденсатора равно бесконечно, и попрошу заметить оно чисто мнимое: 1/(j*w*c), w-частота, в нашем случае (ток постоянный!) частота равна 0 и как следствие из этого сопротивление стремится в бесконечность.

P.s. Я всегда думал что КПД двигателя закладывают его технические параметры, но никак не внешняя цепь.
noname
пардон, я неправ, сейчас разбираюсь с теорией.
norad
Долгий отклик? Блджад, ты посмотри на график, написано же, что плавное возрастание идет в течение пяти микросекунд. Справки ради-одна миросекунда, это одна блядомиллионная секунды
Bin
Как на счет рекомендованные параметры для основных напряжений озвучить?
krant
47мкФ достаточно для любого вольтажа.
krant
47мкФ достаточно для любого вольтажа, я же писал об этом в конце статьи.
Bin
Стало интересно, поинтересовался что еще такого бывает.
А бывает реактивное сопротивление кстати. И довольно часто используется. Называют искрогасительная индуктивность, хотя все по разному кличут.
Что-то типа катушки на сердечнике.
krant
реактивное сопротивление не бывает, а оно есть, от него никуда не денешься, все реактивные элементы (ёмкость, катушка индуктивности) им обладают, но реактивное сопротивление проявляется только при переменном напряжении, в постоянном они могут только вносить изменения в сигнал (переходной процесс это реакция цепи на быстрый участок сигнала).

Про «искрогасительную» индуктивность ничего не знаю и говорить про неё не стану :)
Bin
кстати да, на переменке. на станках.
Ugrumij
Вероятно опечатка:
«Что же мы там видим, не трудно догадаться что напряжение изменяется скачком, т.к. мы снимаем напряжение с клемм мотора то и напряжение на моторе растёт скачком»
Наверное, снимаем напряжение с клемм АКБ? Или же подаем напряжение на клеммы мотора, и на моторе оно растете скачком.

Оставить комментарий