Jak działa płytka PCB w elektrycznym siłowniku przemysłowym

Siłownik jest sterowany za pomocą mostka H lub zintegrowanego sterownika, który odwraca polaryzację napięcia zasilania silnika prądu stałego. To rozwiązanie pozwala wykorzystać zalety przełączania niskoprądowego, ponieważ już wysoki sygnał cyfrowy o natężeniu wynoszącym zaledwie kilka mA spowoduje uruchomienie siłownika.

Zintegrowany mostek H zapewnia możliwość sterowania szeregiem opcji z płytki drukowanej, takich jak m.in. prędkość i narastanie.

To jest mostek H, a pośrodku znajduje się przyłącze zasilania z dodatnimi i ujemnymi zaciskami silnika. Cztery przełączniki, w tym przypadku tranzystory, są podłączone do zasilania na górze i na dole mostka H. Tranzystory pełnią tę samą funkcję co przełączniki mechaniczne/przekaźniki. Mostek H w dość prosty sposób steruje ruchem siłownika do środka i na zewnątrz. Po włączeniu zasilania należy aktywować dwa tranzystory, aby prąd płynął po przekątnej - poza przyłączem silnika - umożliwiając obrót silnika w jednym kierunku. Aby zmienić kierunek, należy zmienić przepływ prądu przez silnik, dezaktywując dwa uprzednio aktywowane tranzystory i aktywując dwa pozostałe.

Jedną z najważniejszych rzeczy, jakie należy wiedzieć o siłowniku, jest jego położenie. Fizyczna pozycja siłownika liniowego, który jest sterowany przez płytkę PCB, jest ustalana przez czujniki z efektem Halla, które zliczają impulsy obrotu wrzeciona.

W tradycyjnych rozwiązaniach na każdym końcu wrzeciona były zamontowane przełączniki elektryczne, które kalibrowały system pozycjonowania każdorazowo po osiągnięciu położenia krańcowego. Aby zapewnić niezawodny sygnał zwrotny położenia z siłownika, co najmniej jeden z wyłączników krańcowych musiał być regularnie aktywowany. W przeciwnym razie mogłoby dojść do braku impulsów z czujnika Halla do enkodera, najczęściej w trakcie przerw w zasilaniu, powodując z biegiem czasu zniekształcenie sygnału zwrotnego.

Ze względu na to ograniczenie, sygnał zwrotny położenia siłownika, który nie wykonuje pełnego skoku, mógłby z czasem zacząć zwracać błędne wartości.

Nowa zasada aktywacji, opracowana przez firmę LINAK^®, zmieniła sposób aktywacji ruchu napędu liniowego. Wykorzystuje ona mały magnes znajdujący się w nakrętce wrzeciona, którego przemieszczenie aktywuje dwa czujniki Halla na płytce drukowanej na wczesnym etapie skoku, zwanym punktem zerowym. Czujniki reagują na zmianę pola magnetycznego w nakrętce wrzeciona i generują dwa sygnały Halla. Mikroprocesor sprawdza przecięcie obu pól magnetycznych i wykorzystuje je jako punkt odniesienia dla aktywacji.

Płytka PCB oferuje wiele funkcji, które przyczyniają się do większej ochrony maszyn wyposażonych w napęd na bazie siłowników przemysłowych LINAK^®. Sygnał okresowy służy do wskazywania prawidłowego funkcjonowania układu elektronicznego, a funkcja płynnego startu i zatrzymania redukuje obciążenia mechaniczne, jakim poddawane są maszyna i siłownik. Jest ona realizowana metodą modulacji sygnału prądowego w układzie sterowania pracą silnika (metoda PWM). Można to porównać do stopniowego zwalnianie pedału sprzęgła w samochodzie.

Mierzenie wartości natężenia prądu i temperatury chroni układ elektroniczny płytki PCB i przyczynia się do zapewnienia niezawodnego działania siłownika. Mikrokontroler mierzy wartość prądu, jaki płynie przez mostek H, i odcina zasilanie w przypadku przekroczenia określonego wcześniej poziomu prądu maksymalnego. Czujniki mierzą zarówno temperaturę pracy mostka H, jak i temperaturę otoczenia wewnątrz obudowy siłownika i zatrzymują urządzenie zanim wartość temperatury osiągnie poziom, który stwarza ryzyko uszkodzenia.

Dla zapewnienia kompatybilności elektromagnetycznej, płytka PCB jest wyposażona w ochronę przepięciową i zabezpieczenie przed odwrotną polaryzacją. Poziom ochrony przepięciowej przemysłowych siłowników LINAK wynosi 45 V. Jeżeli napięcie szczytowe przekroczy ten poziom, płytka PCB zostanie odłączona. Zabezpieczenie przed odwrotną polaryzacją chroni siłownik przed uszkodzeniem w przypadku nieprawidłowego podłączenia przewodów zasilania.