Sterowanie siłownikiem elektrycznym z wykorzystaniem mostka H

Co to jest i jak działa – mostek H?

W poprzednim artykule, który możesz przeczytać tutaj: „Siłownik elektryczny ze sterownikiem czasowym – czyli jak łatwo zrobić automatyczne drzwi do kurnika” napisałem, że tzw. „mostek H” jest naszą ulubioną konstrukcją, która może stanowić układ sterowania silnikiem elektrycznym oraz obiecałem wyjaśnić dlaczego. 🙂 W tym artykule groźbę spełniam! 🙂

Zapraszam zatem do lektury! Tłumaczę tutaj, czym w ogóle jest mostek H, jak działa, jak go zbudować i do czego można go wykorzystać – przedstawiam ci: „Mostek H”!

• Mostek H – budowa
• Mostek H – jak działa układ sterowania silnikiem elektrycznym?
• Mostek H – układ sterowania silnikiem elektrycznym w praktyce
• Podsumowanie

Mostek H – buowa

Bardzo uproszczony schemat mostka H znajduje się na rysunku poniżej.

Jak widzisz, konstrukcja mostka jest banalnie prosta. Są to cztery łączniki. Po jednym w każdej gałęzi mostka. Wejście mostka jest przyłączone do źródła napięcia stałego (np. akumulator, zasilacz, bateria słoneczna, czy cokolwiek innego), a do wyjścia jest dołączone obciążenie – w tym przypadku silnik prądu stałego (np. siłownik elektryczny). W schemat wkomponowałem też wielką literę „H”, abyś dostrzegł od razu skąd wzięła się nazwa układu 🙂

Jednocześnie można włączyć tylko dwa styki leżące „po przekątnych” mostka (czyli K1 i K4 lub K2 i K3) albo styki znajdujące się w dwóch górnych lub dwóch dolnych gałęziach mostka (czyli K1 i K2 lub K3 i K4).

Nie wolno dopuścić do sytuacji, w której będą włączone na raz styki K1 i K3 lub K2 i K4, ponieważ spowoduje to zwarcie na linii zasilania i może uszkodzić zasilacz lub łączniki (albo jedno i drugie).

Mostek H – jak działa układ sterowania silnikiem elektrycznym?

Mówiąc najprościej, mostek H pełni rolę przełącznika. Umożliwia zamianę polaryzacji napięcia na jego wyjściu. Mówiąc prościej, umożliwia np. sterowanie silnikiem prądu stałego „prawo/lewo”.

Przedstawię Ci teraz cztery sytuacje:

1. Zwarte (czyli włączone) łączniki K1 i K4. Łączniki K2 i K3 rozwarte (wyłączone). Sytuację przedstawia rysunek poniżej.

Lewa końcówka silnika poprzez styk K1 dołączona jest do plusa zasilania, a prawa końcówka silnika poprzez styk K4 dołączona jest do minusa zasilania. Kierunek i drogę przepływu prądu od plusa do silnika, pokazuje czerwona strzałka. Od silnika do minusa zasilania – strzałka niebieska. W takiej sytuacji silnik będzie wirować w jednym kierunku – przyjmijmy umownie, że będzie się kręcić w prawo (jak zaznaczono czarną strzałką na rysunku).

2. Zwarte łączniki K2 i K3. Łączniki K1 i K4 rozwarte. Sytuacja widoczna jest na poniższym rysunku.

Tym razem jest odwrotnie. Prawa końcówka silnika poprzez styk K2 dołączona jest do plusa zasilania, a lewa końcówka silnika poprzez styk K3 dołączona jest do minusa zasilania. Widzimy, że tym razem prąd przez silnik płynie w przeciwnym kierunku, niż ostatnio. W takiej sytuacji silnik także będzie wirować w odwrotnym kierunku – umownie w lewo, zgodnie z czarną strzałką na rysunku.

3. Zwarte łączniki K1 i K2. Łączniki K3 i K4 rozwarte.

W tej sytuacji nie dzieje się nic 🙂

Silnik nie będzie się kręcił w żadną ze stron. Obie końcówki zasilające silnik dołączono do punktu o tym samym potencjale (plus napięcia zasilania) poprzez styki K1 i K2, więc napięcie na tych końcówkach wynosi zero.

4. Zwarte łączniki K3 i K4. Łączniki K1 i K2 rozwarte.

Sytuacja bliźniacza do poprzedniej, czyli silnik nie pracuje.

Jedyna różnica jest taka, że obie końcówki zasilające silnik podłączono do minusa zasilania. Dalej jednak jest to punkt o tym samym potencjale, a więc na silniku nie ma żadnego napięcia, które mogłoby wprawić go w ruch.

Przypomnę Ci jeszcze tylko, że w mostku H – np. takim jak na wszystkich rysunkach powyżej – nie wolno dopuścić, aby w jednej chwili włączone były łączniki K1 i K3 lub K2 i K4 albo wszystkie na raz. Taki stan powoduje zwarcie pomiędzy plusem i minusem zasilania. Może to uszkodzić zasilacz albo układ sterowania silnikiem elektrycznym (albo jedno i drugie). Wtedy silnik na pewno się nie zakręci w żadną ze stron 🙂

Mostek H – układ sterowania silnikiem elektrycznym w praktyce

Praktyczną realizację mostka H można zrobić na wiele sposobów. Można wykorzystać różnego rodzaju przełączniki – mechaniczne lub elektroniczne (tranzystory bipolarne lub unipolarne – najczęściej MOSFET).

Oczywiście można użyć czterech łączników ręcznych i zbudować układ kropka w kropkę, taki jak na poprzednich rysunkach. Takie rozwiązanie ma jednak wady. Musisz pamiętać, żeby nie włączyć na raz niedozwolonych par łączników (czyli K1 i K3 oraz K2 i K4). Ważne jest też żeby nie spowodować zwarcia pomiędzy punktami zasilania. Ponadto, aby zmienić obroty silnika, musisz przełączyć przełączniki. W dodatku, musisz zrobić to w odpowiedniej kolejności! A to aż 4 przełączniki! To w obsłudze nieco skomplikowane. Z pewnością przyznasz, że bardzo łatwo tutaj o pomyłkę 🙂

Dlatego pokażę ci poniżej 4 najłatwiejsze sposoby, jak zrealizować układ sterowania silnikiem elektrycznym w praktyce, z wykorzystaniem mostka H. Oczywiście bez zbytniego komplikowania sobie życia! 🙂 Tranzystory uni- oraz bipolarne, zostawimy elektronikom. Zajmiemy się sposobami, które może zrealizować nawet osoba bez jakiegokolwiek doświadczenia w rzemiośle

1. Podwójny przełącznik dźwigienkowy

Zbuduj układ według rysunku obok.

Zasilanie jest przyłączone do styków „narożnych”, „na krzyż”.

Wyjściem są dwa środkowe styki, na których zmienia się polaryzacja napięcia. Przełącznik taki ma 3 pozycje: dwie skrajne podają napięcie na wyjście w konfiguracji „+/-” lub „-/+” w zależności od położenia „wajchy”. Środkowa pozycja „wajchy”, to brak napięcia wyjściowego, zatem siłownik jest wtedy zatrzymany.

Przełącznik dostępny jest w naszym sklepie tutaj.

2. Podwójny przełącznik schodowy

Zbuduj układ według rysunku obok.

Przełącznik ma dwa klawisze. każdy z nich przyłącza jedno z wyjść (L1 lub L2) do plusa lub do minusa zasilania.

Umożliwia to pracę silnika w obu kierunkach, ale także zatrzymanie go w dowolnym momencie. Wystarczy oba klawisze ustawić tak, aby oba wyjścia L1 i L2 były przyłączone do tego samego bieguna zasilania.

Przełącznik jest dostępny tutaj.

3. Przekaźnik posiadający podwójne styki NC-COM-NO (czyli przekaźnik DPDT – dwuobwodowy ze stykiem przełączanym)

Schemat podłączenia układu, widzisz na rysunku poniżej. Wygląda znajomy? Jeśli czytałeś artykuł o automatycznych drzwiach do kurnika, to na pewno już go widziałeś. 🙂

Wejście oznaczone jako „STEROWANIE” włącza lub wyłącza przekaźnik. Styki wyjściowe przekaźnika są tak połączone, że kiedy jest wyłączony (brak sygnału na wejściu „STEROWANIE”), to na jednym styku zasilającym silnika jest dodatni biegun zasilania, a na drugim ujemny. Po włączeniu przekaźnika sygnałem na wejściu „STEROWANIE”, zmienia się polaryzacja napięcia na silniku.

Zaletą takiego układu jest to, że nie odłącza napięcia od silnika. Zawsze do silnika podawane jest napięcie zasilania, w jednej z dwóch polaryzacji (-/+ lub +/-). Gdybyśmy chcieli takim układem sterować siłownikiem elektrycznym, to powinien on mieć wbudowane „krańcówki”, które odetną zasilanie do silnika, gdy siłownik osiągnie skrajną pozycję.

Tej „wady” nie ma kolejny układ, który chcę Ci pokazać.

4. Dwa osobne przekaźniki posiadające pojedyncze styki NC-COM-NO (czyli przekaźniki SPDT – jednoobwodowe ze stykiem przełączanym)

Przyjrzyj się poniższemu schematowi. Jeden przekaźnik z podwójnymi stykami zastąpiono dwoma osobnymi przekaźnikami, z pojedynczym stykiem przełączanym.

Takie połączenie sprawia, że można niezależnie sterować przekaźnikami poprzez osobne wejścia „STEROWANIE_1” oraz „STEROWANIE_2”. Niezależne sterowanie dwoma przekaźnikami pozwala odwracać polaryzację napięcia w silniku (włączony albo jeden, albo drugi przekaźnik). Umożliwia także wyłączenie silnika, poprzez podłączenie obu styków silnika do plusa lub do minusa zasilania (oba przekaźniki włączone lub oba wyłączone). Jest to równoznaczne z odłączeniem zasilania od silnika.

W obu omawianych przykładach, zarówno w tym z dwoma osobnymi pojedynczymi przekaźnikami, jak i w tym z jednym podwójnym przekaźnikiem, do ich wejść sterujących można podać sygnał z dowolnego źródła. Takimi źródłami mogą być np. wyjście jakiegoś cyfrowego układu sterującego, sterownika PLC, lub jeszcze czegoś innego. Podstawowy warunek jest taki, żeby napięcie wyjściowe źródła sterującego, zgadzało się z napięciem zasilania cewki przekaźnika.

Układ z powyższego rysunku, można zrealizować bardzo łatwo przy użyciu naszego dwukanałowego zdalnego sterowania radiowego.

Podsumowanie

Mam nadzieję, że rozjaśniłem Ci nieco budowę i zasadę działania mostka H i przyznasz sam, że „nie taki diabeł straszny, jak go malują”? 🙂

Można oczywiście zbudować układ sterowania silnikiem elektrycznym z tranzystorami uni- lub bipolarnymi. Oprócz samej zamiany polaryzacji zasilania silnika będą mogły sterować też jego prędkością. To są już jednak bardziej skomplikowane twory. A obiecałem, że w tym artykule będzie prosto, więc muszę słowa dotrzymać 🙂

Jak widzisz mostek H jest bardzo przydatnym ustrojstwem i wiele ułatwia w sterowaniu siłownikami elektrycznymi. To, co najbardziej nam tu pasuje to fakt, że mostek H umożliwia automatyzację sterowania siłownikiem elektrycznym (mam na myśli zwłaszcza ostatni układ, z dwoma przekaźnikami).

Dlatego jest to nasza ulubiona konstrukcja! 🙂

Na koniec możesz też zobaczyć, jak to wygląda w praktyce, na naszym filmiku o prostym sterowaniu siłownikiem elektrycznym.

Więcej materiałów znajdziesz na naszym kanale!