Сервопривод 12 вольт отопления

Сервопривод коллекторный. Выбор и правила подключения.

Данный сервопривод иногда обзывают: Электроприводом, сервомотором, термоприводом и т. д.

Его официальное название электротермический сервопривод ( Проще: Термопривод ). Сервомоторами называют приводы с электромагнитным двигателем

Существуют сервоприводы для трехходовых клапанов информация об этом здесь:

Такой сервопривод (термопривод) можно использовать как для теплого пола, так и для радиаторного отопления. Как для коллектора, так и для термостатического клапана (вентиля). В данном случае мы рассмотрим подключение для теплого пола и подключение радиаторного регулирования.

Нормально открытый — Открытый клапан по умолчанию. То есть когда на сервопривод не идет сигнал (напряжение), он находится в положение «Открытый клапан». В данном случае при отсутствии напряжения теплоноситель проходит через открытый клапан.

Нормально закрытый — Закрытый клапан по умолчанию. То есть когда на сервопривод не идет сигнал (напряжение), он находится в положение » Закрытый клапан». В данном случае при отсутствии напряжения теплоноситель не проходит через закрытый клапан.

Универсальные, переключающиеся термоприводы — такие термоприводы можно переключать на одно из двух положений: Нормально открытый и нормально закрытый.

Вид сервоприводов может иметь различные формы:

Когда встает вопрос о выборе варианта — открытого или закрытого типа, то нужно понимать следующее:

Если клапан большее время находится в открытом положении, то выбирается режим нормально открытый.

Если клапан большее время находится в закрытом положении, то выбирается режим нормально закрытый.

В условиях суровой зимы выбирается вариант нормально открытый. В частности в России. В теплых краях можно выбирать нормально закрытый. Впрочем, все зависит от множества факторов. Самый распространенный вариант сервоприводов — это нормально открытый. К тому же, когда сервопривод выходит из строя, то нет риска, заморозить помещение от холода.

Сервоприводы по напряжению бывают на 220 вольт, но бывают и на другое напряжение, например, 24 вольт. Также не исключено, что сервоприводы могут принимать постоянный ток или переменный ток. В большинстве случаев это переменный ток 50 Гц.

Чтобы сервопривод начал закрывать или открывать клапан, ему нужен сигнал в виде напряжения. Обычный сигнал сервоприводу — это обычное питание, которое указывается в паспорте сервопривода. (220в/24в).

Как работает сервопривод?

Рассмотрим такой термопривод. Производитель: Oventrop.

Внутри имеется такой механизм:

Принцип действия сервопривода

Принцип действия привода основан на расширении жидкости (толуола) в сильфоне за счет прохождения электрического тока через нихромовый нагревательный элемент.

В механизме сервопривода имеется пружинный механизм и емкость, в которой умещена специальная жидкость, которая под действием температуры расширяется и давит на шток. Шток, выдвигаясь, давит на шток термоклапана и клапан закрывается. Под действием напряжения происходит прогрев жидкости, и жидкость расширяется. То есть этот сервопривод не имеет электромагнитного мотора. Использование силы взято от расширяющейся жидкости под действием температуры, поэтому данный сервопривод обзывают термоприводом. Так как сила движения происходит от расширения жидкости при его нагреве.

Поэтому когда подается напряжение на сервопривод, то привод закрывает клапан не мгновенно, а по истечению некоторого времени, на которое уходит прогрев жидкости. Это около 1-3 минут в зависимости от производителя.

Когда в термоприводе отсутствует напряжение, то клапан приходит в исходное положение, когда достаточно для этого остынет. Остывает сервопривод намного дольше, чем нагревается. Поэтому время открывания термопривода от 5 до 15 минут.

Слева нагретый сервопривод, справа остывший.

Сверху у сервопривода имеется выдвигающийся механизм, он нужен для того, чтобы:

Во-первых, определять посадку сервопривода в термоклапане.

Во-вторых, уведомляет о режиме клапана: Вкл/Выкл.

То есть если он поднят вверх — это говорит о том, что клапан закрыт. Если он опущен, то клапан открыт.

Если данный механизм имеет на стандартные размеры по высоте, то следует насторожиться. Данный термопривод может не подходить к термоклапану или не правильно быть подключен. То есть размеры выдвигаемого штока не совпадают с термоклапаном.

В сервоприводах стоит защита от перегрева. Там встроен механизм отключения питания.

Данный сервопривод можно проверить на ощупь, если он нагрет — клапан закрыт, если он холодный — клапан открыт.

Электрическая схема сервопривода и термостата на 220 вольт.

Так же можно одним термостатом подключить 2-3 сервопривода.

Вопрос в том стоит ли соблюдать фазу ноль? Если Вы даже перепутаете фазу с нулем, данная схема все равно будет работать. Но учтите ее, когда вы будите подключать более сложные электронные устройства. В сложных устройствах могут возникать ошибки. В любом случае смотрите паспорта электрического устройства и соблюдайте Фазу и ноль. Фаза (L). Ноль (N). Земля (PE).

Поэтому когда будите покупать или заказывать сервопривод, убедитесь в том, что бы Вы случайно не приобрели термоэлектронный сервопривод. Так как такой привод должен использоваться совместно с электронным регулятором.

Между сервоприводом и термостатом может быть подключен Коммутационный блок, который выглядит таким образом:

Коммутационные блоки для коммутации термостатов и сервоприводов называют по-разному: Коммуникатор зональный, коммутатор для смесительных узлов, клеммная колодка для сервоприводов и насосной логикой, просто коммуникатор и так далее.

Данный коммуникатор служит для передачи управляющих сигналов (вкл/выкл) от комнатных термостатов на сервоприводы термостатических клапанов, управляющих подачей теплоносителя по контурам.

При отсутствии запроса на подачу теплоносителя во все присоединительные контура, реле коммутатора подает команду на отключение циркуляционного насоса смесительного узла.

Коммутаторы, также подразделяются по напряжению и существуют коммутаторы на 220 вольт.

Некоторые коммутаторы бывают с радиоэлектронным сигналом. Продаются в сборе с термостатами, которые сообщают информацию по средствам радиосигнала. Такие термостаты можно поставить в любое место на стене без прокладки кабеля. В общем, по функциям они очень разннобразны.

Электрическая схема сервопривода, термостата и коммутатора

Для новичков я рекомендую купить сервопривод на 220 вольт с переменным питанием 50 Гц. Для тех, кто живет в России. То есть такой сервопривод можно спокойно подключить к сети питания 220 вольт. В других странах могут быть изменены напряжения сети. При подключении к сети, нормально открытый клапан будет закрываться.

Также рекомендую ознакомиться с мощностью термостатов. Чтобы напряжение и ток в термостате не превышал заданные производителем. Для примера скажу, чтобы не было проблем с перегрузками, берите термостат с напряжением 220 Вольт и с током до 10 Ампер. А сервоприводы на 220 вольт имеют ток около 0,3 Ампер. Так что перегрузки по токам с таким термостатом не должны быть. Соответственно электропровод по сечению может быть 1-1,5 мм2.

Электропровод, ведущий от термостата до сервопривода, лучше сделать трех жильным, так как рабочие контакты термостата, имеют три соединения. Общий, рабочий и реверсивный сигнал. На будущее вдруг Вам понадобиться обратный сигнал (противоположная команда) от термостата.

Если Вы плохо разбираетесь в электричестве, то коммутаторы вообще не рекомендую брать. Во-первых, они дорогие. Во-вторых, функцию по отключению насоса можно пережить. Впрочем, Вам решать.

Когда существует вероятность того, что все контура закроются, и насос будет работать на нулевой расход, в этом случае обязательно устанавливают перепускной клапан, который дает расход, когда все контура закрыты.

Комнатный термостат. Комнатные регуляторы температуры.

Терморегулятор — это электрический датчик температуры, который посредствам выбранной температуры дает сигнал сервоприводу на закрытие или открытие клапана. В терморегуляторе присутствует возможность выбрать комнатную температуру или механическим способом (рукоятка) или электронным способом (кнопка).

Термостат обладает одним или двумя датчиками температуры. Основной датчик температуры встроен вовнутрь устройства. Он служит для получения температуры воздуха. Другой считается выносным и называется выносным погружным зондом. Выносной зонд нужен для того, чтобы измерять температуру поверхности теплого пола. Его нужно монтировать вовнутрь теплого водяного пола, то есть в бетонное основание теплого пола. Выносной датчик служит для измерения температуры поверхности пола. Данный зонд нужно устанавливать там, где основание пола будет всегда открыто. Также не допускается зонд устанавливать возле окон и дверей где возможен сквозняк. Зонд нужно установить между подающей и обратной трубой. Высота датчика (зонда) должна быть не ниже середины по высоте бетонной стяжки.

Датчик для определения температуры воздуха, должен находиться от пола на расстоянии 0,8-1,5 метра. Чем ближе датчик к полу, тем больше он чувствует тепло. Чем дальше, тем меньше он чувствует тепла. Это говорит о том, что если датчик будет дальше от пола, то регулятор температуры будет выставлен больше. Если ближе к полу, то наоборот.

Устанавливается датчик только на внутренних стенах. Внутренняя стена является той стеной, за которой находиться отапливаемое помещение. Наружной стеной — является стена, за которой нет помещений. Наружная стена является холодной. Датчик, установленный на наружной стене, будет обманывать и давать результаты того, что в помещение холодно.

Нельзя заслонять стену (шкафами, полками, столом, креслом, диваном) где стоит датчик температуры воздуха. Данная стена должна быть свободна для естественной циркуляции воздуха через датчик температуры. Для этого подходит стена возле входной двери. Если дверь постоянно открыта, то датчик от двери нужно установить дальше от двери на расстояние примерно 1 м. Возле датчика температуры воздуха нельзя ставить оборудование, которые выделяет тепло.

Необходимо убедиться, что бы возле датчика температуры воздуха не было каких-либо сквозняков, например вентиляции. Теоретически, идеальное место для датчика температуры воздуха, это центр отапливаемого помещения, как по ширине и длине, так и по высоте.

Термостат, обладающий двумя датчиками, может контролировать сразу два параметра: температуру воздуха и температуру пола. В таком термостате задаются пороги отключения для температуры воздуха и температуры пола. Если превысит порог температуры любого из двух датчиков, то идет отключение сервопривода.

Такие термостаты называют хронотермостатами. В них можно задавать работу сервоприводов по времени и (или) по дням.

Термостаты или коммутаторы с беспроводным датчиком.

Эра новых технологий не стоит на месте и с каждым десятилетием появляются новые изобретения. Скажу лишь то, что такие термостаты существуют. Панель управления термостатов может быть установлена в любом месте, а вот термодатчик определяющий, температуру может находиться там, где это необходимо. Термодатчик по средствам радиосигнала посылает команду термостату.

Сервоприводы: подключение, управление, примеры работы

Познакомимся поближе с сервоприводами. Рассмотрим их разновидности, предназначение, подсказки по подключению и управлению.

Что такое сервопривод?

Сервопривод — это мотор с управлением через отрицательную обратную связь, позволяющую точно управлять параметрами движения. Сервомотором является любой тип механического привода, имеющий в составе датчик положения и плату управления.

Простыми словами, сервопривод — это механизм с электромотором, который может поворачиваться в заданный угол и удерживать текущее положение.

Элементы сервопривода

Рассмотрим составные части сервопривода.

Электромотор с редуктором

За преобразование электричества в механический поворот в сервоприводе отвечает электромотор. В асинхронных сервоприводах установлен коллекторный мотор, а в синхронных — бесколлекторный.

Однако зачастую скорость вращения мотора слишком большая для практического использования, а крутящий момент — наоборот слишком слабый. Для решения двух проблем используется редуктор: механизм из шестерней, передающий и преобразующий крутящий момент.

Включая и выключая электромотор, вращается выходной вал — конечная шестерня редуктора, к которой можно прикрепить нечто, чем мы хотим управлять.

Позиционер

Для контроля положения вала, на сервоприводе установлен датчик обратной связи, например потенциометр или энкодер. Позиционер преобразует угол поворота вала обратно в электрический сигнал.

Плата управления

За всю обработку данных в сервоприводе отвечает плата управления, которая сравнивает внешнее значения с микроконтроллера со показателем датчика обратной связи, и по результату соответственно включает или выключает мотор.

Выходной вал

Вал — это часть редуктора, которая выведена за пределы корпуса мотора и непосредственно приводиться в движение при подаче управляющих сигналов на сервопривод. В комплектации сервомоторов идут качельки разных формфакторов, которые одеваются на вал сервопривода для дальнейшей коммуникации с вашими задумками. Не рекомендуем прилагать к валу нагрузки, которые больше крутящего момента сервопривода. Это может привести к разрушению редуктора.

Выходной шлейф

Для работы сервопривода его необходимо подключить к источнику питания и к управляющей плате. Для коммуникации от сервопривода выходит шлейф из трёх проводов:

Если сервопривод питается напряжением от 5 вольт и потребляет ток менее 500 мА, то есть возможность обойтись без внешнего источника питания и подключить провод питания сервомотора непосредственно к питанию микроконтроллера.

Управление сервоприводом

Алгоритм работы

Интерфейс управления

Чтобы указать сервоприводу желаемое состояние, по сигнальному проводу необходимо посылать управляющий сигнал — импульсы постоянной частоты и переменной ширины.

То, какое положение должен занять сервопривод, зависит от длины импульсов. Когда сигнал от микроконтроллера поступает в управляющую схему сервопривода, имеющийся в нём генератор импульсов производит свой импульс, длительность которого определяется через датчик обратной связи. Далее схема сравнивает длительность двух импульсов:

Для управления хобби-сервоприводами подают импульсы с частотой 50 Гц, т.е. период равен 20 мс:

Обратите внимание, что на вашем конкретном устройстве заводские настройки могут оказаться отличными от стандартных. Некоторые сервоприводы используют ширину импульса 760 мкс. Среднее положение при этом соответствует 760 мкс, аналогично тому, как в обычных сервоприводах среднему положению соответствует 1520 мкс.

Это всего лишь общепринятые длины. Даже в рамках одной и той же модели сервопривода может существовать погрешность, допускаемая при производстве, которая приводит к тому, что рабочий диапазон длин импульсов отличается. Для точной работы каждый конкретный сервопривод должен быть откалиброван: путём экспериментов необходимо подобрать корректный диапазон, характерный именно для него.

Часто способ управления сервоприводами называют PWM (Pulse Width Modulation) или PPM (Pulse Position Modulation). Это не так, и использование этих способов может даже повредить привод. Корректный термин — PDM (Pulse Duration Modulation) в котором важна длина импульсов, а не частота.

Характеристики сервопривода

Рассмотрим основные характеристики сервоприводов.

Крутящий момент

Момент силы или крутящий момент показывает, насколько тяжёлый груз сервопривод способен удержать в покое на рычаге заданной длины. Если крутящий момент сервопривода равен 5 кг×см, то это значит, что сервопривод удержит на весу в горизонтальном положении рычаг длины 1 см, на свободный конец которого подвесили 5 кг. Или, что эквивалентно, рычаг длины 5 см, к которому подвесили 1 кг.

Скорость поворота

Скорость сервопривода — это время, которое требуется выходному валу повернуться на 60°. Характеристика 0,1 с/60° означает, что сервопривод поворачивается на 60° за 0,1 с. Из неё можно вычислить скорость в оборотах в минуту, но так сложилось, что при описании сервоприводов чаще всего используют именно интервал времени за 60°.

Форм-фактор

Сервоприводы различаются по размерам. И хотя официальной классификации не существует, производители давно придерживаются нескольких размеров с общепринятым расположением крепёжных элементов.

Форм-фактор	Вес	Размеры
Микро	8-25 г	22×15×25 мм
Стандартный	40-80 г	40×20×37 мм
Большой	50-90 г	49×25×40 мм

Внутренний интерфейс

Сервоприводы бывают аналоговые и цифровые. Так в чём же их отличия, достоинства и недостатки?

Внешне они ничем не отличаются: электромоторы, редукторы, потенциометры у них одинаковые, различаются они лишь внутренней управляющей электроникой. Вместо специальной микросхемы аналогового сервопривода у цифрового собрата можно заметить на плате микропроцессор, который принимает импульсы, анализирует их и управляет мотором. Таким образом, в физическом исполнении отличие лишь в способе обработки импульсов и управлении мотором.

Оба типа сервопривода принимают одинаковые управляющие импульсы. После этого аналоговый сервопривод принимает решение, надо ли изменять положение, и в случае необходимости посылает сигнал на мотор. Происходит это обычно с частотой 50 Гц. Таким образом получаем 20 мс — минимальное время реакции. В это время любое внешнее воздействие способно изменить положение сервопривода. Но это не единственная проблема. В состоянии покоя на электромотор не подаётся напряжение, в случае небольшого отклонения от равновесия на электромотор подаётся короткий сигнал малой мощности. Чем больше отклонение, тем мощнее сигнал. Таким образом, при малых отклонениях сервопривод не сможет быстро вращать мотор или развивать большой момент. Образуются «мёртвые зоны» по времени и расстоянию.

Эти проблемы можно решать за счёт увеличения частоты приёма, обработки сигнала и управления электромотором. Цифровые сервприводы используют специальный процессор, который получает управляющие импульсы, обрабатывает их и посылает сигналы на мотор с частотой 200 Гц и более. Получается, что цифровой сервопривод способен быстрее реагировать на внешние воздействия, быстрее развивать необходимые скорость и крутящий момент, а значит, лучше удерживать заданную позицию, что хорошо. Конечно, при этом он потребляет больше электроэнергии. Также цифровые сервоприводы сложнее в производстве, а потому стоят заметно дороже. Собственно, эти два недостатка — все минусы, которые есть у цифровых сервоприводов. В техническом плане они безоговорочно побеждают аналоговые сервоприводы.

Материалы шестерней

Шестерни для сервоприводов бывают из разных материалов: пластиковые, карбоновые, металлические. Все они широко используются, выбор зависит от конкретной задачи и от того, какие характеристики требуются в установке.

Пластиковые, чаще всего нейлоновые, шестерни очень лёгкие, не подвержены износу, более всего распространены в сервоприводах. Они не выдерживают больших нагрузок, однако если нагрузки предполагаются небольшие, то нейлоновые шестерни — лучший выбор.

Карбоновые шестерни более долговечны, практически не изнашиваются, в несколько раз прочнее нейлоновых. Основной недостатой — дороговизна.

Металлические шестерни являются самыми тяжёлыми, однако они выдерживают максимальные нагрузки. Достаточно быстро изнашиваются, так что придётся менять шестерни практически каждый сезон. Шестерни из титана — фавориты среди металлических шестерней, причём как по техническим характеристикам, так и по цене. К сожалению, они обойдутся вам достаточно дорого.

Коллекторные и бесколлекторные моторы

Существует три типа моторов сервоприводов: обычный мотор с сердечником, мотор без сердечника и бесколлекторный мотор.

Обычный мотор с сердечником (справа) обладает плотным железным ротором с проволочной обмоткой и магнитами вокруг него. Ротор имеет несколько секций, поэтому когда мотор вращается, ротор вызывает небольшие колебания мотора при прохождении секций мимо магнитов, а в результате получается сервопривод, который вибрирует и является менее точным, чем сервопривод с мотором без сердечника. Мотор с полым ротором (слева) обладает единым магнитным сердечником с обмоткой в форме цилиндра или колокола вокруг магнита. Конструкция без сердечника легче по весу и не имеет секций, что приводит к более быстрому отклику и ровной работе без вибраций. Такие моторы дороже, но они обеспечивают более высокий уровень контроля, вращающего момента и скорости по сравнения со стандартными.

Сервоприводы с бесколлекторным мотором появились сравнительно недавно. Преимущества те же что и у остальных бесколлекторных моторов: нет щёток, а значит они не создают сопротивление вращению и не изнашиваются, скорость и момент выше при токопотреблении равном коллекторным моторам. Сервоприводы с бесколлекторным мотором — самые дорогие сервоприводы, однако при этом они обладают лучшими характеристиками по сравнению с сервоприводами с другими типами моторов.

Сервопривод постоянного вращения

Сервоприводы обычно имеют ограниченный угол вращения 180 градусов, их так и называют «сервопривод 180°».

Но существуют сервоприводы с неограниченным углом поворота оси. Это сервоприводы постоянного вращения или «сервоприводы 360°».

Сервопривод постоянного вращения можно управлять с помощью библиотек Servo или Servo2 . Отличие заключается в том, что функция Servo.write(angle) задаёт не угол, а скорость вращения привода:

Функция Arduino	Сервопривод 180°	Сервопривод 360°
Servo.write(0)	Крайне левое положение	Полный ход в одном направлении
Servo.write(90)	Середнее положение	Остановка сервопривода
Servo.write(180)	Крайне правое положение	Полный ход в обратном направлении

Для иллюстрации работы с сервами постоянного вращения мы собрали двух мобильных ботов — на Arduino Uno и Iskra JS. Инструкции по сборке и примеры скетчей смотрите в статье собираем ИК-бота.

Примеры работы с Arduino

Схема подключения

Многие сервоприводы могут быть подключены к Arduino непосредственно. Для этого от них идёт шлейф из трёх проводов:

Для подключения к Arduino будет удобно воспользоваться платой-расширителем портов, такой как Troyka Shield. Хотя с несколькими дополнительными проводами можно подключить серву и через breadboard или непосредственно к контактам Arduino.

Можно генерировать управляющие импульсы самостоятельно, но это настолько распространённая задача, что для её упрощения существует стандартная библиотека Servo .

Ограничение по питанию

Обычный хобби-сервопривод во время работы потребляет более 100 мА. При этом Arduino способно выдавать до 500 мА. Поэтому, если вам в проекте необходимо использовать мощный сервопривод, есть смысл задуматься о выделении его в контур с дополнительным питанием.

Рассмотрим на примере подключения 12V сервопривода:

Ограничение по количеству подключаемых сервоприводов

На большинстве плат Arduino библиотека Servo поддерживает управление не более 12 сервоприводами, на Arduino Mega это число вырастает до значения 48. При этом есть небольшой побочный эффект использования этой библиотеки: если вы работаете не с Arduino Mega, то становится невозможным использовать функцию analogWrite() на 9 и 10 контактах независимо от того, подключены сервоприводы к этим контактам или нет. На Arduino Mega можно подключить до 12 сервоприводов без нарушения функционирования ШИМ/PWM, при использовании большего количества сервоприводов мы не сможем использовать analogWrite() на 11 и 12 контактах.

Пример использования библиотеки Servo

По аналогии подключим 2 сервопривода

Библиотека Servo не совместима с библиотекой VirtualWire для работы с приёмником и передатчиком на 433 МГц.

Альтернативная библиотека Servo2

Библиотеки для управления сервоприводами (Servo) и для работы с приёмниками / передатчиками на 433 МГц VirtualWire используют одно и то же прерывание. Это означает, что их нельзя использовать в одном проекте одновременно. Существует альтернативная библиотека для управления сервомоторами — Servo2.

Все методы библиотеки Servo2 совпадают с методами Servo.

Пример использования библиотеки Servo

Примеры работы с Espruino

Примеры работы с Raspberry Pi

Вывод

Сервоприводы бывают разные, одни получше — другие подешевле, одни надёжнее — другие точнее. И перед тем, как купить сервопривод, стоит иметь в виду, что он может не обладать лучшими характеристиками, главное, чтобы подходил для вашего проекта. Удачи в ваших начинаниях!