Elektroda.pl
Elektroda.pl
X

Search our partners

Find the latest content on electronic components. Datasheets.com
Elektroda.pl
Multimetr Fluke
Please add exception to AdBlock for elektroda.pl.
If you watch the ads, you support portal and users.

Silnik krokowy i tranzystor załaczający cewki - grzanie

pgnige 11 Nov 2009 18:01 8341 48
  • #1
    pgnige
    Level 14  
    Witam, mój problem dotyczy tak jak w temacie załączania cewek silnika krokowego przy pomocy tranzystorów sterowanych przez mikroprocesor (nie ma tutaj znaczenia jaki jest układ sterujący) - tranzystory grzeją się do tego stopnia, że dostają przebicia, albo coś i przestają działać.
    Mikroprocesor podaje sygnał na bazę tranzystora przez rezystor 1k, emiter podłączony jest do masy, kolektor dołączony jest do końcówki jednej z cewek silnika i między kolektorem, a + zasilania dołączona jest dioda w kierunku zaporowym. Druga końcówka cewki podłączona jest do + zasilania.
    Tranzystor grzeje się bardzo mocno - również dodając rezystor (który niemalże się gotuje) między kolektorem i anodą diody do której dołączona jest jedna z końcówek cewki.
    Tranzystory jakie testowałem to: BC547C, BD649, BD241C, BUZ11, ale sądzę, że wszystkie grzałyby się równie mocno.

    Myślę, że w miarę jasno wytłumaczyłem na czym polega problem i jak wygląda mój układ. Dodam, że szukałem rozwiązania z forum, ale mimo, że znalazłem interesujące mnie tematy nie uzyskałem odpowiedzi na mój problem.

    Bardzo proszę o pomoc. Jestem początkującym elektronikiem i już na początku mojej przygody z elektroniką napotkałem taki nieprzyjemny problem.

    Silnik krokowy i tranzystor załaczający cewki - grzanie

    Silnik krokowy

    JAPAN SERVO KH56QM2B005

    wyjście na 6 wyprowadzeń

    parametry silnika :
    wymiary/56/56/77,5
    dł.ośki 19,5mm ,średnica osi 6,35mm
    masa 0,96kg
    prąd 2,4A
    napięcie 2,6V
    1,1 Ohm
    1,8 deg/step

    Silnik krokowy i tranzystor załaczający cewki - grzanie
    Ethernet jednoparowy (SPE) - rozwiązania w przemyśle. Szkolenie 29.09.2021r. g. 11.00 Zarejestruj się za darmo
  • Multimetr Fluke
  • #2
    Xweldog
    Level 30  
    Witam
    Sprecyzuj, czy wszystkie te tr. "grzały się" czy "by się grzały". Nie wierzę, by w takim układzie grzał się BUZ. Zwłaszcza z 1kΩ w szereg z uzwojeniem. Na tym R może się wydzielać max. ok. 0,15W gdyby go podłączyć pod 12V na stałe. Jaką on ma moc ? Jaką masz częstotliwość pracy ?
  • #3
    pgnige
    Level 14  
    Te cztery tranzystory, które wymieniłem grzeją się faktycznie bardzo mocno - na tyle, że nie można ich dotknąć. Częstotliwość pracy mniej więcej 2ms pomiędzy krokami. Nie wiem czy takie grzanie jest normalne, ale dodałem radiatory i również są bardzo gorące, nie wiem czy to nie zniszczy tranzystorów czy to ich normalny tryb pracy i nie ma się co martwić.
    BUZ11 ma moc 75W
    Jeżeli włączam na stałe jedną cewkę po prostu tranzystor nagrzewa się szybciej ale do takiej samej temperatury jak przy pracy krokowej.

    Mam jeszcze jedno pytanie - jakim max. napięciem można zasilić ten silnik??
  • #4
    Xweldog
    Level 30  
    Skoro BUZ się grzeje a częstotliwość jest dość mała, przypuszczalnie jest niedosterowywany. Jaką amplitudę mają impulsy wejściowe ? Lub, jakie Uz ma uPC ? Do BUZ zmniejszyłbym R bramkowy z 10-20razy do 100-47Ω.

    Nie wiem jakie ten silnik ma Umax.
  • #5
    pgnige
    Level 14  
    Steruje atmega8 wiec 5V.
    Rezystor na bramce zmniejszałem do 100Ω, ale nic nie pomogło.

    A ogólnie silniki krokowe jakimi napięciami można zasilać 30V by go nie spaliło?
  • #6
    Xweldog
    Level 30  
    BUZ11 nie za bardzo będzie wysterowany z 5V. Ma Ut ( treshold-przejścia z nie w przewodzenie ) od 2 do 4V. Trafisz na egzemplarz z Ut 4V, on się jakoś tam załączy ale porządnie nasyci od U na bramce powyżej 10V. Do sterowania bezpośrednio z uPC nadają się MOS-y z Low Ut np. serii IRL.
    Nie rozumiem ostatniego zdania.
  • Multimetr Fluke
  • #7
    pgnige
    Level 14  
    BD649 również się grzeje i mam nadzieję że jako tranzystor bipolarny jest przy 5V w pełni nasycony. Montując taki układ jak na załączonym wyżej schemacie właśnie z tranzystorem BD649 i na non-stop załączonej cewce tranzystor się grzeje nieprzeciętnie, czy tak powinno być, jeżeli silnik nie jest w ruchu?

    Chodzi mi o to czy podając napięcie 30V na cewkę silnika nie ulegnie on zniszczeniu (przepaleniu cewki)?
  • #8
    janbernat
    Level 38  
    Parametry silnika:
    prąd 2,4A
    napięcie 2,6V
    A silnik zasilany z 12V.
    Silnik można zasilać nawet z 50V- ale przez układ PWM z pomiarem prądu.
  • #9
    Xweldog
    Level 30  
    Jestem zwolennikiem MOS-ów więc bipolarne pominąłem. Przede wszystkim z jakiego U teraz zasilasz ten silnik i jaki prąd pobiera ? Bo bipolarnemu trzeba wyliczyć ten Rbazowy mając na uwadze, że Imax Out uPC to ok. 20mA. Także, najmniejszy, na granicy ryzyka to 220Ω. Jeżeli użyty bipolar będzie miał β wystarczająco dużą, by przy takim prądzie bazy dać wymagany prąd w kolektorze to powinien się nasycić i nie grzać. Jak będzie, to trzeba dać quasi-darlingtona. Poprzedzić go np. jakimś BC ale jego kolektora nie dawać do kolektora tr. mocy tylko przez R do +Uz.
    Bardzo wątpię, czy silnik jak podajesz na 2,6V wyrobi pod 30V.
  • #10
    pgnige
    Level 14  
    Silnik zasilam z 12V i przy takim napięciu pozostanę, pytałem tylko z ciekawości jakie napięcie jest silnik w stanie wytrzymać - ale to nie ważne. Silnik w układzie jak na schemacie, ale bez rezystora między kolektorem a anodą diody oraz z rezystorem bazy 1k, pobiera ok. 0.7A.
    Bardzo Cię proszę o proste wytłumaczenie twojej odpowiedzi, ponieważ jestem początkujący nie bardzo ją rozumiem.
    β - wzmocnienie tranzystora?
    quasi-darlingtona?
    BC?
  • #11
    Xweldog
    Level 30  
    Prócz Icmax, Uce i Pmax podstawowym parametrem każdego tr. jest wsp. wzmocnienia β. Mówi on m/w, o ile większy prąd popłynie z kolektora w stosunku do prądu który wpłynie do bazy.
    Zwróć uwagę, jakie Icmax miały wspomniane BC i masz odpowiedź, dlaczego się b.grzały. Nigdy nie należy używać tr. na styk z ich parametrami max tylko zawsze m/w o połowę. W wielu wypadkach β jest podawana w oznaczeniu na ostatnim miejscu. Np. BC547"A" ma najmniejszą a "C" największą, BD135-"16" mniejszą niż "25". Szczegóły należy znaleźć w datasheet PDF przyjmując raczej środkową / dolną wartość.
    Załączam schemat klasycznego oraz quasi-Darlingtona. Oba zaczynają przewodzić od Uwe ok. 1,4V czyli dobrze nadają się do sterowania z przeciętnego uPC. Rb min. wylicza się ze wzoru: Uz uPC - 1,4V / Iout uPC.
    Klasyczny ma sporą wadę. Nie zależnie jak duży będzie prąd bazy U między jego CE nigdy nie spadnie też poniżej 1,4V ( nigdy się nie nasyci ). Przy Uz 12V to będzie ponad 10% ( policz straty przy 0,7A ). Tej wady nie ma drugi układ. Jeżeli wyliczy się prawidłowo R to drugi będzie miał między CE tylko ok. 0,2V ( nasyci się na max. ), pomijalnie mało ( policz teraz straty ).
  • #12
    janbernat
    Level 38  
    "Silnik w układzie jak na schemacie, ale bez rezystora między kolektorem a anodą diody oraz z rezystorem bazy 1k, pobiera ok. 0.7A. "
    A jakie napięcie jest wtedy na kolektorze tranzystora?
    Rezystancja uzwojenia tego silnika wynosi 1.1 Ohm.
    Przy postoju silnika i przy małych obrotach jest to prawie "czysta" rezystancja.
    Przy zasilaniu 12V przez silnik będzie płynął prąd prawie 11A- pomijając spadek napięcia na tranzystorze.
    To znaczy tyle popłynie dopiero przez układ darlingtona albo dobrze wysterowany mosfet.
    A teraz jeśli płynie 0.7A to na kolektorze tranzystora odkłada się ok. 11.2V i straty mocy wynoszą ok. 7.9W
    Tranzystor pracuje w zakresie aktywnym a nie w nasyceniu.
    Jak się go mocniej wysteruje to popłynie przez niego 11A.
    Wtedy taki BD wybuchnie.
    Jak się założy tranzystor który wytrzyma taki prąd to spali się silnik- przystosowany do prądu 2.4A a nie 11A.
    Cały czas zakładam że silnik jest sterowany "klasycznie"- praca pełnokrokowa lub półkrokowa i że zasilanie jest 12V.
    I że nie ma opornika w kolektorze- po przy 1kOhm ten silnik się nie ruszy.
  • #13
    pgnige
    Level 14  
    Xweldog - dziękuję za wytłumaczenie pojęć oraz za schematy. Icmax dla BD649 (ten tranzystor teraz testuję) jest 8A. Przepraszam, ale niestety nie jestem w stanie wyliczyć strat, ani tym bardziej rezystancji R (nie jestem elektronikiem, tylko hobby'stą praktykiem) - więc jeśli nie sprawiłoby Ci to problemu proszę Cię o podanie schematu (z wartościami elementów), które nie grzałyby się przy pracy krokowej i ciągłej (stale załączona jedna cewka).

    janbernat - co to znaczy napięcie na kolektorze tranzystora (napięcie między kolektorem a masą, czy + zasilania)? Praca jest tylko i wyłącznie pełno-krokowa, zasilanie wynosi 12V oraz nie ma rezystora w szeregu z cewką (jedynie jest rezystor przy bazie tranzystora). Skoro BUZ11 ma Imax 30A to dlaczego tak mocno się grzeje, jeżeli prąd wyliczony przez Ciebie wynosi 11A.

    Można zrobić układ, który nie grzałby się przy postoju silnika (dodając rezystor w szereg z cewką silnika faktycznie silnik nie ruszy, ale elementy się nie grzeją - jak zrobić taki układ tylko, aby silnik ruszył)?

    Chciałbym zbudować układ z silnikiem krokowym, ale ten problem uniemożliwia mi dalszą pracę. Bardzo proszę o gotowy schemat takiego układu (nie znam za bardzo teorii). Jeżeli chodzi o punkty to dam 20, albo jeszcze więcej. Chcę rozwiązać problem więc na punktach mi nie zależy, a widzę, że rozmawiam z osobami, które znają się na rzeczy :D
  • #14
    Xweldog
    Level 30  
    Gdy pierwszy raz przeczytałem Twój temat, nie było ani schematu ani danych silnika. Pierwszą odpowiedź dałem na tej bazie a dane pojawiły się później.
    Silnik krokowy na 2,4V można napędzać z np. 12V ( lub wyższym ) krótkimi impulsami przestawiającymi o jeden krok / półkrok. Ale do pracy ciągłej musisz stosować Uzn bo z 12V się spali.
    Analizy strat nie zrobię. Nie wiem, jakiej szerokości impulsy dajesz, ten BD649 to darlington i jako taki będzie się grzał z samej swej natury. Opisałem Ci to dokładnie. Tym bardziej, że do tego zastosowania ma trochę za małe Icmax. Tu lepszy powinien być wspomniany BUZ11.
  • #15
    pgnige
    Level 14  
    Dane dołączałem na bieżąco wraz z rozwijaniem tematu.
    Więc najlepiej zasilić go 2,4V - wtedy tranzystory nie będą się grzały i silnik będzie miał max. moc? Uzn :arrow: Układ zabezpieczenia nadnapięciowego?
    Impulsy sterujące trwają 2ms, lecz przy pracy kilku-minutowej tranzystory nagrzewają się równie mocno co przy stałym postoju (przy jednej cewce załączonej).
    Stosowałem zamiennie BD649 oraz BUZ11, ale nie widzę żadnej różnicy, oba rozgrzewają się równie mocno.

    W takim razie mam rozumieć, że jest to normalny tryb pracy tranzystora w takim układzie i nie ma się czym przejmować?
  • #16
    Xweldog
    Level 30  
    No tak, tylko że przez to dołączanie moje podejście do kwestii wyszło na niezbyt fachowe. Zaraz namaluję Ci schemat jak zrobić b.proste i ograniczenie prądowe i mieć możliwość pracy ciągłej przy U wyższym niż Uzn.
    Popatrz na ten układ:
    2,4V trzeba by specjalnie wytwarzać, typowym jest 5V. Cewka silnika jest podłączona do +5V przez R np. 2,2Ω. Gdy tranzystor nie przewodzi wtedy C ładuje się do 5V. Gdy załączy, U na nim spada a wartość prądu płynącego przez uzwojenie ustala ten R.
    To nadaje się zarówno do pracy impulsowej jaki i ciągłej. Możesz oczywiście dać inną wartość tego R, wyliczyć na wartość prądu jaką wybierzesz. Z tym R możesz zostawić uzwojenie pod Uz jak długo potrzeba bez obawy jego spalenia, załączający tranzystor też nie będzie się grzał. Można ew. dać Uz 12V ale wtedy na tym R będą duże straty.
  • #17
    janbernat
    Level 38  
    To ja też czekam.
    A w tym czasie podam takie rozwiązania:
    1.Zmienić silnik na 12V-są takie silniki ale mają gorsze parametry niż te na niskie napięcie z kilku powodów.
    2.Zasilać silnik napięciem nominalnym 2.4V- raczej z przetwornicy bo zwykły zasilacz na takie napięcie będzie miał duże straty.
    3.Zajrzeć na stronę CNC forum i wybrać jakiś specjalizowany układ do sterowania silnikiem krokowym albo kupić gotowy sterownik-100-300zł orientacyjnie.
    To jest rozwiązanie najskuteczniejsze.
    4.Zaprogramować procesor tak aby sterowanie odbywało się przez PWM-czyli impulsy sterujące otwierają tranzystor, prąd narasta stopniowo (wykorzystuje się indukcyjność uzwojeń silnika) mierzy się prąd na oporniku np.0.1 Ohm w emiterze/źródle tranzystora a gdy osiągnie wartość zadaną (niekoniecznie nominalną) tranzystor się odcina i gdy prąd spadnie do pewnej wartości tranzystor się włącza itd.
    Stosując dla każdego uzwojenia odpowiedni przebieg sterujący uzyskuje się pracę pełno, pół albo mikrokrokową.
    Czyli uzyskuje się programowo pkt 3. gdzie to samo uzyskuje się za pomocą specjalizowanego układu sprzętowo.
    Ale sposób 4. jest najbardziej ambitny i ma duże walory dydaktyczne.
    P.S.
    No jest schemat.
    Ale to chyba nie tak.
    5V/2.6A jest prawie równie paskudne do budowy jak 2.4V/2.6A.
    Straty przenosimy z tranzystora na opornik - kilkuwatowy opornik ma w dzisiejszych czasach podobną cenę jak dobry tranzystor.
    Stała RC=1.1Ohmx1000uF=1.1ms
    Na postoju i przy wolnych obrotach- a te silniki tak mają że mają trzymać moment na postoju i wolno się kręcić- to będzie zwykły dzielnik.
    Parametry dynamiczne silnika (rampa) będą znacznie gorsze z opornikiem włączonym w szereg z uzwojeniem.
    Kondensator to tylko troszkę skompensuje.
    P.S2
    Ale to jest stary problem- silniki krokowe "lubią" być zasilane z niskich napięć i mieć mniejszą indukcyjność uzwojeń.
    A zasilacze "nie lubią" niskich napięć" i dużych prądów.
    Stąd powstały układy specjalizowane- zasilane wysokimi napięciami (nawet 60V) i dającymi wysokie prądy na wyjściu.
    Tylko nie obliczaj mocy silnika Uzas x Iwyj- po wyjdą Ci kosmiczne bzdury.
    Jakieś kW.
    Xweldog- nie przejmuj się że niefachowo.
    Zwróciłeś uwagę w stronę tranzystorów- a nie w stronę silnika krokowego- miłego w działaniu ale paskudnego w zasilaniu i sterowaniu.
  • #18
    pgnige
    Level 14  
    Bardzo dziękuję za schemat. Rezystor metodą prób i błędów (w zależności od mocy silnika) wybrałem 15Ω.
    Tak jak powiedział janbernat:
    Quote:
    Straty przenosimy z tranzystora na opornik
    i faktycznie rezystor grzeje się równie mocno (przy 12V przepala się momentalnie) co tranzystor, ale widzę, że jest to najlepsze wyjście z sytuacji. Tranzystor nie grzeje się wcale (no może o kilka stopni - pomijalnie).

    Jeżeli zasotsuję rezystor 15Ω, ale o mocy 10W (http://www.sklep.avt.pl/p/pl/4823603/rezystor+15om+10w.html) rozwiązałoby to problem całkowicie?

    Czy lepszym rozwiązaniem jest zasilenie silnika napięciem 2,6V - nic by się wtedy nie grzało i moc silnika byłaby maksymalna?
  • #19
    janbernat
    Level 38  
    Oczywiście że lepszym.
    Ale najlepszym rozwiązaniem jest jednak specjalny sterownik i podawanie na niego sygnałów z procesora STEP, DIR i ENABLE.
  • #20
    pgnige
    Level 14  
    Tylko wytworzenie takiego napięcia ni jest prostą sprawą, a rezystory znacznie łatwiej jest zastosować w tym układzie.
    Na specjalizowany oryginalny sterownik mnie nie stać, więc chcę jak najmniejszym kosztem sam zbudować taki układ. Nie sądziłem, że sprawi to tyle problemów. Ale specjalny sterownik nie wchodzi w grę.
    Czy ostatecznie rezystory 15Ω 10W poradziłyby sobie?
  • #21
    janbernat
    Level 38  
    To może zastosuj zasilacz ze starego komputera i wykorzystaj wyjście 5V.
    W szereg dwie lub trzy diody 10A- aż uzyskasz jakieś 2.6V
    One są też tanie- niewiele drożej niż oporniki 20W.
    Dlatego 2.6V że na tranzystorze też będzie jakiś mały spadek napięcia.
    A, i to napięcie uzyskasz dopiero po podłączeniu silnika- bez obciążenia będzie ok. 5V.
  • #22
    pgnige
    Level 14  
    Używam właśnie zasilacza ATX i wyjścia 5V.
    Po dodaniu dwóch diód faktycznie napięcie spadło do 2,3V (pod obciążeniem).
    Takie zjawisko nosi nawę spadku napięcia na diodzie?
    Nie miałem do dyspozycji mocnych diód, dlatego do testów zastosowałem 1N4841, które mocno się grzały, ale mimo wszystko tranzystor nawet na tak niskim napięciu grzał się równie mocno co przy 5V, jednak wolniej wzrastała temperatura. Więc ten pomysł też odpada ze względu na grzanie tranzystora (diody tak jak napisałeś można zastosować większej mocy, ale i tak dla BD649 nie ma to znaczenia bo temperatura również na nim rośnie).

    Jak na razie pozostaje przy rozwiązaniu z rezystorami 10W i zobaczę co z tego wyniknie. Powinna przesyłka dojść do mnie w środę, wtedy dam odpowiedź czy rozwiązało to problem.
    Tym czasem bardzo dziękuję Wam za pomoc. Odezwę się jak przetestuję układ z rezystorami.
  • #23
    janbernat
    Level 38  
    A ten tranzystor to ma jakiś radiator?
    Kawałek blachy aluminiowej do której jest przykręcony?
  • #24
    pgnige
    Level 14  
    Tak do tranzystora dołączony jest radiator, grzeje się tak samo mocno jak tranzystor (jendak wolniej).
    Przy pracy ciągłej (testowałem ok 3-4 godz.) radiator jest bardzo mocno nagrzany ale tranzystor się nie psuje.
    Jendak nie sądzę, że jest to normalne zjawisko dlatego założyłem taki temat.
  • #26
    pgnige
    Level 14  
    Tak mam miernik i nawet oscyloskop, z którego nie umiem odczytywać wykresów :cry:
  • #27
    janbernat
    Level 38  
    To zrób tak:
    Włącz miernik na zakres 20V=(stałego napięcia).
    Włącz zasilanie na jedno z uzwojeń silnika przez diody.
    Zmierz napięcie między kolektorem a emiterem (masą) tranzystora.
    Zmierz napięcie między początkiem uzwojenia silnika a masą.
    Zmierz napięcie między wyjściem procesora a masą.
    Ten cały problem to są dwa wzory:
    R=U/I
    P=I x U
  • #28
    pgnige
    Level 14  
    Quote:
    napięcie między kolektorem a emiterem (masą) tranzystora
    0,9V
    Quote:
    napięcie między początkiem uzwojenia silnika a masą
    2,1V
    Quote:
    napięcie między wyjściem procesora a masą
    5V

    Z tych podstawowych wzorów korzystałem, ale licząc z napięcia zasilającego i prądu między kolektorem a końcówką cewki.
    Tylu napięć nie mierzyłem bo nie wiem nawet na co one wskazują, więc nie umiem dopasować ich do wzorów.
  • #29
    janbernat
    Level 38  
    Czyli:
    2.1V-0.9V=1.2(V)- napięcie na uzwojeniu silnika- mało.
    Oporność uzwojenia (z danych które podałeś) jest 1.1Ohm
    Jak dałes inny silnik... no to tak się nie bawimy.
    Czyli prąd płynący przez uzwojenie 2.1V/1.1Ohm=1.9A
    Ten sam prąd płynie przez tranzystor.
    A na nim spadek napięcia zmierzony wynosi 0.9V
    Czyli moc wydzielana na tranzystorze wynosi 0.9V x 1.9A=1.71W
    Jeśli jest dobrze przykręcony do radiatora to nie powinien się mocno grzać.
    Wyjście procesora nie jest obciążone czyli prąd sterujący tranzystorem powinien być wystarczający.
    Jak dobrze zmierzyłeś to tranzystor z radiatorem powinien być lekko ciepły.
  • #30
    pgnige
    Level 14  
    Absolutnie nie zmieniłbym silnika bez poinformowania - nie po to zadawałem pytanie na forum aby wprowadzać w błąd i żartować sobie. Poważnie podchodzę do sprawy więc wykonałem pomiar wg Twoich instrukcji.

    W praktyce jednak dość duży radiator grzeje się mocno.