Jak mierzyć prędkość obrotową silnika DC za pomocą napięcia indukowanego?

Question

Witam, Chciałbym zrobić dosyć zaawansowany regulator prędkości silnika prądu stałego. Bedzie to generator PWM (pulse width modulation), czyli sterowanie impulsami o napięciu nominalnym dla danego silnika. Mam problem z realizacją pomiaru prędkości obrotowej silnika. Jak wiadomo każdy silnik jest...

Krisgorn · Answer

Wszystkie poniższe rozważania dotyczą silnika obcowzbudnego prądu stałego, zakładam, że o taki chodzi.

Napięcie indukowane w uzwojeniach silnika wystarczy podzielić przez kfi i masz prędkość.

n = E / kfi

k – stała konstrukcyjna,
fi – strumień wzbudzenia.

Iloczyn kfi w przypadku znaminowego strumienia wzbudzenia wyznaczysz z danych znamionowych silnika:

kfi = (Un- In * R )/nn

Un – napięcie znamionowe wirnika,
In – prąd znamionowy wirnika,
R – rezystancja wirnika,
nn – prędkość znamionowa w obr/min

O sposobach regulacji silników prądu stałego możesz poczytać tutaj:

http://www.powercontrol.pl/index.php?option=content&task=view&id=20&Itemid=2

Artykuł co prawda dotyczy silników zasilanych z prostowników ale układ sterowania pozostaje taki sam w przypadku przekształtnika DC/DC który stosujesz w swoim projekcie.

mystic · Answer

Dzięki za pomoc. A jak się ma sprawa z silnikami samowzbudnymi?

Krisgorn · Answer

Samowzbudny czyli szeregowy. Tutaj sprawa się trochę komplikuje ponieważ wraz ze zmianą obciążenia zmienia się prąd silnika a więc jego strumień i wówczas kfi nie byłoby stałe i należałoby je wyznaczać z charakterystyki magnesowania fi = f(I) .

mystic · Answer

W takim razie muszę także monitorować prąd silnika. Silnik będzie zasilany impulsami więc i prad bedzie impulsowy. Czy mam usrednic jego wartość? druga sprawa. Czy wiesz jak można pobierać napięcie indukowane podczas wyłączania silnika? dodam, ze silnik kluczowany bedzie MOSFETEM.

Krisgorn · Answer

Te zależności, które podałem dotyczą wartości średnich (w stanie ustalonym) a więc prąd należałoby uśrednić. Generalnie układ powinien być tak zaprojektowany aby zapewnić ciągłość prądu, ponieważ gdy prąd jest nieciągły (osiąga wartość zero) silnik pracuje nierówno (moment silnika jest wprostpropocjonalny do prądu i moment też jest wtedy równy zero – chodzi o wartości chwilowe).
Jeśli założysz rezystancję silnika równą zero (pominiesz spadek na tej rezystancji, który z reguły wynosi kilka procent napięcia zasilania) to możesz przyjąć, że napięcie indukowane w uzwojeniach równe jest napięciu zasilania, a to napięcie możesz wyznaczyć na podstawie współczynnika wypełnienia (jako wartość średnią).

mystic · Answer

Dlaczego spadek napiecia na uzwojeniach ma miec wartosc 0? robilem oksperymenty z malym silniczkiem od wiertarki, ktory ma 12 Ohm. Gdzie odkłada się napiecie jeżeli nie w całości na jego uzwojeniach?

Krisgorn · Answer

Oczywiście spadek nigdy nie wynosi zero. Pisałem tylko że można go czsami pomiąć ponieważ jest znacznie mniejszy niż napięcie indukowane w uzwojeniu.

Jaki jest prąd i napięcie znamionowe twojego silnika? Poza tym jeśli to jest silnik od wiertarki to prawdopodobnie jest to silnik szeregowy prądu przemiennego.

mystic · Answer

to ma być w miarę uniwersalny regulator silników prądu stałego (raczej samowzbudnych) o napieciach nominalnych od kilku do kilkudziesięciu woltów.

PS. testowany silniczek był od miniwiertarki do płytek drukowanych na napięcie stałe

Krisgorn · Answer

Myślałem, że chodzi o normalną wiertarke.

Silniki prądu stałego o napięciach znamionowych, które podajesz to najczęściej silnki obcowzbudne, które zamiast uzwojenia wzbudzenia mają magnes.

Cytat:
Gdzie odkłada się napiecie jeżeli nie w całości na jego uzwojeniach?

W tym uzwojeniu indukuje się SEM zależna od prędkości silnika, która ma zwrot przeciwny (przy pracy silnikowej) do napięcia zasilania. Zatem zgodnie z II prawem Kirchhoffa spadek napiecia na rezystancji uzwojeń jest różnicą napiecia zasilania i SEM indukowanej w wirniku.

mystic · Answer

ten regulator ma być regulatorem PWM, więc nie ma zachowanej ciągłości prądu. moja idee polagałaby na pomiarze napięcia indukowanego w uzwojeniu w czasie kiedy silnik jest odłączony od zasilania przez tranzystor MOSFET. W takim przypadku powstaje problem (nieduży) pomiaru napięć ujemnych. Uważasz, że lepiej pobierać napięcie (zamierzam to zrobić za pomocą przetwornika AC) w czasie gdy silnik pracuje i odejmować je od napięcia zasilania?

PS. W takim razie małe silniczki (np. takie od modeli i zabawek to silniki obcowzbudne)?

Krisgorn · Answer

To, że napięcie ma przebieg prostokątny nie decyduje o tym, że prąd będzie miał też przebieg, tak by było gdyby obciążeniem była rezystancja, silnik prądu stałego stanowi obciążenie typu RLE. Cewka będzie podtrzymywać prąd w obwodzie gdy napięcie będzie równe zero. To czy prąd będzie ciągły zależy od parametrów silnika R, L, częstotliwości przełaczeń f, współczynnika wypełnienia. Ten problem powstaje gdy chciałbyś zmieniać obroty silnika na przeciwne. Aby wyznaczyć napięcie indukowane w uzwojeniach musisz od napięcia zasilania odjąc spadek napięcia na uzwojeniach E = U -I*R. Gdy tranzystor będzie wyłaczony, to tak jak pisałem powyżej cewka i tak przez jakiś czas będzie potrzymywać prąd, oczywiście zakładam że przekształtnik zawiera diodę zwrotną, aby ten prąd miał się gdzie zamknąć. Tak. W zakresie mocy do okolo 100W do wytworzenia strumienia wzbudzenia stosuje się magnesy trwałe.

mystic · Answer

W takim razie zastosuję się do Twoich wskazówek i o wynikach poinformuję w weekend. Mam jeszcze pytanie: Jak włączyć w obwód silnika diodę zwrotną?

Krisgorn · Answer

Równolegle do silnika. Katoda do plusa zasilania, anoda do minusa.
Taki układ będzie pracował tylko dla jednego układu wirowania silnika. Nie zmieniaj biegunowości zasilania silnika.

Jeśli chcesz pracować we wszystkich ćwiartkach układu prędkość-moment to musisz zastosować tzw. układ czterokwadratowy, składający się z 4 tranzystorów i 4 diod.

Powodzenia

Jak mierzyć prędkość obrotową silnika DC za pomocą napięcia indukowanego?

Post #1

Post #2

Post #3

Post #4

Post #5

Post #6

Post #7

Post #8

Post #9

Post #10

Post #11

Post #12

Post #13

Post #14

Podsumowanie tematu