Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Sklep HeluKabel
Proszę, dodaj wyjątek www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Stopień mocy regulatora PWM prędkości silnika 230V 500W

Gizmoń 14 Cze 2012 00:54 6613 9
  • #1 14 Cze 2012 00:54
    Gizmoń
    Poziom 28  

    Mam silnik szeregowy z odkurzacza o mocy około 500W, do zasilania napięciem 220V~. Mam zamiar go wykorzystać w maszynie, gdzie będzie musiał kręcić się z mniej więcej stałą, zadaną prędkością, z zakresu od 600 do 16000obr/min, niezależną od obciążenia. Mam już na wale umocowany enkoder, który generuje 3 impulsy na obrót.

    Mój pomysł jest następujący: zamienić częstotliwość sygnału z enkodera na napięcie (np. od 0 do 5V) i wzmacniaczem operacyjnym porównać je z napięciem odniesienia regulowanym za pomocą nastawnika prędkości. Na wyjściu wzmacniacza otrzymam wtedy sygnał proporcjonalny do różnicy napięć wejściowych, którym będę sterował wypełnieniem sygnału PWM. Tu najprawdopodobniej zastosuję układ TL494, z oscylatorem ustawionym na ok. 1kHz. Sygnał PWM, przez transoptor i układy pomocnicze, będzie sterował w części wysokonapięciowej tranzystorem IRF840, jak na schemacie:

    Stopień mocy regulatora PWM prędkości silnika 230V 500W

    Jak widać silnik jest zasilany prądem stałym, dzięki czemu pracuje o wiele ciszej i o wiele mniej się grzeje, a także nie powinien piszczeć mimo kluczowania 1kHz.
    Układ z przekaźnikiem i dwoma tranzystorami to taki prosty system SCRAM (Safety Control Rod Axe Man :) ) który w razie awarii układu kontroli prędkości ma nie pozwolić na rozbieganie silnika, odłączając go przy pewnym ustawionym potencjometrem napięciu - prawdopodobnie taki silnik podłączony do sieci tylko przez prostownik, a tak właśnie by było w razie awarii, rozpędziłby się aż do rozsypania. Działanie tego układu powinno być podobne, jak odśrodkowego ogranicznika prędkości silnika samochodowego.

    Dławik L1, taki sam jak w impulsowych zasilaczach w telewizorach, ma eliminować zakłócenia oraz ograniczyć prąd ładowania kondensatorów przy podłączaniu układu do sieci. Może nawet za nim trzeba wstawić negistor.
    Dławik L2, o dość dużej indukcyjności, ma zmniejszyć udar prądowy powodowany zwłaszcza przez kondensator elektrolityczny przy silniku, który byłby niekorzystny zarówno dla kondensatora jak i tranzystora IRF840. Diody przy elementach indukcyjnych mają gasić powstałe przy wyłączaniu przepięcia.

    I teraz moje pytania do układu ze schematu:

    1. Co sądzicie o takim rozwiązaniu, może jest jakieś prostsze, albo można udoskonalić ten pomysł? Od razu mówię, że zastanawiałem się już nad regulatorem fazowym, ale nie znalazłem niczego, co by było sterowane napięciem i posiadało optoizolację, a to bardzo ważne.
    2. Jak widać, w tym układzie na uzwojeniach silnika względem uzerowanej obudowy będzie zawsze prawie 400V, chociaż same uzwojenia będą zasilane napięciem od 0 do około 200V, bo przy takim napięciu obciążony silnik jest w stanie utrzymać zadaną maksymalną prędkość. I to prawie 400V mnie trochę martwi, ale z drugiej strony taki silnik powinien być do tego przystosowany, prawda? W końcu napięcie międzyszczytowe w sieci jest właśnie takie.
    3. Może zamiast diod, przy elementach indukcyjnych lepsze by były całe gasiki RC(D)? Chodzi o to, by nie zniszczyć tranzystora jakimś pikiem napięcia, ale jednocześnie jak najbardziej zmniejszyć moc na nim traconą.


    PS
    Myślałem też nad przetwornicą impulsową 230V~ -> 200V=, za którą byłby dopiero jakiś taki układ, jak powyżej, ale to już zawracanie głowy i zbytnie skomplikowanie, chociaż na pewno byłoby bezpieczniej. Tak samo z transformatorem, tyle, że tu jest inny główny problem - skąd tanio dostać taki o mocy 500W?

    0 9
  • Sklep HeluKabel
  • #2 14 Cze 2012 07:58
    mosfetkiler
    Poziom 21  

    Może warto zainteresować się układem U209B i sterowaniem impulsowym?

    0
  • #3 14 Cze 2012 19:12
    Gizmoń
    Poziom 28  

    O sterowanie impulsowe właśnie pytałem, ale widzę, że układ U209B (regulator fazowy) to jest właściwie to, czego szukałem - ma w sobie prawie wszystko, czego potrzebuję. Tylko sygnał z enkodera musiałbym podłączyć przez transoptor, a nie mam pewności, czy dobrze podłączyłem jego fototranzystor:

    Stopień mocy regulatora PWM prędkości silnika 230V 500W

    Ponieważ silnik miał w odkurzaczu wymuszone chłodzenie wydmuchiwanym powietrzem, teraz musi być zasilany prądem stałym, ponieważ wtedy prawie się nie grzeje (a turbin na wale już nie ma, więc nie ma też wymuszonego chłodzenia). Stąd też dodany mostek prostowniczy, dławik i kondensator 330µF. Spróbuję ten układ zdobyć i go wypróbować.

    Ale jeszcze wrócę do układu z pierwszego schematu. Otóż go zmontowałem (pomijając część zawierającą przekaźnik oraz transoptor) i uruchomiłem przy napięciu 40V, a więc obniżonym, w gałęzi głównej i 12V w pomocniczej. Działa, silnik kręci się gładko i cicho, ale IRF840 się dość mocno nagrzewa - z tego powodu nie będę tego teraz podłączał do wyższego napięcia, bo prawdopodobnie coś zostałoby zniszczone. Warto nad tym dalej główkować, czy poczekać na U209B?

    0
  • Sklep HeluKabel
  • #4 14 Cze 2012 19:19
    fuutro
    Poziom 43  

    Gdzie Ty tu masz IRF840 czy jakiegokolwiek MOSFETa :?: IRF840 dawać przy niskich napięciach to lekka przesada - ma dużą rezystancję Rdson.

    0
  • #6 15 Cze 2012 08:35
    mosfetkiler
    Poziom 21  

    Co do układu z mosfetem to wygląda na to, że jest niewłaściwie sterowany sygnałem o kształcie sinusoidalnym - a więc są duże straty na zboczach.
    Należałoby użyć dedykowanego drivera z wejściem Schmitta zamiast układu przeciwsobnego tranzystorów; wtedy będzie sterowany sygnałem prostokątnym o stromych zboczach.
    Co do układu U209B to nie stosowałem go dotąd lecz wg. opisu wygląda na to,
    że na pin 7 musi być podany sygnał napięciowy >8V i >3mA (wg. tabeli) a nie zwierany do masy.

    0
  • #7 15 Cze 2012 22:55
    Dar.El
    Poziom 40  

    Mosfetkiler nie masz racji. Mosfet jest sterowany sygnałem PWM z transoptora, więc nie ma sygnału sinusoidalnego tylko prostokąt.
    Pin 7 w U209B jest konwerterem f/U.

    0
  • #8 25 Cze 2012 12:52
    Gizmoń
    Poziom 28  

    Zbudowałem regulator z układem U209B, działa, ale to jeszcze nie to, czego chciałem, ponieważ:

    - Regulacja jest od 5720 obr/min aż do 26000! I nie ma jak tego ograniczyć, mogę najwyżej podnieść dolną granicę.
    - Układ zmienia kąt włączenia triaka, co powoduje duże iskrzenie między szczotkami a komutatorem (ale ze sterowaniem PWM wg pierwotnego pomysłu byłoby pewnie tak samo, albo i gorzej)
    - Czasem silnik zaczyna szarpać, na moment rozpędza się do dużo większej prędkości, niż zadana.

    Dodam, że od razu usunąłem kondensator elektrolityczny podłączony równolegle z silnikiem, bo się nagrzewał (nic dziwnego z resztą, skoro 100 razy na sekundę był ładowany i rozładowywany dużymi prądami), później nawet mostek prostowniczy i dławik - żadnej zmiany w pracy układu. Transoptor jest podłączony odwrotnie niż na schemacie w poście nr 3, ponieważ w tym układzie masa ma wyższy potencjał niż reszta układu.

    Wygląda na to, że najlepiej by było zbudować nie regulator fazowy, nie PWM, tylko układ z regulacją liniową i prądem stałym... Tyle, że coś musiałbym zrobić z ogromną ilością ciepła, może ogrzewanie domu czy jakieś cuś :) Z tego powodu taki pomysł odpada od razu.

    Muszę ten projekt chwilowo odłożyć, później spróbuję coś wymyślić z tym U209B, bo on kosztował mnie aż 10zł i powinien wystarczyć - przecież nie trzeba tu regulatora PID :) Nie zamykam tematu, ponieważ będzie on potrzebny w niedalekiej przyszłości, a jak w międzyczasie ktoś wpadnie na jakiś ciekawy pomysł, to będzie mógł go podsunąć.

    0
  • #9 25 Cze 2012 22:43
    kybernetes
    Poziom 39  

    Gizmoń, zapomnij o jakiejkolwiek skutecznej regulacji obrotów w takim zakresie (1:25) za pomocą tego układu. Na twoim miejscu pomyślałbym o sterowniku do niezależnej regulacji prądu stojana i napięcia wirnika.

    0
  • #10 03 Mar 2013 00:51
    Gizmoń
    Poziom 28  

    Rozwiązałem problem. Okazało się, że:

    - Przesyłanie sygnału PWM przez transoptor, nawet przez taki z wbudowanym przerzutnikiem Schmitta i opisywany jako "superszybki", z kilku powodów nie jest dobrym pomysłem.
    - Układ przeciwsobny sterujący bramką mosfeta jest o wiele lepszy, gdy użyje się tranzystorów o większym prądzie kolektora niż BC5xx. Ja użyłem pary BD139 i BD140.
    - W przypadku takiego silnika z odkurzacza nie trzeba zbytnio martwić się o rozbieganie. Bez żadnego obciążenia, zasilany pełnym napięciem, rozpędza się do 28000obr/min. To dużo, niebezpiecznie dużo, ale jest to stan równowagi.
    - Kondensator elektrolityczny równolegle z silnikiem to zły pomysł.

    Najlepsze rozwiązanie, które sam zastosowałem, to izolacja sygnału analogowego sterującego wypełnieniem. Zastosowałem transoptor liniowy HCNR200. Dalej jest już zwykły schemat z TL494, gdzie jeden ze wzmacniaczy błędu odwraca napięcie sterujące i odejmuje je od innego, przy którym wypełnienie jest równe zero.

    Rozbudowałem układ o kontrolę prądu silnika - źródło IRF840 jest połączone z masą przez bocznik 0,11Ω. Spadek napięcia na boczniku po przejściu przez dwustopniowy filtr RC zostaje wzmocniony i wykorzystany do ostrzegania o przeciążeniu i ograniczania płynącego prądu.

    Gasik jest podłączony tuż przy silniku i składa się z szybkiej diody 16A/600V oraz układu RC z bardzo małym R, 2,3Ω i C=82nF. Przy większych rezystancjach pojawiały się problemy z mocnym nagrzewaniem, a tak elementy są co najwyżej letnie.

    Jeśli ktoś pragnie dowiedzieć się więcej, proszę pisać PW lub jakoś inaczej ;)

    0