Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Relpol przekaźniki nadzorczeRelpol przekaźniki nadzorcze
Proszę, dodaj wyjątek dla www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Pomiar przeciążenia silnika DC sterowanego przez uC - ograniczenia praktyczne

14 Maj 2013 22:10 4248 28
  • Poziom 11  
    Witam. Sporo już czytałem na ten temat i nie mogę dobrać ciągle rozwiązania do mojego zastosowania.

    Chcę wykryć zatrzymanie się/przeciążenie silniczka 12V DC, który podnosi lampy w samochodzie. Jeden taki silnik sterowany będzie poprzez dwa przekaźniki DPDT sterowane z AVR. Mechaniczne krańcówki nie wchodzą w grę, więc jedyne, co mi przychodzi do głowy, to pomiar prądu.

    Najprostsza metoda - zastosować bocznik. Jednak najmniejsze rezystory 5W, jakie mogę dostać to 0.1R. Silnik, którym chcę sterować przy normalnej pracy pobiera około 3-6A, a przy zwarciu 13-15A (mierzone multimetrem). Przekształcając wzór P=I^2*R wynika, że maksymalny prąd dla takiego rezystora to 7.07A, a więc za duże ryzyko jest spalenia go, jeśli odpowiednio szybko nie wykryję zwarcia. Mam jedynie fizyczną możliwość wpięcia się przy samym silniku, więc wykorzystanie rezystancji długich przewodów od akumulatora jako bocznik odpada.

    Czy można w takim przypadku podłączyć np dwa lub więcej takich rezystorów równolegle i uzyskać wtedy mniejszą sumaryczną rezystancję/większą moc? Czy są jakieś przeciwwskazania?

    Inne pomysły to wykorzystanie drutu oporowego, ale nie mogę nigdzie takiego dostać lokalnie, a nie opłaca się zamawiać w internecie wysyłki dla paru cm drutu.

    Może jakieś inne pomysły? Myślałem też nad liniowymi czujnikami Halla, ale zastanawiam się nad pewnością i dokładnością ich działania w samochodzie, gdzie jest dużo zakłóceń - czy słusznie? Z góry dziękuję za pomoc.
  • Relpol przekaźniki nadzorczeRelpol przekaźniki nadzorcze
  • Pomocny post
    Poziom 30  
    Kup sobie na Alle... gotowy bocznik na 20A i już.
  • Relpol przekaźniki nadzorczeRelpol przekaźniki nadzorcze
  • Poziom 11  
    I chyba tak zrobię, jeśli nic innego nie wykombinuję. Jednak ciąglę kombinuję... a może by tak po prostu wykorzystać sam silnik jako "bocznik"? Pewnie nie jest to świetny pomysł, bo takiego rozwiązania nie widziałem, ale może są jakieś konkretne powody, dlaczego tak się nie robi?

    Multimetr pokazuje mi rezystancję przewodów 0.4R, a mierząc stojący silnik pokazuje 1R w praktycznie wszystkich pozycjach. Czyli rezystancja zatrzymanego silnika widoczna ze strony zasilania to około 0.6R, gdy stoi w miejscu. Kręcąc wirnikiem rezystancja rośnie zależnie od prędkości. Może wystarczy po prostu mierzyć spadek napięcia na samym silniku, aby określić czy się zatrzymał?
  • Pomocny post
    Poziom 36  
    Jeśli chcesz mierzyć spadek napięcia na silniku to wtedy bocznikami są przewody, ale one raczej się nie spalą, za to silniczek może być na straty. To jest ta sama metoda, bocznikowa.
    W sumie, mając cztery rezystory 0.1 OHM / 5W dało by się zbudować bocznik 0.1 OHM/ 10W (chyba nie gadam głupot?) łącząc po dwa równolegle, i dwa takie zrównoleglone łącząc szeregowo.

    Dodano po 3 [minuty]:

    A, przepraszam, powyższe chyba nic nie zmieni.
  • Poziom 11  
    Mógłbyś to rozwinąć, dlaczego silnik mógłby być na straty?
  • Pomocny post
    Poziom 36  
    Gdybyś dał bocznik 0.1 OHM przez silnik przy zatrzymaniu popłynąłby duży prąd, ale nie maksymalny (15A). Ty potrzebujesz do wysterowania silnika 6A (trochę więcej, zakładając, że napięcie za rezystorem spadnie) . Jeśli dasz odpowiedni opornik, prąd silnika (na zatrzymaniu) nie dojdzie do 15A, natomiast zostawiając jak jest, bocznikiem będą przewody, ale ich oporność jest mała, więc na silnik pójdzie 15A. To prawdopodobnie prąd, który uszkodzi silnik, lub skróci jego życie, zanim ograniczenie wykryje taki prąd.

    Jak byśmy nie patrzyli, żeby zmierzyć prąd bocznikowo mamy wzór:

    I = (U-U1)/R,
    czyli w mianowniku mamy spadek napięcia, w liczniku rezystancję bocznika. Dlatego mówię, że pomiar spadku napięcia na silniku też będzie metodą bocznikową, bo przewody mają rezystancję i to na nich będzie spadek napięcia. Z tą różnicą, że mając bocznik z rezystorów znanej wartości możesz obliczyć prąd, a tak nie znasz rezystancji przewodów - czyli możesz się domyślać jaki prąd płynie. Dla wzmacniacza operacyjnego w sumie wystarczy, że prąd jest większy niż jakiś, nie musi być dokładnie, no ale nie wiem, czy użyjesz op-ampa czy jak...


    Jeśli mówię głupoty to proszę mnie poprawić, sam zastanawiam się czy nie myślę źle i czasem dochodzę do wniosku że "możliwe".
  • Poziom 11  
    Ok dzięki za rozwinięcie. Tak, użyję opampa. Nie, ten prąd nie zabije silników w moim przypadku, więc tym bym się nie przejmował. One dosyć często chodzą na zwarciu ze względu na oryginalną konstrukcję i mają wbudowane wyłączniki termiczne, a wykrycie prądu przeciążenia metodą bocznikową przez mikrokontroler to są podejrzewam milisekundy.
  • Poziom 11  
    Czytałem o nich, ale to trochę droga opcja, szczególnie, że potrzebuję dwie sztuki. Zależy mi poza tym tylko na zmierzeniu przeciążenia, a w efekcie zatrzymania się silnika - dokładność nie jest istotna.
  • Pomocny post
    Poziom 38  
    Dwa rezystory 0.1 Ohm 5W równolegle. Spalić się nie powinny; przy normalnej pracy masz 0.15-0.3V, przy zatrzymaniu silnika 0.65-0.75V (nie licząc tolerancji oporników). Najwygodniej wpiąć oporniki pomiędzy przekaźniki sterujące a masę - wtedy możesz mierzyć napięcie względem masy. No i porządne filtrowanie i zabezpieczenia, żeby zakłócenia od silnika nie wypaliły elektroniki ;)
  • Pomocny post
    Poziom 18  
    Zrób to na uC i bocznikach tak jak założyłeś. Silnika nie spalisz tak szybko jeśli reakcja będzie szybka. Musisz pamiętać, że podczas rozruchu tego silnika również wzrośnie prąd i żeby nie traktowało tego jako zatrzymanie konieczne może będzie dodanie programowej zwłoki czasowej 'maskującej' chwilowo sygnał przeciążenia. Dodatkowo dla bezpieczeństwa zabezpiecz każdą lampę bezpiecznikiem zwłocznym.
  • Poziom 11  
    Mam świadomość prądu rozruchowego, dlatego zwłoka programowa jakaś będzie. Chodzi o tani, praktyczny pomiar przeciążenia. Wpięcie "w masę" będzie problemem, bo silnik będzie chodził w dwóch kierunkach, więc masa raz będzie po jednej stronie, a raz po drugiej.

    EDIT: Dopiero skojarzyłem, między przekaźniki, a masę. To nie będzie problemem jednak.
  • Pomocny post
    Poziom 32  
    Jak ma być tanio to zastosuj czujniki z wentylatorów bezszczotkowych (uszkodzone mechanicznie z PC) - eksperymentalnie dobierz warunki pracy układu (np cewka bez albo z rdzeniem, ilość zwojów i sprzężenie z czujnikiem, po wszystkim można czujnik wraz z cewka zalać żywicą epoksydowa lub ewentualnie zamocować by była możliwość doregulowania.

    Tu masz ogólna idee co i jak reszta to twoja własna inwencja - taniej nie będzie.

    http://danyk.cz/hall_en.html
  • Poziom 11  
    Z tego, co tam facet pisze, to są "przełączniki" Halla, a nie liniowe czujniki. Jakieś porady, jak dobrać ilość zwojów tak, żeby dopiero przy konkretnym prądzie np. 10A się załączył - jakieś obliczenia, czy raczej tylko eksperymentalnie?

    Może niesłusznie, ale wydaje mi się, że to niepewne rozwiązanie - dużo prościej byłoby mierzyć wyjście liniowego czujnika niż dostrajać obwód pod taki przełącznik.
  • Poziom 32  
    Cebix napisał:
    Z tego, co tam facet pisze, to są "przełączniki" Halla, a nie liniowe czujniki. Jakieś porady, jak dobrać ilość zwojów tak, żeby dopiero przy konkretnym prądzie np. 10A się załączył - jakieś obliczenia, czy raczej tylko eksperymentalnie?

    Może niesłusznie, ale wydaje mi się, że to niepewne rozwiązanie - dużo prościej byłoby mierzyć wyjście liniowego czujnika niż dostrajać obwód pod taki przełącznik.


    Nie wiem po co chcesz mierzyć jeśli potrzebujesz informacje wyłącznie o tym czy przeciążenie jest czy go nie ma, co więcej ten klucz ma wbudowana histerezę wiec raczej nie powinno być problemów z uzyskaniem założonej funkcjonalności.

    Jeśli jednak musisz koniecznie posiadać informacje analogowa to wspomniany już bocznik, wspomniany analogowy czujnik prądu albo możesz rozważyć koncepcje pomiaru indukcyjności dławika z rdzeniem podmagnesowywanym prądem silnika (czyli dławik posiada dodatkowe uzwojenie przez które przepuszczany jest prąd silnika) tylko ze moim zdaniem będzie to sztuka dla sztuki (bo dojdzie masa problemów z stabilizacja takiego układu).

    Poza tym warto pamiętać ze są Current Sensing MOSFET które mogłyby być użyte w tej aplikacji.
  • Poziom 11  
    Chodzi o to, żeby przypadkiem się nie załączył podczas normalnej pracy z prądem około 6A, bo wtedy też przecież jest jakieś pole magnetyczne. Dlatego wg mnie problemem jest tu dokładna kalibracja, żeby czujnik reagował tylko na przeciążenie.

    O current sensing MOSFETACH nie miałem pojęcia, muszę poczytać o tym temacie. Zakładałem jeszcze w innym temacie o innym celu użycie Rds(on) zwykłego MOSFETA, którego będę używał tutaj również do załączenia zasilania jako bocznika (przekaźniki służą tylko zmianie kierunku obrotu silnika).
  • Pomocny post
    Poziom 32  
    Na tym polega cały urok czujnika z wentylatora ze maja one dość duża histerezę - wiec dość łatwo powinno uzyskać się sytuacje gdy normalny prąd pracy nie aktywuje wyjścia natomiast przeciążenie powoduje aktywacje, do tego jeszcze musiałbyś w uC zrobić logikę odróżniającą prąd rozruchu od prądu przeciążenia ale to raczej kwestia dobrego algorytmu.

    Alternatywnie właśnie te specjalizowane MOSFET, są trochę droższe od zwykłych ale za to masz informacje o prądzie przepływającym przez tranzystor - jeśli taka miałeś koncepcje by przełączanie kierunków zrobić na przekaźniku a załączanie prądu tranzystorem to chyba nie ma co dalej kombinować.
  • Poziom 11  
    A gdzie mogę takie MOSFETY dostać? W żadnym polskim sklepie nie widzę takich w ofercie.
  • Pomocny post
    Poziom 32  
    http://www.tme.eu/pl/katalog/#id_category=112...C266%2C10&used_params=35%3A866%3B2%3A45056%3B

    https://ec.irf.com/v6/en/US/adirect/ir?cmd=eneNavigation&No=0&N=0+4294835973&numRecs=99

    http://www.st.com/web/en/catalog/sense_power/FM1965/SC1037

    Widzę ze faktycznie jest z tym trochę ciężko w Polsce...

    Najszybciej chyba trafisz coś z STM bo jest często spotykany w samochodowej elektronice w rożnych modułach. Np seria VNx5.
  • Poziom 11  
    Skorzystam jednak z normalnego MOSFETa i użyję przewodów jako bocznik.

    Mam jeszcze jedno pytanie związane z tematem. MOSFETy z tego co wiem nie są idealnymi izolatorami w stanie nieprzewodzenia. Mam kilka IRLZ44N i ich rezystancja mierzona multimetrem między drenem, a źródłem wynosi około 6M ohmów, kiedy na bramce jest 0V. Czy prądy, które będą płynąć, gdy MOSFET będzie wyłączony (rzędu nA) mają w ogóle jakieś znaczenie np. dla żarówek? Czy przy takich wartościach mogę je pominąć i traktować MOSFET jako całkowicie nieprzewodzący? Konkretnie MOSFETy mają operować silnikiem DC jak w temacie oraz żarówkami świateł krótkich/pozycyjnych.
  • Pomocny post
    Poziom 36  
    Najmniejsza żarówka w samochodzie, jeśli się nie mylę, ma 1.2W i jest to kontrolka, np. hamulca ręcznego czy lampka oleju. Taka żarówka przy pełnym świeceniu pobiera ~100mA. Nie sądzę, by wielkości nA powodowały świecenie lub nagrzewanie żarówki 1.2W, nie mówiąc o żarówce świateł pozycyjnych (>=60W) czy mijania(>=110W). Chyba, że kolega stosuje technologię LED czy ksenon, wtedy przetwornica mogłaby się zdziwić, ale nie sądzę by próbowała chociażby zastartować.
  • Poziom 32  
    Prądy tej wielkości (o ile mierzysz poprawnie) nie powinny być problemem.
  • Poziom 11  
    Walczę teraz z doborem przekaźnika.

    Szukam przekaźników DPDT lub 4PDT z cewką 5-12V i prądem styków co najmniej 15A (jeśli DPDT, to 30A, bo użyłbym go do sterowania dwóch silników naraz). Większość jednak dostępnych przekaźników ma prąd maksymalny 10A. W moim urządzeniu przekaźnik zawsze będzie przełączany bez napięcia na stykach. Dopiero w ustalonym stanie przekaźnika dostarczone będzie napięcie do styków poprzez MOSFETa.

    Producenci przekaźników chyba głównie zakładają pracę pod napięciem, ale czy mój sposób sterowania przekaźnikiem może pozwolić na puszczanie prądów 15A przez styki określone na 10A maksymalnie czy nie pomoże to w żaden sposób i powinienem dobrać przekaźnik >15A? Prądy te będą przepływały przez znikomy czas (rozruch i zwarcie).
  • Poziom 32  
    Samochodowe przekaźniki maja i 60A - niskie ceny i powszechnie dostępne.
  • Poziom 11  
    Przekaźniki zwykłe samochodowe typowo mają tylko jeden zestyk, ewentualnie dwa, ale te praktycznie są tylko zwierne/rozwierne, rzadko przełączne i nie na takie prądy. W moim przypadku potrzebne będą DPDT (dwa zestyki przełączne, jedna sztuka >30A lub dwie sztuki >15A) lub jeden 4PDT (cztery przełączne >15A).

    Jeżeli masz źródło do takich przekaźników to proszę o jakiś link. Sam niestety nie trafiłem jeszcze na takie, które byłyby dostępne w Polsce.
  • Poziom 32  
    Cebix napisał:
    Przekaźniki zwykłe samochodowe typowo mają tylko jeden zestyk, ewentualnie dwa, ale te praktycznie są tylko zwierne/rozwierne, rzadko przełączne i nie na takie prądy. W moim przypadku potrzebne będą DPDT (dwa zestyki przełączne, jedna sztuka >30A lub dwie sztuki >15A) lub jeden 4PDT (cztery przełączne >15A).

    Jeżeli masz źródło do takich przekaźników to proszę o jakiś link. Sam niestety nie trafiłem jeszcze na takie, które byłyby dostępne w Polsce.


    Myśl nieliniowo - użyj dwóch SPDT... uważam ze cena i dostępność kompensują trochę bardziej skomplikowany montaż.
  • Poziom 11  
    Brałem pod uwagę opcję czterech SPDT, ale po prostu będzie to za duże rozmiarowo do mojego projektu.

    @tos18: Dzięki za link, ale niestety obciążalność DC jest tylko 20A. Dwie sztuki spełniłyby moje potrzeby, ale cena dwóch sztuk jest niestety za wysoka dla mnie.

    EDIT: Po chwili namysłu jednak faktycznie dwie sztuki SPDT o prądzie >30A wystarczyłyby i to będzie rozwiązanie dobre rozmiarowo. Nie wpadłem na to wcześniej.