Sterownik silnika DC a częstotliwość

Witam.

Zrobiłem sterownik silnika DC z załączonego schematu i wszytko działa poprawnie ale silnik piszczy. Z informacji zebranych w internecie dowiedziałem się że częstotliwość sygnału PWM powinna wynosić 15-16kHz (jest to silnik szeregowy do gokarta elektrycznego).
Czy ktoś mógłby mi pomóc przerobić ten schemat aby osiągnąć te 16 kHz ?
Czy w ogóle da się w/w schemat przerobić i czy zdoła on wysterować mosfety przy 16kHz ? Mosfetów jest 10 szt. połączonych równolegle.

Potencjometr R14 służy do regulacji częstotliwości w zakresie 400Hz - 3kHz pod warunkiem że zworka JP1 jest zamknięta. W innym wypadku sterownik działa z częstotliwością 100Hz.

Bardzo proszę o pomoc.

Witam,

Spoglądając na schemat zobacz:
1. Generator przebiegu trójkątnego
2. Komparator, który przełacza się się w zależności od ustawienia R15 i aktualnej wartości z generatora
3. Driver wyjściowy



Trudno jest mi teraz dokładnie przealizować układ jednak zmniejszając kondesator C1 10nF na mniejszy zwiększysz częstotliwość. Efekt taki również uzyskasz zmniejszając rezystor R13 10k. Podpinając oscyloskop na wyjście generatora zobaczysz dokładnie jaka jest częstotliwość PWM. Driver wyjściowy nie jest idealny i też trudno jest mi powiedzieć jak się zachowa przy większych częstotliwościach i większej ilości mosfetów bez podłączenia oscyloskopu (większa łączna pojemność przełączanych bramek). Zastosowałbym bardziej profesjonalny układ drivera np TC4420 zamiast punku 3.

http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/21419D.pdf

Pozdrawiam

Użyłem tranzystorów FDP3651U, są one na napięcie 100V 80A Rdson=18mili ohm.
Zasilany silnik jest na napięcie 75V.
Całkiem przypadkowo mam driver do mosfetów wymontowany z jakiegoś układu i chyba sprawny. Posiada on oznaczenie TC4452VAT.
Czy mógłbym go wykorzystać w tym układzie ?

Nota drivera - http://www.farnell.com/datasheets/1561649.pdf
Nota tranzystora - https://www.fairchildsemi.com/datasheets/FD/FDP3651U.pdf

Jeżeli zwiększysz częstotliwość 100 razy to wydajność prądową stopnia sterującego też musisz zwiększyć. MOSFET ma na wejściu pewną pojemność (ty około 1nF) którą trzeba przeładować. Im szybciej to zrobisz, tym krócej tranzystor jest w stanie liniowym, więc i straty mocy są mniejsze. Poszukaj rozwiązań przetwornic, zasilaczy to zobaczysz.

Tak i jest to wersja hard, tylko pamiętaj iż on ma na wejściu maks ok 5V więc zastosuj dzielnik rezystancyjny po wyjściu z komparatora. Przy takich driverach mogę aż grzać się bramki podczas samego przełaczania przy częstotliwościach kilkunastu kHz. Sprawdź to bez obciążenia silnika na tranzystorach, a ewentualnie dobierz mały rezystor na bramce. Innym problemem będzie sprawdzenie wydajności zasilacza czy w momencie przełaczania tranzystora będzie miał stabilne napięcie. Będziesz mógł zwiększyć pojemność kondensatora. Chodzi o to aby jak najszybciej zmienić stan na mosfecie aby nie działał on jako rezystor podczas przełączania.

Tzn gdzie mam ten dzielnik wstawić, między tranzystory BC a lm339 czy tranzystory całkowicie kasujemy z układu i driver TC4451 podłączamy pod nóżkę nr. 1 Lm-a i tu dajemy dzielnik ?
Jak ten dzielnik policzyć ?
Z noty drivera wynika że prąd = 50mA , więc Uwe=12V I=0,05A R1+R2=240 ohm.
Czy po prostu z wyjścia komparatora wejść na driver łącząc je poprzez rezystor o tej wartości ?

Tak, kasujesz całkowicie tranzysotry. Dzielnik miedzy 1 nożka LM339, a GND.

Na temat dzielnika rezystancyjnego znajdziesz ogrom informacji ale już piszę. Musisz dobrać tak rezystory, aby przy napięciu 12V było 5V na jego wyjściu. U Ciebie driver nie będzie dużym obciążeniem więc prąd płynący możesz ustalić w granicach ok 1mA

R1 + R2 = 12V / 0,001A = 12kΩ

R2 = 5V / 0,001A = 5kΩ czyli 4,7kΩ

R1 = 12kΩ - 4,7kΩ = 7,3kΩ czyli 6,8k czy też będzie ok 7,5k



Dodano po 3 [minuty]:

Na wejściu drivera też będzie pojemność, a ten prad 50mA to jest powyżej napięcia Vdd tylko dokładniej nie wiem jak przeczytać tą informację.

Sam LM339 na wyjściu ma jakieś 10mA bezpieczne.

To już wszystko wiem jak to połączyć , bardzo dziękuję za pomoc. Jutro sprawdzę czy układ działa. Może dymek nie poleci

Mam jeszcze jedno pytanie ponad plan, mianowicie potencjometr R15 służy do "dodawania gazu" potocznie mówiąc. Stosowanie jego jest dosyć problematyczne ponieważ w gokarcie szybko się brudzi i uszkadza.
Używam zwykłego potencjometru suwakowego podłączonego linką do pedału gazu.
Zastanawiałem się czy można by było zastosować tutaj sterowanie napięciem ?
Na serwisie aukcyjnym widziałem pedały gazu za 20 - 30 zł od aut które zasilone 5 voltami na wyjściu dają pomiar od 0,4 do 3,74 V. Były by one o niebo lepsze bo są hermetycznie wykonane i przypuszczam że długowieczne. Czy dało by się zaadoptować taki pedał do pracy z tym układem ?

Chodzi mi o taki pedał jak w linku - https://www.elektroda.pl/rtvforum/topic986095.html

Nie jestem specjalistą od układów analogowych ale w takiej konfiguracji będzie raczej ciężko użyć taki potencjometr. Najwygodniej byłoby dodać procesor. Ustalasz sobie wartość min 0V, a 100% np 3,4V. Dodatkowo można układ rozbudować o płynny start do 100% czy jeszcze czujnik temperatury jeśli silnik by za mocno się rozgrzał. Ale to już są wodotryski

A jeżeli bym użył pedał gazu rezystancyjny np ww bora on ma zakres od zera do 1k ohma. To wtedy wystarczy tylko zwiększyć wartości R10 i R6 do 10K i będzie to działało ?
Z tego co pamiętam pedały rezystancyjne są chyba dwu pinowe a nie trzy jak zwykły potencjometr. Nie ma wyprowadzenia środkowego. W takim wypadku też nie dało by się go podłączyć ?

Taki potencjometr z dwoma wyprowadzeniami będzie trudno podłączyć to już łatwiej będzie tego z napięciem od 0,5 do tych ok 3V. Tylko wyjście z generatora będziesz musiał przez dzielnik również dobrze skalibrować aby komparator odpowiednio przełaczał impulsy.

Zmniejszyłem wartość rezystorów aby uzyskać 15kHz na wyjściu na mosfety.
Pozostawiłem tranzystory BC ponieważ wcale się nie grzały. Efekt był taki iż silnik pracował cicho, nie piszczał, ale mosfety się lekko grzały. Gdy obciążyłem silnik pracujący na połowie swojej mocy , mosfety się spaliły.
Czym to jest spowodowane ? Wcześniej przy 1 kHz nie były nawet ciepłe podzas pracy. Czyżby tranzystorki BC okazały się być zbyt słabe do przełączania dziesięciu fetów podłączonych równolegle ? Na bramkę każdego tranzystora mosfet dałem rezystor 20 omów 2W.

Szkoda tych Mosfetów, a wszystkie się spaliły ? W takim układzie jeśli jeden dostał zwarcia to pozostałe powinny żyć dalej.

Driver z tranzystorów BC mógł mieć zbyt słabe zbocza podczas kluczowania Mosfetów. Jeśli znasz częstotliwość to zapewne masz oscyloskop więc możesz zobaczyć jak wyglądają zbocza na bramkach i na wyjściach Mosfetów. Możesz podpiąć żarówkę na wyjściu i zobaczyć jak wyglądają sygnały.

Właśnie oscyloskopu się jeszcze nie dorobilem. Posiadam tylko w miarę dobry multimetr.
Nie wiem czy wszystkie mosfety się spaliły. Jutro je sprawdzę , ale na oko wygląda jakby tylko dwa. Próbowałem podłączyć driver zamiast tranzystorów BC ale po podaniu zasilania i masy na sam układ drivera zaczął się grzać. Zasiliłem go z 12v tak jak pozostałą część układu .
A może on wymaga jakiegoś specjalnego napięcia zasilania?

Driver po podaniu napięcia nie mógł się spalić i przy 12V+ powinien działac jak najbardziej ok. Domyslam się że był podłączony prawidłowo ? Chyba że był uszkodzony ? Mosfet jeśli jest uszkodzony to ma zazwyczaj zwarte wyjścia.

Mosfety padły tylko dwa. Już je wymieniłem. Driver jak podaje napięcie na Vdd +12v i na masę to zaczyna się grzać. On ma dwa piny masowe i jeżeli dobrze wyczytałem w dtr to muszą być one złączone. Nie wiem czemu on się tak dziwnie zachowuje.
A można by było te dwa tranzystory BC wymienić na inne szybsze o większej mocy które z częstotliwością 15kHz i 10 mosfetami dały by sobie radę? Jeżeli tak to na jakie ?

Dlaczego chcesz dać tak duża ilość mosfetów ? Jaki tam będzie płynął prąd ? Lepiej jest sterować mniejszą ilościa gdyż pamietaj iż one nie są idealnymi elemntami i po załączeniu np 1 z 10 może brać na "klatę" większy prąd. Bezpieczniej jest zastosować np dwa mocniejsze Mosfety a jeśli już ma być super to dodaje się rezystory np 0,1R aby wyrównac prądy na nich. Ten driver widocznie był uszkodzony. Nie może się grzać. Tranzystory BC nie wiem jak sie zachowaja przy 15kHz jednak takie drivery pomagaja sterowac Mosfetami.

Jak silnik jest kluczowany na częstotliwości akustycznej, to jego uzwojenie musi piszczeć z częstotliwością kluczowania (a barwa dźwięku zmienia się zależnie od wypełnienia).

Moim zdaniem nie ma sensu zwiększać częstotliwości, bo zwykły silnik prądu stałego ma zazwyczaj zbyt dużą indukcyjność na to, aby kluczować go z częstotliwością większą do kilkuset herców do kilku klioherców. Przy większych częstotliwościach prąd może nie narastać do wartości zapewniającej właściwa pracę silnika i uzyskanie założonej charakterystyki regulacji. Skutek jest taki, że silnik ma bardzo mały moment i dostaje kopa, dopiero gdy wypełnienie osiągnie 100%.

Jest to silnik szeregowy na napięcie stałe 84V o mocy 6.5 kW i prądzie 105A ale podczas rozruchu nawet do 300A. Jaką częstotliwość w takim razie ustawić dla tego typu silnika?

W Twoim przypadku przy takich prądach:
1. Koniecznie Driver
2. Zamiast Mosfetów tranzystory IGBT (szybkie czasy załączenia/wyłączenia)
3. Rezystory wyrównujące prądy na nich
4. Sprawdzić przepięcia
5. Zadbać o dobre chłodzenie

Po złożeniu układu sprawdzić jak wygląda kluczowanie na oscyloskopie. 12V może okazać się niewystarczające. Czy wydajność prądowa zasilacza jest poprawna. Przy większych częstotliwościach wydziela się więcej ciepła gdyż przełączanie tranzystorów nie jest idealne jednak mamy większy komort pracy. Nie wiem jaki jest dzwięk przy tych kilkuset Hz ale raczej sam bym dążył do większej częstotliwości. Na wyjściu można postarać się o filtr z dławika, a czym wyższa częstotliwość tym będzie mniejszy.

Podsumowując 100A wygląda o wiele poważniej od 1A tym bardziej że jest to kilka kW

W sterownikach znanych marek typu Curtis lub Alltrax które są stworzone do sterowania tego typu silnikami wykorzystane są tranzystory mosfet typu IRF w ilości od 20 do 35 połączone równolegle i wyposażone oczywiście w rezystory na bramkach. Ja kupiłem 14 tranzystorów mosfet o lepszych parametrach niż IRF-y i o bardzo małym parametrze Rdson. Myślę że takie rozwiązanie nie jest wcale gorsze niż IGBT. Przy częstotliwości kluczowania ustawionej na 100Hz wszystko pracowało pięknie i mosfety były zimne nawet podczas obciążenia a problem powstał przy zmianie częstotliwości na 15kHz. Sam układ sterujący jest w miarę prosty i do moich potrzeb w sam raz. W gokarcie nigdy nie będę potrzebował tych 6,5KW mocy - no chyba że przy ruszaniu a tak podczas normalnej jazdy prąd pobierany oscyluje w okolicach 50A. Zasilenie układu sterującego realizowane jest z akumulatora żelowego 12V 20Ah więc myślę że wydajność prądowa też jest ok. Jako zabezpieczenie układu sterującego wykorzystałem bezpiecznik samochodowy o wydajności 10A.
Dzisiaj zamontuje driver 4420 i zobaczę jak on będzie się sprawował. Równolegle do zacisków silnika włączone są trzy diody połączone równolegle o symbolu By500. Równolegle do zestawu akumulatorów zasilających silnik włączone jest 20 kondensatorów elektrolitycznych połączonych równolegle 1000uF 200V które ładowane są podczas załączenia układu przez rezystor 5 omów 5W.

Jeżeli próba z użyciem drivera zawiedzie to chyba odpuszczę sobie budowę tego sterownika i zakupie oryginalny jakiejś markowej firmy.

Niby wszystko jest ok a jednak ta wysoka częstotliwość mnie przerasta...

Załączam link do schematu sterownika marki Curtis (poglądowo) - http://cafeelectric.com/curtis/curtisschematic.pdf

higlos wrote:

...po załączeniu np 1 z 10 może brać na "klatę" większy prąd ... jeśli już ma być super to dodaje się rezystory np 0,1R aby wyrównac prądy na nich

higlos wrote:

W Twoim przypadku przy takich prądach:
...
3. Rezystory wyrównujące prądy na nich

Ta zasada dotyczy tranzystorów bipolarnych. Mosfety mają inną charakterystykę temperaturową i ich prądy wyrównują się samoczynnie. Rezystory są zbędne.

Oczywiście, że rezystory "drenowe" są zbędne.
Podobnie jak mało sensowne jest użycie IGBT.
Jednak mosfety muszą byc dobrze zabezpieczone napięciowo od przepięć komutacyjnych i ew. pracy prądnicowej silnika.
Nie wiem skąd ta uparta chęć pracy sterownika PWM na częstotliwości akurat 16 kHz???
Z reguły stosowane są to setki Hz/pojedyncze kHz. Chyba , że ktoś proponował zrobić przetwornicę step down i zasilać silnik napięciem stałym (prawie) o regulowanej wartości???
Jednak wtedy potrzebny jest solidny dławik i bardzo wydajne drivery bramkowe.
Tylko czy to mas sens ekonomiczny i użytkowy?
Obecnie coraz częściej stosuje się silniki BLDC przez co mamy i większą sprawność i regulację prędkości. Niestety koszty.

jack63 wrote:

Oczywiście, że rezystory "drenowe" są zbędne.

Nie miało być "źródłowe"?

16kHz bo silnik nie wydaje z siebie pisków , a przynajmniej człowiek ich nie słyszy a poniżej tej wartości jest już niestety słyszalny pisk z uzwojenia (na marginesie - stojan i wirnik nawinięte są płaskownikiem miedzianym). Tak jak mówiłem przy 100Hz pracował pięknie ale czy poprawnie ? Czy jego charakterystyka pracy była poprawna ? Czy mógł uzyskać swoją moc lub moment obrotowy i czy ta mała częstotliwość mu nie zaszkodzi ? Generalnie ja mogę go i na 500Hz ustawić i wtedy moje tranzystory BC wyzwalające bramki w mosfetach będą działały pięknie tylko czy to nie zaszkodzi silnikowi ? Zbyt małą wiedzę posiadam w tym zakresie, dlatego pytam i proszę o pomoc i poradę.

landy13 wrote:

Nie miało być "źródłowe"?

Oczywiście! Mój błąd, ale tak lepiej mi brzmiało. Choć jest równie bezsensowne.

darkazar wrote:

16kHz bo silnik nie wydaje z siebie pisków , a przynajmniej człowiek ich nie słyszy a poniżej tej wartości jest już niestety słyszalny pisk z uzwojenia

Nie ma żadnej gwarancji, że przy jakiejś dużej częstotliwości uzwojenia i inne elementy silnika nie wpadną w rezonans o częstotliwości słyszalnej.
Nie kombinuj. Zejdź do typowego zakresu częstotliwości PWMów silników DC.
Zasada ogólna jest taka: im większe momenty bezwładności wirnika i reszty układu mechanicznego tym niższe częstotliwości PWM ale zawsze powinno się je dobierać indywidualnie do danej aplikacji.
Silnika nie uszkodzisz, ale sterownik może się "męczyć" prowadząc do mniejszych osiągów silnika i większego zużycia prądu aku. Utrata sprawności.
Podchodząc od innej strony. Magnetowody wirnika są z blach transformatorowych. Poczytaj sobie o stratach "w stali", które ostro rosną z częstotliwością.

Dziękuję wszystkim za cenne uwagi, układ na częstotliwości 1kHz działa poprawnie.