logo elektroda
logo elektroda
X
logo elektroda
Adblock/uBlockOrigin/AdGuard mogą powodować znikanie niektórych postów z powodu nowej reguły.

Uniwersalny sterownik silników BLDC

ArturAVS 04 Maj 2023 18:43 3357 18
  • Uniwersalny sterownik silników BLDC
    Bezszczotkowe silniki prądu stałego są obecnie jednymi z najpopularniejszych rodzajów silników, ich trwałość jest porównywalna do typowych silników indukcyjnych gdzie jedynym elementem zużywającym się podczas pracy są łożyska. Ale co dokładnie znaczy skrót BLDC? Nazwa pochodzi z języka angielskiego i dokładnie oznacza Brush Less Direct Current Motor czyli właśnie bezszczotkowy silnik prądu stałego. Zasada działania przypomina silnik PMSM (silnik synchroniczny z magnesami stałymi) i w zasadzie jest jakby rozwinięciem takiego silnika. Często nazywany jest także, silnikiem prądu stałego z elektroniczną komutacją. Dlaczego komutacją? Dlatego iż w klasycznym silniku prądu stałego (szeregowym, bocznikowym oraz ich wariacjom a także takim z magnesami stałymi) to właśnie komutator we współpracy ze szczotkami zapewnia odpowiednio szybkie zmiany kierunku przepływającego prądu co skutkuje zmianą kierunku pola magnetycznego wytwarzanego przez wirnik i w efekcie otrzymujemy ruch wirowy. W silnikach PMSM jak i w indukcyjnych, wytworzenie wirującego pola magnetycznego stojana jest stosunkowo proste gdyż dysponujemy trójfazową siecią energetyczną. W przypadku zasilania prądem stałym wymagany jest odpowiedni sterownik. Tu też zależnie od specyfiki silnika wykorzystywane są czujniki Hall'a lub indukowana w uzwojeniach energia do ustalenia położenia wirnika względem stojana. Silniki z czujnikami Hall'a charakteryzują się większą kulturą pracy i stosowane są tam gdzie wymagany jest szeroki zakres zmian prędkości obrotowej np. napęd płyty w stacjach CD/DVD/BlueRay czy też pojazdy EV. Silniki bez tych czujników często są stosowane do napędu modeli czy też w zastosowaniach niewymagających dużej precyzji obrotów np. wentylatory.

    Tytułowy bohater trafił do mnie zupełnie przypadkowo, szwagier znalazł go w jednej z przesyłek ze znanego portalu i nie wiedząc co to, przyniósł do mnie :D. Ponieważ zbiegło się to w czasie z warsztatowymi porządkami gdzie znalazłem kilka różnych silników, to posłużył do ich testowego uruchomienia.

    Widok od strony Top

    Uniwersalny sterownik silników BLDC


    Widok od strony Bottom

    Uniwersalny sterownik silników BLDC


    Moduł występuje w kilku wersjach, m/n z radiatorem oraz z wejściami czujników Hall'a. Mój jest bez radiatora i nie wykorzystuje Hall'a. Podłączenie jest bardzo proste;

    Zasilanie/silnik;

    MA - faza U
    MB - faza V
    MC - faza W
    GND - masa (-)
    VCC - zasilanie (+)

    Sterowanie;

    5V - 5V, dla np. potencjometru
    Signal - wyjście impulsów prędkości
    Z/F - kierunek obrotów (lewo/prawo), sterowanie 0/5V
    VR - wejście napięciowe 0-5V sterujące prędkością obrotową, możliwe również sterowanie sygnałem PWM
    GND - masa


    Po krótkich poszukiwaniach znalazłem schemat całego modułu;

    Uniwersalny sterownik silników BLDC


    W moim przypadku, większość elementów jest markowana symbolami producenta poza LM317, LM339, oraz 78L05. Tranzystory mostka wyjściowego H mają oznaczenie JY09M, zaś drivery JY21L. Całość kontroluje JY01.


    Uniwersalny sterownik silników BLDC



    Uniwersalny sterownik silników BLDC



    Uniwersalny sterownik silników BLDC



    Uniwersalny sterownik silników BLDC


    Szczegółów odnośnie tranzystorów nie udało mi się ustalić. Najciekawszym jednak elementem jest sterownik JY01, najprawdopodobniej jest to mikrokontroler z autorskim firmware producenta.

    Uniwersalny sterownik silników BLDC

    Uniwersalny sterownik silników BLDC


    Uniwersalny sterownik silników BLDC


    Jak widać, producent przewidział układ do szerokiej gamy zastosowań. Jak wcześniej wspomniałem, podczas wiosennych porządków, znalazłem kilka silników BLDC. Część była z własnymi, łatwymi do uruchomienia kontrolerami a część bez takowych;

    Od lewej; silnik napędu płyty CD, napęd drukarki, napęd kserokopiarki

    Uniwersalny sterownik silników BLDC


    Oczywiście, w silnikach z kontrolerami, odłączyłem oryginalne sterowanie od uzwojeń, tak aby nie wpływało to na ich pracę. Podczas prób, zasilałem sterownik z zasilacza laboratoryjnego. Pobór prądu przy niepracującym silniku nie przekraczał 20mA dla 30V.

    Próba z silnikiem drukarki laserowej




    Na wyjściu prędkości występował poniższy przebieg o częstotliwości zmieniającej się wraz z obrotami;

    Uniwersalny sterownik silników BLDC



    Próba z silnikiem kserokopiarki wraz ze zmianą kierunku obrotów





    Na wyjściach fazowych występował przebieg zbliżony do SPWM;

    Uniwersalny sterownik silników BLDC


    Jest to pokazane w dokumentacji sterownika;

    Uniwersalny sterownik silników BLDC


    Sterownik jest bardzo prosty w uruchomieniu, w DS jest przykład sterowania silnika BLDC 230V. Może to pomóc w uruchomieniu silników od różnego nowoczesnego sprzętu AGD.

    Fajne? Ranking DIY
    O autorze
    ArturAVS
    Moderator
    Offline 
    Z wykształcenia technik RTV, z zamiłowania elektronik/elektrotechnik konstruktor.
    Specjalizuje się w: kf, audio, elektronika truck, nietypowe urządzenia
    ArturAVS napisał 23297 postów o ocenie 6553, pomógł 2099 razy. Mieszka w mieście Grajewo. Jest z nami od 2005 roku.
  • #2 20566750
    madamsz1
    Poziom 41  
    Na naszym portalu taniej :)
    Uniwersalny sterownik silników BLDC
    Ale wysyłka też z ChRL :)

    Dość ciekawy sterownik, kiedyś coś szukałem podobnego do silnika 150W, ale .... nie znalazłem i poszedł inny silnik, może teraz by to przerobił.
  • #3 20566779
    jvoytech
    Poziom 21  
    Ciekawi mnie w jaki sposób do tych tranzystorów w obudowie TO-220 przymocować radiator? Czy na PCB nie powinno być czasem otworu tak żeby przeszedł przez niego śrubokręt?
  • #4 20566851
    beatom
    Poziom 37  
    Montujesz tranzystory na radiatorze i do calosci lutujesz plytke.
    Tylko...nie mozna radiatorow tranzystorow ze soba laczyc i ten radiator nie za bardzo potrzebny jest...
  • #5 20566877
    TechEkspert
    Redaktor
    Rozruch od zera powoduje szarpnięcie, czy da się temu zaradzić czy problem eliminuje inny sterowniki np. z wejściami czujników hala?
  • #7 20567065
    Olkus
    Poziom 32  
    beatom napisał:
    Tylko...nie mozna radiatorow tranzystorow ze soba laczyc


    Daje się wszystkie na jeden radiator i przykręca przez podkładki i tulejki izolujące.

    Natomiast faktycznie płytka troszkę pod tym kątem nie przemyślana, trzeba odlutować tranzystory by móc umieścić je na radiatorze.

    Pozdrawiam,
    A.
  • #8 20567094
    chemik_16
    Poziom 26  
    Olkus napisał:
    beatom napisał:
    Tylko...nie mozna radiatorow tranzystorow ze soba laczyc


    Daje się wszystkie na jeden radiator i przykręca przez podkładki i tulejki izolujące.

    Natomiast faktycznie płytka troszkę pod tym kątem nie przemyślana, trzeba odlutować tranzystory by móc umieścić je na radiatorze.

    Pozdrawiam,
    A.


    No co wy, przeciez z zalozenia caly modul ma byc po prostu przykrecony do radiatora. Pomiedzy izolator np. Z termopada.
    Normalnie bylyby tam tranzystory w bga/smd, ale widac takie wyszly taniej.
  • #9 20567159
    ArturAVS
    Moderator
    TechEkspert napisał:
    Rozruch od zera powoduje szarpnięcie, czy da się temu zaradzić czy problem eliminuje inny sterowniki np. z wejściami czujników hala?

    Silniki z czujnikami Hall'a startują bardziej płynnie, związane jest to z tym iż sterownik od razu "wie" jakie jest położenie początkowe wirnika i jak sterować poszczególnymi fazami. Silniki bez tych czujników muszą być wprowadzone w ruch aby wyindukowana zwrotnie w uzwojeniach energia pozwalała wyliczyć położenie wirnika. Większość prostych regulatorów wykorzystuje taką metodę np. modelarskie. Co do radiatora, tranzystory są ułożone na płasko więc wystarczy odpowiedni termopad wraz z pastą i dociśnięcie całej płytki. Większość popularnych i tanich regulatorów modelarskich nie ma radiatora.
  • #11 20567391
    ArturAVS
    Moderator
    Też ciekawy. W sumie to przyszło mi na myśl wykorzystanie takiego sterownika jako zamiennika do sprężarek BD35 lub BD50 Danfossa. Są stosowane w fabrycznych chłodziarkach samochodowych i mają awaryjny fabryczny sterownik. Tylko tuż przed tym jak sterownik do mnie trafił wywiozłem na złom dwie takie sprężarki. W obu były zatarte silniki i odparowały sterowniki. Idzie sezon letni, więc być może trafi się jakaś chłodziarka do naprawy to sprawdzę.
  • #12 20567537
    Janusz_kk
    Poziom 38  
    elektryku5 napisał:
    Ostatnio też natknąłem się na ciekawy układ do sterowania PMSM IMC101 https://www.infineon.com/cms/en/product/power...-control-ics/imotion-integrated/imc101t-t038/ dokładając do tego trochę elementów oraz moduł IPM można uzyskać dość funkcjonalny falownik.

    Kupiłem, zrobiłem płytkę i poległem, nie udało mi się go uruchomić, oprogramowanie jest trochę pokopane i konfiguracja sie nie udała, a że nie miałem za bardzo czasu ani ochoty się doktoryzować to kupiłem chińczyka i wsadziłem tam gdzie to 'cudo' miało iść, więc nie polecam.
    Uniwersalny sterownik silników BLDC
    płytka nie jest do końca polutowana bo chciałem zobaczyć jak to działa no i nie działa, te dwa złącza szpilkowe to rs-y do programowania, jeden działał drugi nie, nie wiem dlaczego.
  • #13 20569801
    stasiekb100
    Poziom 28  
    Potrzebuje układ do wkrętarki Milwaukee. Dobrze by było żeby układ scalony zawierał przesuwnik napięć do sterowania górnych kluczy. Silnik ma trzy czujniki halla, jest też rezystor do pomiaru prądu. Sterowanie z potencjometru. Originalnie siedzi tam układ Texas Instrument robiony na specjalne zamówienie milwacke.
  • #14 20570148
    ArturAVS
    Moderator
    stasiekb100 napisał:
    Dobrze by było żeby układ scalony zawierał przesuwnik napięć do sterowania górnych kluczy.

    Chyba raczej takiego nie znajdziesz poza oryginałem.
  • #15 20570288
    gemiel
    Poziom 25  
    madamsz1 napisał:
    Na naszym portalu taniej :)
    Uniwersalny sterownik silników BLDC
    Ale wysyłka też z ChRL :)

    Dość ciekawy sterownik, kiedyś coś szukałem podobnego do silnika 150W, ale .... nie znalazłem i poszedł inny silnik, może teraz by to przerobił.


    Tylko nie sugerujcie się widoczną kwotą. Niestety na zrzucie ekranu nie widać kosztów wysyłki. A razem z wysyłką jest niewiele taniej bo 70,55 zł.
    Co nie zmienia faktu, że jest taniej :)
  • #16 20571754
    elektryku5
    Poziom 39  
    Janusz_kk napisał:
    nie udało mi się go uruchomić


    Trochę szkoda, bo ciekawie się to zapowiadało. Na tą chwilę trenowałem trochę generowanie trójfazowego PWM i nieźle do tego celu nadają się STM32, więcej zabawy z implementacją algorytmów sterowania, ale jak komuś wystarcza falownik skalarny, to w miarę łatwo to ogarnąć.

    stasiekb100 napisał:
    Potrzebuje układ do wkrętarki Milwaukee. Dobrze by było żeby układ scalony zawierał przesuwnik napięć do sterowania górnych kluczy. Silnik ma trzy czujniki halla, jest też rezystor do pomiaru prądu. Sterowanie z potencjometru. Originalnie siedzi tam układ Texas Instrument robiony na specjalne zamówienie milwacke.


    Pewnie by się dało coś wymodzić z użyciem ww. STM32, nawet są dedykowane rozwiązania pod BLDC.
    https://mikrokontroler.pl/2017/07/12/stpin32f...troler-jednoukladowy-sterownik-silnikow-bldc/
    Pozostaje programowanie...
  • #17 20571771
    ArturAVS
    Moderator
    elektryku5 napisał:
    Na tą chwilę trenowałem trochę generowanie trójfazowego PWM i nieźle do tego celu nadają się STM32

    Kilka lat temu budowałem taki SPWM 3f na Arduino UNO (Mega 328), z silnikiem BLDC od pralki Samsunga. Działało. Na podstawie projektu znalezionego w sieci. Zwykły silnik indukcyjny nie działał ale wynikało to właśnie z użycia BEMF do rozpoznawania pozycji wirnika. Pewnie po modyfikacji kodu dałoby się go ruszyć.
  • #18 20574934
    Adaś Niezgódka
    Poziom 13  
    Witam, te moduły to tylko do zabawek, i nie dawać więcej ponad 36V, lepiej i taniej wyjdzie jakikolwiek sterownik do silnika rowerowego bldc z Ali 350W koszt do 50 zł z wysyłką.

    Dodano po 17 [minuty]:

    Np. taki, 16,68 zł 33%OFF | 1pc nowy 36/48V rower elektryczny 350W bezszczotkowy sterownik silnika DC do elektrycznych akcesoriów rowerowych
    https://a.aliexpress.com/_mP7rBX6 pisze z doświadczenia że na tamto szkoda nerwów i pieniędzy.

    Dodano po 1 [godziny] 16 [minuty]:

    Aha, sterowniki rowerowe mają zabezpieczenie odcinające działanie w tym przypadku po niżej 30 V, żeby to wyłączyć trzeba zlokalizować dzielnik rezystorowy i ustalić napięcie dzielnika tak żeby nie odcinał. Zwykle są to rezystory blisko umieszczone do linii "on /off".
  • #19 20577323
    ArturAVS
    Moderator
    Znalazłem u kolegi taki kompresor Danfoss'a BD35F, nie chciał ruszyć na sprawnym oryginalnym sterowniku. Rozcięliśmy go i okazało się że magnesy ferrytowe na wirniku ledwo co gwoździa przyciągają. Tak jakby utraciły namagnesowanie. Na tytułowym z lekkimi problemami ale rusza;




    Nie rozpędzałem go za mocno, bo smarowanie ma rozbryzgowe i cały stół bym upaćkał. Drugi silnik od elektrycznego wspomagania kierownicy, ten już z czujnikami. Brak jednej części obudowy z łożyskiem a wirnik ma tak silne magnesy że nie udało się go wyjąć.

Podsumowanie tematu

Bezszczotkowe silniki prądu stałego (BLDC) zyskują na popularności ze względu na swoją trwałość i efektywność. Użytkownicy dyskutują o różnych aspektach sterowników do tych silników, w tym o montażu tranzystorów na radiatorach oraz o problemach z rozruchem. Silniki z czujnikami Hall'a oferują płynniejszy start, co jest korzystne w porównaniu do modeli bez tych czujników. Wspomniano również o zastosowaniach sterowników w sprężarkach Danfoss oraz o alternatywnych rozwiązaniach, takich jak układy do wkrętarek Milwaukee. Użytkownicy dzielą się doświadczeniami z różnymi sterownikami, w tym z chińskimi produktami, oraz omawiają kwestie programowania i konfiguracji.
Podsumowanie wygenerowane przez model językowy.
REKLAMA