Jak ulepszyć sterownik do pompy podciśnienia sterowanej czujnikiem przez przekaźnik.

Pompa podciśnienia napędzana silnikiem DC 12V o mocy kilkunastu watów jest sterowana czujnikiem który zwiera styki po osiągnięciu docelowego podciśnienia. Odbywa się to za pomocą przekaźnika który wyłącza pompę po podaniu napięcia na cewkę.

Układ działa, ale silnik często jest uruchamiany i zatrzymywany w cyklach krótszych niż sekunda, gdyż podciśnienie jest wytwarzane w mało szczelnym układzie. Powoduje to szybkie zużywanie się styków przekaźnika.

O wiele lepszym rozwiązaniem było by regulować prędkość obrotową silnika. Przypuszczam, że sterownik stopniowo zwiększający obroty kiedy styki czujnika są rozwarte, a zmniejszający po ich zwarciu, powinien działać lepiej, utrzymując prędkość obrotową pompy na granicy zadziałania czujnika.

Zakładam, że powinny być dostępne na rynku gotowe moduły które można by zastosować w tym przypadku.

Proszę o podpowiedź, który z dostępnych modułów da się łatwo dostosować do takiego rozwiązania?

Cytat:

Przypuszczam, że sterownik stopniowo zwiększający obroty kiedy styki czujnika są rozwarte, a zmniejszający po ich zwarciu, powinien działać lepiej, utrzymując prędkość obrotową pompy na granicy zadziałania czujnika.

Tym sposobem jedynie zwiększysz wahania (pod)ciśnienia.
Jeśli oczekujesz bardziej stabilnej jego wartości, zamiast czujnika dwustanowego, ze stykiem zwarty/ rozwarty, powinieneś użyć czujnika analogowego, a jego sygnał podać na regulator obrotów silnika.
Jeśli natomiast problemem jest "jedynie" szybkie zużywanie styków przekaźnika, użyj półprzewodnikowego, tzw. SSR.

Po pierwsze, trzeba wiedzieć, czy i jak można regulować obroty tego silnika - to zależy od typu silnika.

Po drugie, przydałby się czujnik analogowy, a nie ze stykami. I wtedy regulator PID - ale podejrzewam, że tanich gotowców nie ma; jest biblioteka dla Arduino.

Napięcie 12V, moc kilkanaście W - to można przełączać tranzystorem i pozbyć się przekaźnika ze zużywającymi się stykami.

mam_pytanie napisał:

Cytat:

Przypuszczam, że sterownik stopniowo zwiększający obroty kiedy styki czujnika są rozwarte, a zmniejszający po ich zwarciu, powinien działać lepiej, utrzymując prędkość obrotową pompy na granicy zadziałania czujnika.

Tym sposobem jedynie zwiększysz wahania (pod)ciśnienia.
Jeśli oczekujesz bardziej stabilnej jego wartości, zamiast czujnika dwustanowego, ze stykiem zwarty/ rozwarty, powinieneś użyć czujnika analogowego, a jego sygnał podać na regulator obrotów silnika.
Jeśli natomiast problemem jest "jedynie" szybkie zużywanie styków przekaźnika, użyj półprzewodnikowego, tzw. SSR.

Stabilność wartości podciśnienia nie jest potrzebna. Chodzi o to aby je utrzymywać na wystarczającym poziomie. Pompa jest w stanie wytworzyć znacznie większe podciśnienie od oczekiwanego. Stan taki jest niepożądany.

Efekt można teoretycznie uzyskać za pomocą pneumatycznego regulatora podciśnienia, ale urządzenia te powodują ciągłą pracę pompy.

Jednym z problemów którego próbuję pozbyć się regulatorem obrotów jest silne nagrzewanie się silnika pompy.

_jta_ napisał:

Po pierwsze, trzeba wiedzieć, czy i jak można regulować obroty tego silnika - to zależy od typu silnika.

Po drugie, przydałby się czujnik analogowy, a nie ze stykami. I wtedy regulator PID - ale podejrzewam, że tanich gotowców nie ma; jest biblioteka dla Arduino.

Napięcie 12V, moc kilkanaście W - to można przełączać tranzystorem i pozbyć się przekaźnika ze zużywającymi się stykami.

Wszystkie pompy o różnych mocach z jakimi eksperymentowałem były zasilane silnikami szczotkowymi DC o napięciu 12V.

Czujniki analogowe są relatywnie drogie. Kilkakrotnie tańsze są proste czujniki przeznaczone dla konkretnej wartości podciśnienia.

Z wstępnego przeglądu sterowników do układów cyfrowych wynika, że są dostępne moduły sterujące silnikami w cenie od kilkunastu złotych w górę. Problem w tym, że jest ich dużo. Pozostaje jeszcze przystosowanie ich do moich potrzeb.

Pomysł pierwszy to ładowanie kondensatora przez rezystor połączony z czujnikiem, i sterowanie napięciem na kondensatorze regulatorem obrotów.

Pomysł drugi to wykorzystanie regulatora przyspieszającego i zwalniającego w zależności od stanu logicznego.

Ja bym dał zbiornik podciśnienia dla stablizacji oraz wydłużenia działania pompy a także okresów między załączeniami. Wtedy można przeregulować włącznik/czujnik na węższy zakres.

Zbiornik podciśnienia to problem i ryzyko. Powinien mieć dużą pojemność i przy tym dużą wytrzymałość. Jego implozja może być potencjalnie niebezpieczna. Duża pojemność to problem ze zmieszczeniem pomiędzy czujnikiem i pompą. Pompa jest w stanie uzyskać podciśnienie o wartości -0,6 atmosfery. Do moich celów wystarczy -0,2, ale wytrzymałość musi uwzględniać awarię układu sterowania pompy. Teoretycznie szklana butelka wydaje się być wystarczająco wytrzymała i powinna dodatkowo zapewnić tłumienie wibracji tłoka pompy. Nie wiem tylko czy pojemność rzędu 0,3-0,5l będzie wystarczająca by znacząco wpłynąć na efektywność układu. Większe pojemności będą raczej zbyt kłopotliwe ze względu na wymiary.

Jest to pomysł do rozważenia i potencjalnie eksperymentu.

Podciśnienie max jakie można uzyskać to zero ciśnienia próżnia a więc ciśnienie atmosferyczne na minusie. Realnie około -1 bar. Słoik takie ciśnienia znosi bez problemu. A co do analogowych czujników podciśnienia Na złomie można dorwać coś co się nazywa MAP sensor. Jest to analogowy czujnik podciśnienia z wyjściem analogowym 0,5 do 4,5 V zasilany z 5V. Koszt nowych najtańszych to okolice 40 zł na allegro.

Układ uszczelnić tak by silnik nie pracował cały czas. A do tego dać bufor. Za grosze masz stare gaśnice na złomie. Jak również na szrocie można kupić zbiorniki samochodowe. Nie są za duże ale zawsze można dać parę.

W Vag-ach z 1.9 tdi pd był taki. Czarny okrągły służył jako bufor podciśnienia.

Element w czerwonym kółku. Na szocie do dostania za grosze.

forsoft napisał:

Stabilność wartości podciśnienia nie jest potrzebna. Chodzi o to aby je utrzymywać na wystarczającym poziomie.(...)

Wszystkie pompy o różnych mocach z jakimi eksperymentowałem były zasilane silnikami szczotkowymi DC o napięciu 12V.

Czujniki analogowe są relatywnie drogie. Kilkakrotnie tańsze są proste czujniki przeznaczone dla konkretnej wartości podciśnienia.

Skoro tak, to Arduino + tranzystor sterowany PWM (z diodą równoległą do silnika) - tym regulujesz obroty, z silnikiem szczotkowym DC powinno to działać; Arduino ma dostawać sygnał z czujnika i tylko trzeba wykombinować algorytm oceniania na podstawie sygnału z czujnika, jak trzeba dobrać wypełnienie PWM, aby uzyskać potrzebne podciśnienie. Można robić "pomiar" podciśnienia wyłączając pompę i mierząc czas do sygnału, że jest za małe - jeśli ten czas jest długi, to zmniejszyć wypełnienie; jeśli jest stały sygnał zbyt małego podciśnienia - zwiększyć. Tylko do tego przydałoby się znaleźć algorytm dający szybką zbieżność do optymalnej wartości wypełnienia.

Zapewne dałoby się to zrobić i bez Arduino - ale prawdopodobnie będzie to bardziej skomplikowane, łatwiej poprawiać program, jak lutować.

Przykładowy algorytm (trzeba określić pewien czas T); na początku, jeśli podciśnienie jest za małe włączamy pompę na pełne obroty i czekamy, aż czujnik zasygnalizuje wystarczające podciśnienie; wyłączamy pompę, czekamy na sygnał, że podciśnienie jest za niskie; włączamy pompę na czas T, na jego końcu sprawdzamy podciśnienie - jeśli wciąż jest za niskie, zwiększamy obroty i odmierzamy kolejny czas T; gdy ciśnienie jest wystarczające, wyłączamy pompę i mierzymy czas, po którym ciśnienie stanie się zbyt niskie; jeśli jest on większy od np. T/4, to nieco zmniejszamy obroty, jeśli jest mniejszy od T/10, to nieco je zwiększamy; znów włączamy pompę na czas T, po jego upływie sprawdzamy, czy podciśnienie jest wystarczające... i tak w kółko. Można na podstawie pomiaru czasu określać, o ile zwiększać/zmniejszać obroty - dążąc do trafienia w takie obroty, żeby pompa pracowała przez czas T, a po jej wyłączeniu po czasie około T/5 czujnik pokazywał zbyt niskie podciśnienie.

A można jeszcze nieco inaczej, wykorzystując dodatkową informację: mierzyć prąd pompy - im większe podciśnienie, tym większy prąd pompa pobiera.

Regulatorem obrotów wydłużysz czas pracy silnika. Czas przerw natomiast, zależy od szczelności układu, więc szybkości wzrostu ciśnienia po wyłączeniu nie zmienisz.
Startów, które najbardziej grzeją silnik i zapewne całą pompę, będzie mniej, jednak wciąż będą.
Co więcej, spowalniana łagodnie pompa, tracąc wydajność, skróci przerwy, a nawet może wywołać ponowne zadziałanie styku jeszcze przed zatrzymaniem silnika.
Skoro przerwy, niezależnie od tego, jak często będą następować, i tak potrwają ułamek sekundy, nie jest zasadnym pozbyć się ich całkowicie?

Można dobierać dwa współczynniki wypełnienia PWM, dające dwie różne szybkości pompowania: jedną taką, która doprowadza do różnicy ciśnień większej od wymaganej, drugą taką, która nie utrzymuje wymaganej różnicy ciśnień - i na zmianę stosować te dwa tak, by utrzymywać wymaganą różnicę ciśnień (przełączać na większy, gdy różnica ciśnień jest za mała, a na mniejszy, gdy przez odpowiedni czas była i nadal jest za duża). Powiedzmy, dążyć do tego, by różnica tych PWM była około 10%.

Jak chcesz solidny zbiornik to z jakiegoś diesla, tam ciśnienie dochodzi nawet do 0,2 absolutnego. Największe jakie widziałem miały VW LT/Crafter, Mercedes Sprinter. Jak chcesz solidną pompę vacuum to sporo nowszych doładowanych benzyniaków takie ma, tylko to już pobór prądu znacznie większy. Zmniejszanie obrotów silnika raczej nie wpłynie pozytywnie na jego sprawność więc i grzać się może jeszcze bardziej.