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

Rozruch silnika DC (MAGNESY TRWAŁE)

WoŹnY 26 Mar 2007 23:38 6231 15
  • #1 26 Mar 2007 23:38
    WoŹnY
    Poziom 28  

    Jak w temacie interesuje mnie rozruch takiego silnika. Zastosowanie to napęd elektryczny. Chciałbym uzyskać możliwie dużą dynamikę nie grzebiąc szybko silnika. Silnik to DC z trwałymi magnesami, komutator i szczotki wyglądają solidnie. Zbudowany mam mostek H z IRF3205 (110A ciągły) Silnki typowe dla hulajnog tj. MY1016 (250W 24V 14A). Narazie kontroluję prąd silnika, przy utrzymywaniu 23A (według dokumentacji max tortque point) dynamika jest niezadowalająca. Po podpięciu silnika na sztywno do AKKU rwie się jak szalony. Chciałbym się dowiedzieć czy przeciążanie go 400% prąd znamionowy mu zbytnio nie zaszkodzi? Acha np 25A pochłania gdy z PWMa podawane są zaledwie 4,5V więc moc takiego silnika (pomijając sprawność) to niecałe 120W, a w rzeczywistości pewnie poniżej 100W. Czy starać się kontrolować prąd, czy raczej moc? Prąd w sumie jest proporcjonalny do momentu. Poradźcie coś, bo pisze wsady do proca i nic zadowolającego mi nie wychodzi. Jak tym sterować?

    0 15
  • SEW Eurodrive
  • #2 27 Mar 2007 13:36
    dste5
    Poziom 16  

    Trzeba kontrolować siłę elektromotoryczną przeciwindukcji

    0
  • #3 27 Mar 2007 17:12
    WoŹnY
    Poziom 28  

    A bardziej elektrycznie? W jaki sposób realizowane jest to w wózkach akumulatorowych (nie mam na myśli melexa, lecz bardziej wyrafinowane pojazdy)?

    0
  • #4 27 Mar 2007 18:03
    kavma
    Poziom 21  

    Witam
    Dynamika startu silnika prądu stałego o budowie przedstawionej przez Ciebie w układzie napędowym obrabiarki (napęd osi) realizowana jest poprzez zmianę kąta nachylenia sygnału zadającego (zwykle analogowego),
    Zmieniając kat nachylenia na bardziej płaski - rozruch jest powolny, na bardziej stromy - rozruch staje się ostry.
    Istotną sprawą jest możliwość (szybkość) przełączenia samego elementu mocy regulatora.
    Przy zasilaniu z akumulatora (jeśli to źródło jest sztywne) odpada sterowanie zapewniające załączenie w maksymalnej wartości amplitudy, gdyż charakterystyka akumulatora jest prawie płaska.
    W celu zabezpieczenia silnika przed przeciążeniem proponowałbym dławik włączony w obwód twornika, a dla poprawy dynamiki sprawdzenie poprawności pracy mostka lub układu sterującego.
    Kontrola prądu wydaje się bardziej zasadna i zapewnia kontrolę nad samym silnikiem.
    Ale te 25 A przy 4,5 V PWMA to zły objaw pracy silnika lub mostka.
    Należałoby sprawdzić poprawność działania mostka w kontekście wyzwalania tranzystorów.
    Pozdrawiam

    0
  • #5 27 Mar 2007 18:46
    WoŹnY
    Poziom 28  

    Może dołożę więcej szczegółów. Jest to napęd pojazdu, dokładnie napęd dwusilnikowy. Pojazd wraz z kierowcą waży ~120kg Do napędu użyte sa dwa silniki po 250W każdy (DC synchroniczne, komutacja mechaniczna - nie ma uzwojenia wzbudzenia). Przekładnia 11/65. Gdy pojazd ma ruszyć jest to bardzo powolne, gdyż prąd ograniczany jest do wartości 23A i czas do uzyskania obr znamionowych jest długi. Gdy natomiast podepnę silniki na sztywno do akumulatorów (bez różnicy czy przez mostek H, czy też na kablach) rusza fajnie. Moje pytanie brzmi jak mocno mogę taki silnik przeciążyć przy ruszaniu? Może zrealizować zwykłego PWMa sterowanego z manetki, ale takie rozwiązanie umożliwi uszkodzenie silnika poprzez np. saparcie pojazdu o mur i cała naprzód. Jak to ugryść?

    Acha co do 25A przy 4,5V to nie zły objaw pracy mostka, lecz mała wartość impedancji silnika próba rozruchu przy momencie obciążającym.

    O co chodzi z ta siłą elektromotoryczną przeciw indukcji? Po prostu kontrola napięcia zasilającego silnik?

    Wpadłem na pomysł aby przy rozruchu ograniczyć wypełnienie do 50% (regulowane wychyleniem manetki) tak powiedzmy przez 5sek a potem już kontrola prądu. Pozwoli to z miejsca w miarę ruszyć, a potem zabezpieczy silnik przed przeciążeniem długotrwałym. Jutro napiszę wsad i spróbuję. Macie jakieś inne pomysły.

    0
  • SEW Eurodrive
  • #6 27 Mar 2007 20:42
    kavma
    Poziom 21  

    Tak jak pisałem wcześniej w układach napędowych obrabiarek, w których stosowane są silniki o takiej konstrukcji i mocy, stosuje się ograniczniki prądów dynamicznych ale i także kontrolę prądów roboczych.
    W okresie rozruchu i hamowania silnika układ kontroli prądu roboczego jest bocznikowany w czasie potrzebnym na dojście do obrotów nominalnych. Czas ten związany jest z charakterystyką danego silnika oraz napędu. Ze względu na potrzebę szybkich startów w obrabiarkach, ten czas to rząd wielkości do 500 ms i mniej. Po tym okresie zaczyna działać kontrola prądów roboczych.
    Co do przeciążeń silników, to z mojego doświadczenia wynika, że bez przeszkód dla silnika można założyć przeciążenie 400% w czasie do 1 sek. W zastosowaniu, o którym piszesz i nieprzewidywalności obsługującego, 5 sek to sporo by silnik doszedł do obrotów nominalnych.
    Swoja drogą to jak zamierzasz zrealizować sprzężenie zwrotne w funkcji prędkości silnika, położenia manetki i zmieniającego się obciążenia? Czy przewidujesz takie rozwiązanie?

    0
  • #7 27 Mar 2007 22:17
    WoŹnY
    Poziom 28  

    Dzięki za odpowiedź. Sprzężenie zwrotne o które pytasz chcę zrealizować tylko o pomiar prądu roboczego. Wychylenie manetki będzie proporcjonalne do momentu napędowego. A dokładniej rzecz biorąc będzie regulowana wartość ograniczenia prądowego. Problem pojawia się tylko podczas ruszania z miejsca. Narazie potestuję z tymi 5 sek i zobaczę efekty. Sam już nie wiem, wszelkie pomysły mile widziane.

    0
  • #8 28 Mar 2007 13:57
    dste5
    Poziom 16  

    W wózkach akumulatorowych są stosowane silniki szeregowe o mocy kilku kilowatów. Regulacja prędkości odbywa się najpierw przez ograniczenie prądu a później przez odwzbudzanie, to jest przez bocznikowanie uzwojenia wzbudzenia. Mozna to robić na różne sposoby - od zwykłych rezystorów nastawnych (opornic drutowych) poprzez regulatory tyrystorowe az do zaawansowanych systemów mikroprocesorowych (DSP). Obecnie często stosuje się do napędu wózków silniki trójfazowe indukcyjne i falowniki.
    Siła elektromotoryczna przeciwindukcji jest to napięcie, które występuje na będącym w ruchu silniku w momencie kiedy przestaje byc zasilany (praca prądnicowa). Jeżeli silnik wzbudzany magnesami trwałymi jest zasilany poprzez modulator współczynnika wypełnienia impulsów (PWM), to w momencie, kiedy tranzystor kluczujący przestaje przewodzić, silnik kręci się dalej a na jego uzwojeniu pojawia się siła elektromotoryczna przeciwindukcji. Napięcie to zanika tym szybciej im bardziej obciążony jest silnik. Mierząc je po pewnym stałym czasie uzyskuje się różną wartość w zależności od obciążenia, czyli informację o obciążeniu. Sygnał ten zapamiętuje się i wprowadza do petli sprzężenia zwrotnego wpływając w ten sposób na współczynnik wypełnienia napięcia zasilającego silnik (kompensacja sem). Dzieki temu uzyskuje się stałe obroty przy zmiennym obciążeniu, w całym zakresie regulacji czyli dobrą dynamikę (odpowiedź układu na zakłócenie momentu napędowego)

    1
  • #9 29 Mar 2007 23:11
    kavma
    Poziom 21  

    Witam
    Pomiar SEM przeciwindukcji to jeden ze sposobów sprzężenia zwrotnego. Innym, jest pomiar prędkości obrotowej silnika przez zastosowanie np. tachoprądnicy.
    Połączenie tych dwóch sposobów zapewnia kontrolę nad stabilizacją prędkości i dynamiką w całym zakresie prędkości obrotowych, oraz kontrolę prądu.
    Wracając do tematu.
    Miałem kiedyś do czynienia z wózkiem akumulatorowym starszego typu. Sterowanie startem odbywało sie w następujący sposób:
    1. po naciśnięciu pedału "gazu" napędzany był wyłącznik segmentowy, który załączał kolejne stopnie rozruchu silnika.
    2. Stopni było chyba 5
    3. Przejście do stopnia 5 poprzedzone musiało być załączeniem kolejnych segmentów, od 1 do 5
    3. Naciśniecie gwałtowne pedału powodowało taki sam efekt.
    Powodowało to w miarę płynne ruszanie wózka.
    Może wartym rozważenia byłoby zastosowanie np. generatora schodkowego w układzie formowania impulsów PWM mostka.

    0
  • #10 02 Kwi 2007 20:11
    _jta_
    Specjalista elektronik

    Może - skoro sterowanie jest na procesorze - policzyć jaki prąd płynie przez silnik, i o ile uzwojenia
    powinny się nagrzać - jak z obliczeń wyjdzie, że już są mocno ciepłe, to zacząć ograniczać prąd.

    I niezależnie od tego włączać (zwiększać szerokość impulsów PWM) płynnie - przed przegrzaniem
    uzwojeń zabezpieczy wyliczanie, o ile się nagrzały, ale lepiej uniknąć ruszania z uderzeniem, bo
    to może grozić mechanicznym uszkodzeniem, np. łożysk w silniku, przekładni... chyba najlepiej
    dać najpierw niewielki prąd - taki, żeby silnik od niego trochę ruszał przy braku obciążenia - by
    w ten sposób "wybrać luzy" łożysk i przekładni, i dopiero potem ruszać dużą mocą.

    0
  • #11 17 Kwi 2007 23:22
    WoŹnY
    Poziom 28  

    Ostatnimi czasy prowadziłem testy drogowe mojego napędu. Choć dynamika nie powala, ograniczenie prądowe jakie zrealizowałem w zupełności wystarcza. Ruszam ze stałym momentem (maksymalnym dla mojego silnika, który jest proporcjonalny do prądu), następnie wchodze w strefę stałej mocy. Po wielu startach jeden po drugim silnik, a przede wszystkim komutator nie wykazują jakiegokolwiek nagrzania. Myślę nawet o jeszcze większym przeciążeniu silnika, ale najpierw wkleję w okolice szczotek sondy do pomiaru ich temp. wtedy metodą prób i błędów ustalę totalny maks. Oczywiscie narastanie prądu jest płynne od zera.

    Kolega dste5 podaje przepis na regulację silnika w I i II strefie regulacji, co w przypadku silnika z magnesami trwałymi prowadzi do zwiększonych strat energetycznych, związanych z poborem prądu na "odwzbudzenie" magnesów.

    Kolega kavma natomiast podaje przepis na sterowanie silnika stałym momentem do pewnej prędkości, a potem ze stałą mocą, co chyba jest trafniejsze w przypadków synchronicznych silników ze wzbudzeniem magnesami trwałymi.

    Jednakże wszystkim za pomoc SERDECZNIE DZIĘKUJĘ

    0
  • #12 23 Kwi 2007 20:14
    _jta_
    Specjalista elektronik

    Policzyłem optymalizację napędzania wózka ze względu na nagrzewanie się silnika, i wyszedł mi
    dość prosty przepis: prąd w czasie rozpędzania powinien być dwukrotnie większy, niż jest potrzebny
    do jazdy ze stałą szybkością. Przyjęte założenia: straty w silniku są proporcjonalne do kwadratu
    prądu, siła napędzająca do prądu, opory ruchu są niezależne od szybkości jazdy, minimalizujemy
    ilość ciepła przypadającą na określony przyrost szybkości jazdy. W obliczeniu nie uwzględniłem
    tego, że silnik stygnie - pewnie można by przyjąć odrobinę mniejszy prąd. Użycie większego prądu
    da szybsze rozpędzenie się wózka, ale kosztem większego nagrzania silnika.

    Co do sterowania PWM, to o ile częstotliwość nie będzie mała, to ze względu na indukcyjność
    uzwojeń silnika nie można przerywać przepływu prądu przez silnik, a jedynie kluczować napięcie
    - na zmianę dawać pełne napięcie akumulatora i zero, z taką częstotliwością, żeby wahania prądu
    były wielokrotnie mniejsze od prądu pobieranego przez silnik. To niestety wyklucza możliwość
    bezpośredniego pomiaru siły elektromotorycznej (bo prąd płynie cały czas) - można ją jedynie
    obliczać mierząc średnie napięcie i prąd: SEM = U_średnie - I_pobierany * R_uzwojenia.

    0
  • #13 23 Kwi 2007 21:30
    harlejowiec
    Poziom 25  

    Czy masz przerwe między impulsami PWM uruchamiajacymi tranzystory w mostku na tej samej kolumnie? Narysuj schemat twojego ukladu.

    0
  • #14 23 Kwi 2007 22:50
    kavma
    Poziom 21  

    Witam
    Do _jta_
    Nie rozumiem stwierdzenia na temat sterowania PWM, a rzekomego braku możliwości pomiaru siły elektromotorycznej przeciwindukcji.
    Proszę wytłumacz co to znaczy:
    "... ze względu na indukcyjność
    uzwojeń silnika nie można przerywać przepływu prądu przez silnik, a jedynie kluczować napięcie
    - na zmianę dawać pełne napięcie akumulatora i zero, z taką częstotliwością, żeby wahania prądu
    były wielokrotnie mniejsze od prądu pobieranego przez silnik."
    To właśnie w czasie kluczowania, a ściślej, w czasie nie podawania napięcia akumulatora (zero) może odbyć się pomiar siły elektromotorycznej przeciwindukcji, której wartość można wykorzystać do realizacji sprzężenia zwrotnego. Prąd owszem płynie, ale jest oddawany przez indukcyjność uzwojeń silnika. Wartość tego prądu jest wprost proporcjonalna do prądu roboczego silnika i można go wykorzystać do kontroli prądu pobieranego przez silnik ze źródła.

    0
  • #15 24 Kwi 2007 12:27
    _jta_
    Specjalista elektronik

    Siłę elektromotoryczną pochodzącą od obracania się silnika możesz bezpośrednio zmierzyć tylko wtedy,
    gdy nie płynie prąd - bo kiedy płynie, to po pierwsze występuje spadek napięcia na oporności uzwojeń,
    przez które ten prąd płynie, po drugie zmiany jego wartości też wytwarzają siłę elektromotoryczną, która
    niewiele zależy od obracania się silnika - mierzysz sumę, i nie masz jak wyodrębnić jej składników.

    A jak przy kluczowaniu podajesz zero napięcia, to mierząc napięcie dostajesz właśnie to zero. ;)

    Prąd rośnie w czasie, gdy podaje się napięcie akumulatora, i maleje, kiedy podaje się zero - jeśli
    zmiany prądu nie są duże, to średni prąd w jednym i drugim odcinku czasu jest prawie taki sam -
    różnica jest proporcjonalna do kwadratu różnicy maksymalnego i minimalnego prądu.

    Można, utrzymując stałe wartości prądów, przy których włączamy i wyłączamy napięcie zasilające,
    mierzyć stosunek czasu włączenia do okresu - czyli współczynnik wypełnienia PWM - to będzie, po
    pomnożeniu przez napięcie zasilania, jakieś przybliżenie średniego napięcia podawanego na silnik.
    Jako średni prąd można przyjąć średnią między prądami włączania i wyłączania, pomnożyć to przez
    opór silnika, i odjąć od tego średniego napięcia - otrzymamy siłę elektromotoryczną. Ale niestety
    z pewnym błędem - oporność silnika zmienia się, bo nagrzewa się uzwojenie (i rośnie jego opór),
    i szczotki mają jakiś opór na styku, który zależy od tego, jak się zetkną z komutatorem.

    Można by rozważyć taki układ: tranzystor kluczujący i dioda - tak, jak w przetwornicy "buck" - kiedy
    tranzystor jest włączony, silnik dostaje napięcie akumulatora, kiedy wyłączony - ciągnie prąd z masy
    poprzez diodę; i przy wyłączeniu czekać, aż prąd zaniknie, mierzyć napięcie (wtedy to będzie czysta
    siła elektromotoryczna z silnika), i włączać tranzystor; to daje trójkątny przebieg prądu silnika, i moc
    strat około 4/3 tej, która by była przy stałej wartości, lub przy małych wahaniach prądu silnika.
    Problemem przy takiej metodzie może być "szarpanie", a przynajmniej większe wibracje silnika.
    Ale żeby to ocenić, trzeba by znać oporność i indukcyjność uzwojeń silnika.

    0
  • #16 24 Kwi 2007 17:09
    WoŹnY
    Poziom 28  

    Dzięki _jta_ za tak dokładną analizę. Doszedłem do podobnych wniosków oglądając oscylogramy i testując napęd.

    Co do mojego schematu to klasyczny układ H więc co tu rysować? Co do przerw między PWM, nie rozumiem o co dokładnie chodzi. Sterowanie to zwykłe PWM, a nie jakieś FM czy obydwa na raz. Sądząc po tym, że piszesz coś o kolumnie (półmostku) pewnie masz na myśli czas martwy przy nawrotach. To jest napęd pełnowymiarowy i nie ma w nim możliwości jechać z całą na przód a nastepnie wstecz ( całość waży 130kg więc nawet w jaki sposób). Narazie nie mam zabezpieczeń i wsteczny wrzucam jak już stoję w miejscu. Ale myślę o jakimś impulsatorze, aby nigdy się nie zapomnieć, bo szkoda energii na hamowanie przeciwprądem.

    0