Управление DC мотором с помощью симистора, Защита схемы при пробое симистора Опции

[KSN]

Приветствую. Вот есть такой фрагмент схемы управления мотором разработанный китайскими разработчиками. MOC3023 коммутируется при переходе через "0" . Тип мотора - неизвестно, сделано в Китае. Измерил ток в рабочем состоянии 0.3А, при пуске 0.7А. Неприятность ситуации: в какой-то момент умирает симистор, мотор медленно вращается, останавливается и затем окружающий его пластик плавится/загорается. Вопросы:
1. Какие меры защиты предпринять, чтобы избежать подобного?
2. Из каких соображений рассчитывается номинал R4? В application note по симисторам не нашел вразумительного ответа, везде есть рекомендации 100-500 Ом.
3. Хотелось бы понять причину пробоя симистора.
 Example.PDF ( 74.23 килобайт ) Кол-во скачиваний: 725

[тавр]

Приветствую. Вот есть такой фрагмент схемы управления мотором разработанный китайскими разработчиками. MOC3023 коммутируется при переходе через "0" . Тип мотора - неизвестно, сделано в Китае. Измерил ток в рабочем состоянии 0.3А, при пуске 0.7А. Неприятность ситуации: в какой-то момент умирает симистор, мотор медленно вращается, останавливается и затем окружающий его пластик плавится/загорается. Вопросы:
1. Какие меры защиты предпринять, чтобы избежать подобного?
2. Из каких соображений рассчитывается номинал R4? В application note по симисторам не нашел вразумительного ответа, везде есть рекомендации 100-500 Ом.
3. Хотелось бы понять причину пробоя симистора.
 Example.PDF ( 74.23 килобайт ) Кол-во скачиваний: 725

Если симистор пробит двигатель должен вращаться на максимальных оборотах, а у Вас останавливается. Копайте в этом направлении. Что-то не так у Вас собрано. Проверьте выпрямитель.

[kovigor]

3. Хотелось бы понять причину пробоя симистора.

Снаббер правильно посчитан ? Пример: я недавно разбирал регулируемый выключатель, рассчитанный на 800 - Ваттную индуктивную нагрузку (на самом деле - от 100 до 800 Ватт). Так там снаббер состоял из резистора на 220 Ом и конденсатора на 0.33 мкФ. На типовой схеме включения MOC3063 нарисовано 39 Ом и 0.01 мкФ.У вас что-то подозрительно слабенький снаббер.
А моторчик у вас, похоже, коллекторный, вроде тех, что стоят в электроинструменте.
Да, с советом проверить выпрямитель полностью согласен. Вот только едва ли неисправность выпрямителя первична ...

[KSN]

Это фрагмент силовой части платы, которая устанавливается в китайских кофе-машинах. Изделий порядка 300-400 плат/месяц. Раньше проблем не было, теперь вдруг появились. Рябата просили помочь разобраться в чем дело, вот вникаю. По номиналам и типам компонентов отличий никаких (старые и новые партии плат). Параметры двигателя: R~14 Ом, L~ 2 mH (разобрал один экземпляр). Диоды в мосту - целые.
На одной из плат при подаче питания сразу включается мотор, но не на полные обороты. Посмотрел осциллографом: симистор но одной из полуволн открывается (но не полная полуволна). Снизил номинал R4 до 560 Ом - стал работать штатно.
Другой экземляр: неисправен симистор, часть полуволны пропускает - мотор вращается, потом мотор остановился/заклинило и мотор стал дымить, пластик плавится. В результате КЗ обмоток на корпус мотора.
Изначально были подозрения, что что-то не так со снабберной цепью, буду плотно изучать application note (раньше с симисторами не работал) по расчету цепей. Если у кого есть опыт, научите как бысто посчитать. Насколько важна снабберная цепочка для оптосимистора? И остается актуальным вопрос: какие еще схемотехнические меры предпринять во избежание возгорания/пожара?
Также ребята отметили, что тестировали их у себя (по несколько сотен вкл/выкл мотора) - все работает. Поставили клиенту - после 100-150 чашек кофе - мотор или не включается или не выключается и в этом случае - дым. Проверил управляющий сигнал на MOC3023: после "0" с задержкой 2-2.5мс подается импульс длительностью 3мс. Ток через оптосимистор в этом случае не превышает предельного значения (по даташиту).

[Plain]

Похоже на то, что двигатели стали мотать проводом с тоньше и хуже изоляцией, т.е. брак вполне может стать не временным, а постоянным.

[KSN]

Похоже на то, что двигатели стали мотать проводом с тоньше и хуже изоляцией, т.е. брак вполне может стать не временным, а постоянным.

Я тоже обращал на это внимание. Но так разобрать/сравнить старого образца мотора нет, то как говорится и вопросов нет. На запрос китайцам предоставить тех. информацию по моторам один ответ: ничего не менялось, все старое, у нас ничего нет... Наши ребята озаботились этим и сейчас ищут альтернативу этим моторам.

[kovigor]

И остается актуальным вопрос: какие еще схемотехнические меры предпринять во избежание возгорания/пожара?

Что предпринять ? Биметаллическая пластинка или термопредохранитель, смонтированные в той части установки, которая аварийно греется. Или защита по току двигателя.
P.S. Вы партии движков сравните, с проблемных и нормальных машин. Возможно, дело в их качестве. Но со снаббером разобраться все равно необходимо. Как минимум, самопроизвольное открывание симистора в момент включения вилки в розетку - на совести снаббера. Кстати, в снаббер вы ставите конденсатор какого типа ?

[KSN]

Что предпринять ? Биметаллическая пластинка или термопредохранитель, смонтированные в той части установки, которая аварийно греется. Или защита по току двигателя.

Подумываю о защите по току, причем радикально: поставить мощное реле на все нагрузки по ~220V (там еще и клапан есть, нагреватель). Установить траснформатор тока, сигнал на него завести на MCU и по его сигналу не включать/выключать реле. Минусы решения: дороговато, непредвиденное зависание MCU.
Конденсаторы "правильные" -  25_MPF.pdf ( 131.31 килобайт ) Кол-во скачиваний: 298

[Oxygen Power]

Уберите R4.

[wim]

Подумываю о защите по току

Это борьба с симптомами. ПМСМ надо на нескольких новых экземплярах заменить китайский симистор на ТС106-10 и сравнить результат.

[Guest_TSerg_*]

Стоит почитать здесь и обратить внимание на трех-квадрантные триаки:

http://kit-e.ru/articles/shield/2002_9_26.php
http://www.compitech.ru/html.cgi/arhiv/02_07/stat_28.htm

[KSN]

http://kit-e.ru/articles/shield/2002_9_26.php
http://www.compitech.ru/html.cgi/arhiv/02_07/stat_28.htm

Спасибо за ссылки. Интересная информация

[Plain]

Может и так, но мотор-то может задымить только от пробоя изоляции. Может поможет гасящая цепь параллельно непосредственно ему, но гарантий никаких.

[Guest_TSerg_*]

Измерил ток в рабочем состоянии 0.3А, при пуске 0.7А.
Параметры двигателя: R~14 Ом, L~ 2 mH (разобрал один экземпляр).

Вот это как-то не стыкуется.
Если питание от 220 В, то при пуске на полную (по разным причинам, в т.ч. из-за самооткрытия),
пусковой ток будет примерно 20 А.
Интеграл будет определяться эл.мех. постоянной времени и она явно будет больше
20 мс, что допускает ваш симистор.

Может и так, но мотор-то может задымить только от пробоя изоляции.

Могут быть взаимосвязанные вещи: двигатель стал не на 220/при пусковом броске что-то выгорает/коротит, симистор умирает и на движок идет вся напруга и т.п.
А вообще - надо тестировать движок, потом смотреть на тиристор.

Сообщение отредактировал Herz - Dec 30 2013, 14:04

Причина редактирования: Оформление цитаты

[тавр]

Вот это как-то не стыкуется.
Если питание от 220 В, то при пуске на полную (по разным причинам, в т.ч. из-за самооткрытия),
пусковой ток будет примерно 20 А.
Интеграл будет определяться эл.мех. постоянной времени и она явно будет больше
20 мс, что допускает ваш симистор.




Могут быть взаимосвязанные вещи: двигатель стал не на 220/при пусковом броске что-то выгорает/коротит, симистор умирает и на движок идет вся напруга и т.п.
А вообще - надо тестировать движок, потом смотреть на тиристор.

Для ограничения пускового тока в схеме стоит термистор RT1, но действует он только пока холодный, т.е. в момент пуска. Далее, мне кажется, проблема в двигателе. Если он тормозит ток растет, симистор дохнет, двигатель горит.
Может быть у Вас, вообще, дело в механике? Заклиненный двигатель, как и симистор, просто обязаны сгореть, если нет защиты.

Сообщение отредактировал тавр - Dec 30 2013, 15:04

[KSN]

По мотору: узел механики перебирали (несколько узлов) - ничего криминального не нашли. TSerg: каким образом можно протестировать мотор (какие эксперименты сделать)? Беда в том, что моторов старого образца не осталось, только из новой партии, так что сравнивать не с чем. Поставщик моторов на контакт не идет, никакой информации по моторам не дает. Замена мотору ищется, но не все так просто.
Сейчас заказал 3Q триаки: серии BTA204, BTA208, T435. Хочу их установить вместо BTB04-600SL. Для защиты симисторов поставить варисторы, и рассчитать/подобрать снабберы под каждую нагрузку. В продолжение темы вопрос следующий- в изделии всего 4 нагрузки по ~220В, которые управляются через симисторы:
1. Нагреватель P=1400Вт
2. Мотор I~0.5А
3. Клапан I~0.4А
4. Помпа P=48 Вт
Планирую поставить датчик тока в нагрузке/ах, чтобы в случае самопроизвольного открывания симистора, либо его выхода из строя отключать подачу ~220В. Решение должно быть бюджетным (не более 3-3.5$),
простым и достаточно надежным. Варианты:
1. Токовый трансформатор (Talem-3$) + ОУ (0.5$), далее сигнал на МСU. Сложность в доступности ТТ, самим наматывать - не вариант. Может есть доступные ТТ о которых я не знаю?
2. Активный датчик ACS712-05(1.8$) + ОУ (0.5$). Вроде хороший вариант, но что будет, если ток будет больше 5А на которые рассчитан ACS712-05, не повредит ли это микросхему?
3. Несколько шунтов + доп. MCU. С нагрузками 2,3, 4 вроде как еще проходит, а вот для 1 ставить шунт - это не дело. Как обойти?
Еще варианты? Главное отслеживать факт наличия тока в нагрузке, точно измерять - нет необходимости. Также хотелось бы услышать отзывы по вышеперечисленным вариантам (плюсы/минусы).

[OWEN]

Изделий порядка 300-400 плат/месяц. Раньше проблем не было, теперь вдруг появились.

И что, на всех платах проблема появилась?

Подумываю о защите по току, причем радикально: поставить мощное реле ..........

Оно Вам надо? жили же без этого раньше

Мне кажется что причина кроется в перегреве эл.двигателя из-за пониженного напряжения питания последнего (нагрузка на валу постоянная, ток вырастет)

Я бы проверил вот что:
1. величину напряжения на моторе стрелочным прибором в штатном режиме, и сравнил его с сетевым (за минусом падения на диодном мосту, симисторе и термисторе).. Симистор обязательно должен пропускать обе полуволны сетевого... Если не включается полностью, или включается только одна полуволна,то причина может быть в низкой температуре окружающей среды...такое бывает...
2. падение напряжения на термисторе, по мере его разогрева

Как часто происходит пуск-стоп мотора? Если не давать выдержку времени для остывания термистора, пусковой ток при каждом новом пуске не будет ограничиваться...Температурная постоянная времени у этого термистора большая

Сообщение отредактировал OWEN - Jan 10 2014, 11:33

[KSN]

В том то и дело, что не на всех. 1 плата привела к пожару у клиента. Выборочно взял несколько плат, прошелся осциллографом - отклонений не нашел. Сделали тесты: включение/выключение мотора (под нагрузкой) на длительное время, затем повторили на кратковременное ( в общем счете по 100-150 циклов) - ни одного сбоя. Отправили клиенту, через некоторое время она вернулась, симптомы: симистор приоткрывается (по управляющей цепи сигнала нет), идет ток, мотор не проворачивается, обмотки нагреваются и начинается плавиться пластик вокру мотора... Симистор может приоткрываться после подачи сетевого напряжения на изделие, либо какое-то время работает нормально, но после нескольких циклов включения/выключения не закрывается полностью.
Мощное реле: самое интересное, что оно там установлено и служит для коммутации фазы/нейтрали для нагревателя, а оставшаяся цепь нагревателя уже коммутируется 8-и амперным симистором.
По п.1:
Изделие - это кофе-машина. Эксплуатация при комнатной температуре - вроде криминала не должно быть. Но спасибо за напоминание, т.к. подобные проблемы в этом изделии были, правда с механическими частями. При нашей температуре они быстро приходили в негодность. Китайцы это признали через 3 месяца наших жалоб - извините, не из того пластика отливали.
2 Сделаю измерения.
Интервалы управления мотором: продолжительность работы 7-15 секунд, минимальная пауза между включениями 60-90 секунд. Термистор после нескольких продолжительных циклов включения на ощупь разогревается до 35-40 градусов.

[Guest_TSerg_*]

Если есть управляющий MCU, то всякие там термисторы могут принести больше вред, чем пользу.
Кстати, пусковой ток превышает максимальный для указанного термистора. 5 < 7 [А]
И да, остывание термистора за 3 минуты, мозгу владельца кофе-машины не доступно для понимания.

[OWEN]

И да, остывание термистора за 3 минуты, мозгу владельца кофе-машины не доступно для понимания.

Что же тогда заработает владелец кофе-машины, если будет так долго ждать?
=======
Если исходить из того, что ранее замечаний по работе не было, то имеющаяся "бяка" связана с качеством комплектующих

1.

....симптомы: симистор приоткрывается (по управляющей цепи сигнала нет)...

Я так понимаю что "приоткрывается" это пропускание только одной полуволны сетевого...
Возможная причина- потеря или несоответствие класса по напряжению симистора оптрона или силового симистора, из-за чего они могут самопроизвольно открываться

2.

Симистор может приоткрываться после подачи сетевого напряжения на изделие, либо какое-то время работает нормально, но после нескольких циклов включения/выключения не закрывается полностью.

При подаче сетевого возникают всякие переходные процессы в питании, и помехи включают один из симисторов
Тут похоже на несоответствие класса симистора по dV/dt...а RC цепочка не справляется....Согласен, что номиналы снаббера как-то не очень.

3.

оставшаяся цепь нагревателя уже коммутируется 8-и амперным симистором

Не увидел я 8ми амперного на схеме...
Для проверки я бы поставил BTA08-600, у него dV/dt на порядок больше, да и снаббер встроенный есть

[KSN]

Если есть управляющий MCU, то всякие там термисторы могут принести больше вред, чем пользу.

Вы имеете в виду, что термистор не успеет остыть - восстановить первоначальное сопротивление, а значит при следующем включении бросок тока будет еще больше -> dI/dt будет больше по сравнению с предыдущими значениями. При многократных включениях симистор может просто выйти из строя по причине превышения допустимого значения dI/dt. Я правильно понял? Или вы что то другое имели в виду?

Не увидел я 8ми амперного на схеме...

Канал управления нагревателем я не показывал, т.к. с ним проблем нет. Ага, там параметры снабберной цепи другие: 200 Ом + 0.1мкФ

[Guest_TSerg_*]

Так не только я об этом говорил.

P.S.
Если посмотреть на схемы защиты всяких сильно-точных девайсов, то присутствуют, как минимум, две системы защиты: от КЗ (автомат) и тепловая ( тепловое/токовое реле), причем параметры выбираются по уму.
Вот что-то такое и надо приделать, хотя понятно, что это удорожает изделие.

При наличии MCU аналогом теплового реле может быть керамический резистор подходящего номинала/мощности и термодатчик для порогового или даже аналогового контроля за интегралом тока, либо т.н. термостат на заданную температуру с н.з. контактом на сеть.

Это помимо того, что все же надо разобраться с причиной выгорания.

[Guest_TSerg_*]

По двигателю:
- сделать замеры сопротивления якорной цепи, индуктивности якоря;
- ток трогания/остановки/холостого хода/номинальный;
- номинальный момент;
- момент инерции или сразу эл.мех.пост.времени по разгонной траектории;
- жесткость мех. хар-ки;
- обязательно проверить допустимость работы под полным напряжением (может моторчик вовсе не 220 В)
- проверить допустимую скважность работы ( цикл вкл-остывание - ПВ%)
- температурный режим при максимальном ПВ.

P.S.
Да, все эти замеры делать от нормального источника, хоть от того же ЛАТР-а.

[Abell]

Уберите R4.

и не услышали, а зря...
да и по даташиту схема как-то кошернее смотрится

[OWEN]

и не услышали, а зря...
да и по даташиту схема как-то кошернее смотрится

Не услышали и правильно....вот схема из другого даташита

Резистор имеет вполне конкретное назначение, можно попробовать уменьшить его номинал

[Abell]

Не услышали и правильно....вот схема из другого даташита

ага... а ничего, что оптопара другая?
давайте повспоминаем дружно, как симистор работает, может все-таки в этом дело

[OWEN]

ага... а ничего, что оптопара другая?

А какое это имеет значение? Чем принципиально их симисторы отличаются?

[Oxygen Power]

Какое падение напряжения на открытом симисторе и какой требуется ток управления?

Сообщение отредактировал Oxygen Power - Jan 11 2014, 19:48

[Abell]

KSN, если решать проблему радикально - убирать всю электронно-силовую дрянь, ставить обычное электромагнитное реле и термопредохранитель на мотор, как-то так. Безопасность, действительно, прежде всего