Писк конденсатора, Как победить писк конденсатора Опции

[Sergio66]

Управляем электродвигателем (15 А) при помощи ШИМ (1000 Гц). После полевого транзистора (работающего в ключевом режиме) стоит емкость 2200 мкФ 25 В (при рабочем напряжении 12). Так вот эта емкость здорово пищит. Что можно придумать в данном случае?

[Stanislav]

А схемку приведите, плиз.

[Sergio66]

Вот схема выходного каскада

Эскизы прикрепленных изображений

 

[Stanislav]

Ого! Ваш кондер не просто пищит - он рыдает. Непонятно, как это все еще до сих пор живо...

Делать надо примерно вот так:

Частоту ШИМ в такой схеме можно значительно повысить для уменьшения габаритов дросселя и конденсатора. О том, как правильно рассчитать компоненты схемы, посмотрите в аппноутах на однотактные step-down преобразователи.
Если с этим лень морочится, замените Ваш кондер диодом, параллельным мотору, полярностью как в схеме, приведенной мной. Правда, тогда слегка попискивать будет моторчик.

ЗЫ. ПТ и кондер лучше выбросить. Если даже они и выдержали такое насилие, надежность их сильно снижена.

[Sergio66]

Пробовали и такой вариант, и вариант с последовательным соединением емкости и индуктивности. Это проблему не решает. В приведенном Вами варианте емкость пищит также. Есть предположение, что писк обусловлен внутренним сопротивлением емкости (писк только на большой скважности 1:10). Именно при таком режиме максимальна амплитуда тока через емкость. Что еще можно придумать в данной связи?

[Pyku_He_oTTyda]

Вероятно мала индуктивность, да и для 15А провод должен быть толстым. Что Вы туда поставили?
И частота мала.
А так классический выходной каскад понижающего импульсного преобразователя, но в обжем об этом написано выше.

[OgRom]

Интересно, какой конденсатор Вы туда установили? Хорошо, если специально рассчитанный на большие импульсные токи. А если обычный, например широкоупотребимый Samsung серии SSL (или аналог) 2200мкФ*25В , то он может не только "пищать", но и неплохо даже летать , так как его максимально допустимый среднеквадратичный ток не более 2А.

[Sergio66]

Конденсатор стоит самый обычный. А какой именно рассчитан на большие импульсные токи? ЧТо было бы верным поставить?

[iosifk]

Вероятно мала индуктивность, да и для 15А провод должен быть толстым. Что Вы туда поставили?
И частота мала.
А так классический выходной каскад понижающего импульсного преобразователя, но в обжем об этом написано выше.

Да еще неплохо было бы посчитать или посмотреть осциллом, что дроссель НЕ насыщается.
Тк насыщенный дроссель - это кусок медного провода. При насыщении дросселя - бросок тока гарантирован!
Удачи!

[OgRom]

Как мне представляется, верное решение предлагает Stanislav. В Вашем случае какой конденсатор не поставь, пиковые токи его будут фактически ограничены лишь Ron транзистора и внутренним сопротивлением источника питания. Все это приведет к огромным скачкам тока через транзистор и конденсатор, которые абсолютно не оправданы.
Решение Вашего вопроса мне представляется следующим образом (по схеме Stanislavа): Частота 30-70 кГц, индуктивность на торе из порошкового железа (обязательно удостоверьтесь, что не насыщается), диод Шоттки Вольт на 60 и Ампер на 30, и несколько силовых конденсаторов EPCOS в параллель.
А чем Вас не устраивает решение - диод параллельно двигателю?

[SSerge]

Пробовали и такой вариант, и вариант с последовательным соединением емкости и индуктивности. Это проблему не решает. В приведенном Вами варианте емкость пищит также. Есть предположение, что писк обусловлен внутренним сопротивлением емкости (писк только на большой скважности 1:10). Именно при таком режиме максимальна амплитуда тока через емкость. Что еще можно придумать в данной связи?

Правильный ответ - ёмкость в Вашей схеме вообще не нужна, уберите её, останется только полевик и двигатель.

Дело в том, что двигатель постоянного тока - электромеханическое устройство и представить его каким-то набором привычных нам R, C и L без учёта механики (скорости вращения, момента инерции нагрузки на валу) просто невозможно.
В качестве нулевого приближения (для двигателя с постоянными магнитами) можно представлять двигатель как последовательно соединённые источник противо-э.д.с., пропорциональной скорости вращения (w) и сопротивление якоря ( r).
напряжение на двигателе:
U = I*r + K*w;
Крутящий момент M пропорционален току якоря (I).
M = m*I;

При открытом ключе на двигателе Uпит, через него идёт ток I= (Uпит - K*w) / r, двигатель будет ускоряться.
При закрытом ключе ток (и крутящий момент) равен нулю а на двигателе будет напряжение -K*w.

Если же подключить диод туда, где раньше был конденсатор, то при закрытом ключе напряжение на двигателе будет равно напряжению на открытом диоде -Uд, а через диод и двигатель (продолжающий вращаться!) пойдёт ток:
I = (-Uд - K*w)/r;
отчего движок будет хорошо так тормозиться и, разумеется, пищать так громко как ему позволит конструкция.

В следующем, первом приближении надо учесть включенную последовательно с r и противо-э.д.с. индуктивность (обусловленную тем, что часть магнитного потока, создаваемого током якоря не проходит через статор а замыкается в самом якоре, что-то вроде индуктивности рассеяния у трансформатора) и индуктивность проводов, идущих к двигателю.

Накопленая в этой индуктивности энергия будет приводить к большому (в довесок к -K*w) отрицательному выбросу в момент запирания ключа. При Ваших мощностях можно бороться простыми средствами - RC или RCD - цепочкой, поглощающей энергию выброса.

[Stanislav]

Правильный ответ - ёмкость в Вашей схеме вообще не нужна, уберите её, останется только полевик и двигатель.

Дело в том, что двигатель постоянного тока - электромеханическое устройство и представить его каким-то набором привычных нам R, C и L без учёта механики (скорости вращения, момента инерции нагрузки на валу) просто невозможно.
В качестве нулевого приближения (для двигателя с постоянными магнитами) можно представлять двигатель как последовательно соединённые источник противо-э.д.с., пропорциональной скорости вращения (w) и сопротивление якоря ( r).
напряжение на двигателе:
U = I*r + K*w;
Крутящий момент M пропорционален току якоря (I).
M = m*I;

При открытом ключе на двигателе Uпит, через него идёт ток I= (Uпит - K*w) / r, двигатель будет ускоряться.
При закрытом ключе ток (и крутящий момент) равен нулю а на двигателе будет напряжение -K*w.

Если же подключить диод туда, где раньше был конденсатор, то при закрытом ключе напряжение на двигателе будет равно напряжению на открытом диоде -Uд, а через диод и двигатель (продолжающий вращаться!) пойдёт ток:
I = (-Uд - K*w)/r;
отчего движок будет хорошо так тормозиться и, разумеется, пищать так громко как ему позволит конструкция.

Простите, но Вы ошиблись! Противо-ЭДС и напряжение питания имеют один знак (если, конечно, насильно не вращать вал двигателя в сторону, противоположную нормальному направлению). Поэтому, при отключении ПТ напряжение на движке относительно "земли" в нулевом приближении будет +K*w ! А диод будет заперт вечно, и никакого торможения не будет.

...В следующем, первом приближении надо учесть включенную последовательно с r и противо-э.д.с. индуктивность (обусловленную тем, что часть магнитного потока, создаваемого током якоря не проходит через статор а замыкается в самом якоре, что-то вроде индуктивности рассеяния у трансформатора) и индуктивность проводов, идущих к двигателю.

Накопленая в этой индуктивности энергия будет приводить к большому (в довесок к -K*w) отрицательному выбросу в момент запирания ключа. При Ваших мощностях можно бороться простыми средствами - RC или RCD - цепочкой, поглощающей энергию выброса.

Вот для полезной утилизации этой энергии диод-то и нужен. RC-цепь будет только поглощать энергию и тормозить якорь, а диод позволит несвязанной магнитной энергии превратиться в работу на валу.

[SSerge]

Простите, но Вы ошиблись! Противо-ЭДС и напряжение питания имеют один знак (если, конечно, насильно не вращать вал двигателя в сторону, противоположную нормальному направлению). Поэтому, при отключении ПТ напряжение на движке относительно "земли" в нулевом приближении будет +K*w ! А диод будет заперт вечно, и никакого торможения не будет.

Согласен.
Признаю, ошибся в знаке нечётное число раз.

[Sergio66]

Так, что же, господа, получается!
Двигатель постоянного тока 150 Вт. Частота управления 1000 Гц скважность 1:20, писк либо емкости, либо движка неустраним???
И что все системы плавного регулирования скорости дв-ля пищат, ревут, воют???
Блин...
Ну должно же быть какое то решение. Ведь не пищат они, не ревут и не воют... (Я имею ввиду промышленные системы). Ну не реостатные же они!!!

[dinam]

Тип конденсатора вам надо менять. Наиболее правильным будет выбор если взять конденсаторы у которых указаны максимальные токи для них. И выбрать необходимый конденсатор с учетом этого параметра. Кстати насколько он у вас греется? Вообще-то если конденсатор у вас не сильно греется, то может он у вас и проживет долго только пищать будет, говоря что жизнь у него не сахар .
Добавлено: Только сейчас заметил предыдущиий пост OgRom про совет по конденсатору и полностью согласен.

Сообщение отредактировал dinam - Mar 3 2006, 02:33

[Stanislav]

Тип конденсатора вам надо менять. Наиболее правильным будет выбор если взять конденсаторы у которых указаны максимальные токи для них. И выбрать необходимый конденсатор с учетом этого параметра. Кстати насколько он у вас греется? Вообще-то если конденсатор у вас не сильно греется, то может он у вас и проживет долго только пищать будет, говоря что жизнь у него не сахар .

Да что Вы говорите?

Так, что же, господа, получается!
Двигатель постоянного тока 150 Вт. Частота управления 1000 Гц скважность 1:20, писк либо емкости, либо движка неустраним???
И что все системы плавного регулирования скорости дв-ля пищат, ревут, воют???
Блин...
Ну должно же быть какое то решение. Ведь не пищат они, не ревут и не воют... (Я имею ввиду промышленные системы). Ну не реостатные же они!!!

Повысьте частоту до 20 кГц. Тогда писк выйдет за границы слышимого диапазона.

[OgRom]

Так, что же, господа, получается!
Двигатель постоянного тока 150 Вт. Частота управления 1000 Гц скважность 1:20, писк либо емкости, либо движка неустраним???
И что все системы плавного регулирования скорости дв-ля пищат, ревут, воют???
Блин...
Ну должно же быть какое то решение. Ведь не пищат они, не ревут и не воют... (Я имею ввиду промышленные системы). Ну не реостатные же они!!!

1000 Гц - очень неблагоприятная частота с точки зрения акустического шума. Даже если Вы сделаете LC цепь для сглаживания напряжения питания двигателя, "пищать" будет и катушка, если она полностью не залита компаундом, и вообще все что угодно, оказавшееся в области действия магнитного поля. Повышение частоты - самый верный способ. Если Ваш микроконтроллер в силу разных причин не может генерировать ШИМ на более высоких частотах, сделайте на какой-нибудь микросхеме простейший драйвер килогерц на 30, а его рабочий цикл изменяйте с помощью того же сигнала, только проинтегрированного.

Сообщение отредактировал OgRom - Mar 2 2006, 12:21

[Sergio66]

Предположим, мы повысили частоту ШИМ (процессорных ресурсов хватит до 100 КГц, а может и больше). Только как поведет себя транзистор. Он должен работать в ключевом режиме. Но, т.к. он обладает ненулевой инерционностью (крутизна характеоистики) то в момент наростания фронта импульса транзистор будет работать, как активное сопротивление. Т.е. разогреется, аки печка. Чем чаще будут идти эти фронты, тем больший процент времени тр-р будет греться. Уже на 1000 Гц есть необходимость дополнительного рассеивателя (типа вентилятор). А что будет на 30 КГц???

[OgRom]

Предположим, мы повысили частоту ШИМ (процессорных ресурсов хватит до 100 КГц, а может и больше). Только как поведет себя транзистор. Он должен работать в ключевом режиме. Но, т.к. он обладает ненулевой инерционностью (крутизна характеоистики) то в момент наростания фронта импульса транзистор будет работать, как активное сопротивление. Т.е. разогреется, аки печка. Чем чаще будут идти эти фронты, тем больший процент времени тр-р будет греться. Уже на 1000 Гц есть необходимость дополнительного рассеивателя (типа вентилятор). А что будет на 30 КГц???

Не проблема для современных полевиков 30 кГц! При их скорости переключения порядка 20...60 нс на этой частоте динамические потери будут незначительны. По грубым расчетам на транзисторе с
Ron=0.01 Ом будет рассеиваться порядка 3 Вт, как следствие - радиатор площадью 40 кв.см. с температурой около 60 градусов Цельсия, но никак не вентилятор! Если он у Вас "калиться" даже на килогерце, значит или у транзистора слишком большое сопротивление канала, или драйвер затвора работает неправильно.
Для дальнейшего обсуждения не мешало бы посмотреть схемку управления затвором и узнать тип транзистора.
P.S. Кстати, тот "пищащий" конденсатор очень сильно портит жизнь транзистору. Последнему приходиться держать громадные токи заряда конденсатора как раз в момент включения, т. е. в активном режиме.

Сообщение отредактировал OgRom - Mar 2 2006, 14:07