Частота ШИМ в блоке управления асинхронным двигателем Опции

[iiv]

Добрый день,

имеется турбомолекулярка, там, где она стояла написано, что долгосрочно можно эксплуатировать на 48тыс об/мин, и при дополнительном водяном охлаждении и не более часа до 84тыс об/мин. Частотника и документации к ней нет, прозвонил провода трех выходов (звезда или треугольник - не знаю), сопротивление 0.18ом, индуктивность 100мкГн между любой парой, на корпусе написано, что 19В и 6А.

Правильно ли я понимаю, что частота ШИМа должна быть такой, что при этой частоте индуктивное сопротивление должно быть таким, что при 19В амплитуде должно рассеиваться не более тех же 6А*6А*0.18Ом=6.48Ватт, то есть индуктивное сопротивление должно быть больше 19*19/6.48=55.7Ом, а частота ШИМа должна быть выше 55.7Ом /(2*Pi*100мкГн) = 88кГц?

Если я таки ошибся в своих рассуждениях и не правильно оценил возможную частоту ШИМа, так было бы классно узнать как правильно оценить ее!

Спасибо!

ИИВ

[ZVA]

На все три вопроса один ответ. Нет, неправильно.

[Plain]

Откуда столько возни с простым вопросом — ведь на шильдике ясно виден только предел 800 Гц, и ясно, что производителем подразумевается трёхфазный синус, а насчёт последствий пропуска через межвитковые ёмкости каких-либо прямоугольных сотен килогерц он никаких гарантий не даёт, так что, берите три заурядных синхронных полумостовых драйвера, раскачивайте их на 500 кГц и фильтруйте покупными дросселями и конденсаторами.

[iiv]

...берите три заурядных синхронных полумостовых драйвера, раскачивайте их на 500 кГц и фильтруйте покупными дросселями и конденсаторами.

да именно так я планировал и делать, но видел много советов о ШИМе на 2-10КГц и не пом понять почему, но пожечь-то не хотелось бы, так как такую туромолекулярку очень не тривиально купить, и если сожгу - думаю, что починить не смогу, так как там мотор с подшипниками в вакууме.

[AndreyChip]

Частоты 45кГц хватит (проверенно практикой ), а что бы не сжечь надо делать защиту драйвера и двигателя. Есть кит наборы готовые под ваш мотор, так проще.

[AlexandrY]

Если я таки ошибся в своих рассуждениях и не правильно оценил возможную частоту ШИМа, так было бы классно узнать как правильно оценить ее!

Если посмотреть как делают высокооборотные движки то они все сплошь BLDC.
Т.е. никакой синусоиды там не нужно. А значит и высокочастоного ШИМ-а не нужно.
Достаточно будет центро-симметричного ШИМ-а на 800 Гц.

[Tiro]

имеется турбомолекулярка, там, где она стояла написано, что долгосрочно можно эксплуатировать на 48тыс об/мин, и при дополнительном водяном охлаждении и не более часа до 84тыс об/мин. Частотника и документации к ней нет, прозвонил провода трех выходов (звезда или треугольник - не знаю), сопротивление 0.18ом, индуктивность 100мкГн между любой парой, на корпусе написано, что 19В и 6А.

Правильно ли я понимаю, что частота ШИМа должна быть такой, что при этой частоте индуктивное сопротивление должно быть таким, что при 19В амплитуде должно рассеиваться не более тех же 6А*6А*0.18Ом=6.48Ватт, то есть индуктивное сопротивление должно быть больше 19*19/6.48=55.7Ом, а частота ШИМа должна быть выше 55.7Ом /(2*Pi*100мкГн) = 88кГц?

Неправильно понимаете.

ШИМ тут ни при чем, значения для частот электропитания от синусоидального напряжения. Обычно частота вращения кратна частоте подводимого электропитания. Ну ли дробные доли. Определяется числом полюсов и нолей. В доке должен быть рабочий режим.

[iiv]

Если посмотреть как делают высокооборотные движки то они все сплошь BLDC.

скажите, пожалуйста, а как отличить BLDC от асинхронного?

У меня к ней вообще нет документации, так как она - встраиваемая в масспектрометр, и я видел как она работала в масспеке, и после этого ударил по рукам с продавцом. Естественно если я обращусь к производителю масспеков, то меня пошлют. Визуального доступа, чтобы посмотреть внутренности у меня нет. Как я понимаю, мотор с одним из подшипников находится в закрытом (вакуумном??) отсеке, и я читал, что открытие этого отсека приводит к негодности, поэтому не хотел бы туда лезть. Выходной шлейф прозвонил, в нем 3 провода на сам мотор, и три пары сенсоров: две пары для измерения температуры, а одна пара меняет свое сопротивление, если вращать руками вал, то есть скорей всего какой-то индуктивный сенсор положения или скорости.

То есть могу покрутить руками и померить что-то, но визуально, индуктивность от вращения и скорости вращения не меняется, то же самое с сопротивлением.

Есть куча всего, чтобы сформировать ШИМ примерно до 1МГц, и сделать любую форму сигнала для такой проверки, ну и понятно сгладить высшие гармоники, чтобы на выходе было все меньше 2КГц или около этого.

Еще известно, что при работе она может нагреваться до 80-120С, то есть с большой вероятностью, там внутри постоянных магнитов нет. Время разгона (возможно с учетом нарастания вакуума) около 10 минут до 800Гц, и около еще 10 минут до 1400Гц, этот режим предусмотрен масспектрометром, но на корпусе самого насоса в шильдике отражено только 800Гц.

Правильно ли я понимаю, что ШИМ на 500КГц через фильтр из ферритов должен управлять хоть BLDC, хоть ассинхронником и можно особо не заморачиваясь о том, что именно внутри работать именно на таком режиме?

Скорость оборотов я пока не понимаю как измерять, но вакуумный ионизационный сенсор, надеюсь, у меня будет и по качеству вакуума в трех камерах я смогу установить примерно скорость.

[AlexandrY]

скажите, пожалуйста, а как отличить BLDC от асинхронного?

Покрутите двигатель и посмотрите напряжение на обмотках. У BLDC должно быть где-то так:


Интересно как это вам удается с частотой 500 Кгц управлять нагрузками более 100 Вт.
По моим прикидкам выходные транзисторы раскалиться должны за секунды.

[Timmy]

Интересно как это вам удается с частотой 500 Кгц управлять нагрузками более 100 Вт.
По моим прикидкам выходные транзисторы раскалиться должны за секунды.

Важна не столько мощность, сколько напряжение. Низковольтные MOSFET-ы шустренькие, порядка 10нс на переключение, и диоды в них, кстати, тоже быстрые.

[khach]

Тупбомолекуляры практичкески все имеют формирующие синусные фильтры на выходе. Так что на полной скорости мост может рабоать и с трапецией- фильтр отсечет высшие гармоники. Другое дело, что обычно существует два различных режима управления мостом до 1000 Гц и выше 1000 гц. Обычно этот переход хорошо слышен при разгоне. Также часто имеется регулировка напряжения звена постоянного тока перед силовым мостом (обычно для высоковольтных моторов 80-110в).

[AndreyChip]

Возьми 3 провода из двигателя закороти между собой и покрути за вал , если туго стал крутится значит с магнитами или поставь вольтметр(осциллограф) и крути за вал если есть есть напряжение то все с магнитами.

[khach]

Скачайте http://www.hsdengineering.com/images/Leybold%20NT1000.pdf и прочитайте внимательно. Где-то в районе 90 страницы есть графики процесса разгона. Контроллер конечно древний как г мамонта, еще на биполярах. Но зато есть схема и вся теория расписана.

[iiv]

Покрутите двигатель и посмотрите напряжение на обмотках. У BLDC должно быть где-то так:

спасибо за идею!

Скажите, пожалуйста, правильно ли я понимаю, что если у меня возникает около 40мВольт переменного напряжения между клевмами, когда я кручу рукой вал мотора, правда график не похож на Ваш, то таки у меня BLDC мотор, так как в асинхронном напряжение возникать не должно? Если да, то примерно с какой частоты (khach утверждает, что с 1000Гц, но может это как-то можно оценить) стоит переключаться с ШИМа на включение-выключение по синусу?

[khach]

40 милливольт может быть и от остаточно намагничивания сердечника ротора. Воткнуть в электродрель наконечник конусный из твердой резины и прижать к центрирующему отверстию ротора и крутануть. Вольт под 10 должно быть. Только BLDC моторы ( с постоянными магнитами) в турбомолекулярных насосах редко очень встречаются- ненужен там момент при низких оборотах, а на высоких и асинхронники прекрасно работают. Частоты переключения с ШИМ на трапецию (если они вообще есть у данного мотора) зависят от индуктивности обмоток. Главное правило- постоянная величина тока обмоток в процессе разгона. Кстати, скорость разгона тоже имеет значение. При разгоне ротора бывают запрещенные частоты механического резонанса. Проскаивать их как при разгоне, так и при торможении надо как можно выстрее, иначе подшипникам прийдет сразу севпушзверь. Для этого нормируется мощность разгона (медленне разгоняться нельзя, колебания вырастут до недопустимой величины) и активное торможение (или двигателем, или напуском газа под улитку тирбины через натекатель).

[AlexandrY]

спасибо за идею!

Скажите, пожалуйста, правильно ли я понимаю, что если у меня возникает около 40мВольт переменного напряжения между клевмами, когда я кручу рукой вал мотора, правда график не похож на Ваш, то таки у меня BLDC мотор, так как в асинхронном напряжение возникать не должно? Если да, то примерно с какой частоты (khach утверждает, что с 1000Гц, но может это как-то можно оценить) стоит переключаться с ШИМа на включение-выключение по синусу?

Да , это не похоже на BLDC. Скорее всего асинхронник.
Асинхронники как раз дают в пределах милливольт.
Можно пропустить на некоторое время постоянный ток через обмотку в статичном состоянии, а потом закрутить.
У асинхронников должно генерируемое напряжение вырасти.

А качественные BLDC должны еще сопровождаться 3-х фазными датчиками холла для управления стартом и синхронизмом.

[AndreyChip]

спасибо за идею!

Скажите, пожалуйста, правильно ли я понимаю, что если у меня возникает около 40мВольт переменного напряжения между клевмами, когда я кручу рукой вал мотора, правда график не похож на Ваш, то таки у меня BLDC мотор, так как в асинхронном напряжение возникать не должно? Если да, то примерно с какой частоты (khach утверждает, что с 1000Гц, но может это как-то можно оценить) стоит переключаться с ШИМа на включение-выключение по синусу?

Вы крутите асинхронный мотор, у вас и на шильдике написано АС . У меня 50 ват PMSM при вращении завал дает несколько вольт

[khach]

Вы крутите асинхронный мотор, у вас и на шильдике написано АС . У меня 50 ват PMSM при вращении завал дает несколько вольт

Надо еще убедится, что это турбина не с активными магнитными подшипниками. Если выводов больше 3 (плюс 1 заземление) то на обмотках активных магнитных подшипников могут быть элетрические сигналы при вращении ротора.

[iiv]

Во-первых, огромное спасибо всем откликнувшимся, содействующим и советующим!!!

Запутался я в конец, запустить не могу...

Выводов у нее 15, через DB-15 штекер. Снял верхнюю крышку, точно отождествил кто куда подключен. Там есть два термодатчика на 2кОм, один внутри, один на корпусе. Есть 3 силовых контакта на мотор, более точные характеристики между каждыми 100мкГн, и 0.09 Ом резистивного сопротивления. Также есть еще одна подозрительная пара с 0.25Ом внутренним, на которой наводится небольшие милливольты при вращении вала.

Пробовал запустить... Не могу, пожалуйста, посоветуйте, что я делаю не так!

Делаю ШИМ плиской, частота ШИМа около 70КГц, 12 бит, 6 выходов (три пары) подаю на три пары csd87350q5d + ucc27201 - я эту связку как-то для питания повышающего трансформатора использовал и около 10А и 15В у меня удавалось прокачивать почти без нагрева.

На выходе с каждой пары драйвер + мосфет последовательно поставил индуктор на кольце (900НГн с 11 витками, то есть около 100мкГн), которые и соединил с входами с мотора. Также ко всем трем парам (1-2, 1-3, 2-3) поставил по 10 или по 20мкФ керамики.

На выходе всего этого без подключенного мотора при подключении к любой паре осциллографом вижу идеальный синус, на столько идеальный, на сколько показывает дисплей осциллографа. Частоту синуса могу вариировать очень плавно в диапазоне от 0.3 до 1500Гц, проверил весь диапазон осциллографом. Также в пределах от 20% до 100% могу регулировать мощность (за счет ШИМа), понятно, что амплитуда синуса в зависимости от мощности тоже меняется так, как и ожидается.

Подключил мотор, запустился... мотор стартанул, с 0.3 до 5 Гц довольно шустро, но нагрелись ужасно мосфеты (не драйверы), потребление было около 8А на 10В.. Повторная попытка также сделать привела к тому, что мосфеты все погорели...

Также до этого вместо связки csd87350q5d + ucc27201 использовал один мосфет-драйвер tc4421, понятно поправив под него ШИМ, на выходе опять же без нагрузки был идеальный синус, с нагрузкой драйверы выходили на 2А потребление и мотор рывками дергался, но толком не подхватывал, но тут видно было, что драйверы просаживаются, и не тянут стартовой ток.

Пожалуйста, посоветуйте, что я делаю не так!!!

Спасибо!

PS: фотки в исходном сообщении по причине их неинформативности при таком большом размере удалил и приаттачил сюда поменьше.

ИИВ

[Plain]

Дроссели считаются совсем по-другому. Так что, поставьте покупные — 100 мкГн, или более, и на 5 А, или более. Если Вы в Германии, то можно спросить у Wurth, где поближе, а то и сами привезут.

Хоть какие-нибудь конденсаторы после дросселей должны быть.

Вся конструкция должна быть аппаратно защищена по току — достаточно одного резистора в общем проводе на все три плеча, с него, через небольшую RC,— на компаратор и далее на одновибратор, выход которого завести на входы разрешения драйверов.

А ещё, амплитуда 5 Гц должна быть во столько же раз меньше, во сколько 5 меньше 800.

[AlexandrY]

Пожалуйста, посоветуйте, что я делаю не так!!!

Похоже на BLDC.
Дерганья это характерное поведение BLDC без синхронизации.
Надо было все-таки сделать мой эксперимент с подмагничиванием и убедится что это именно асинхроник.
Гугле говорит, что только очень древние помпы делали на асинхронниках.

[iiv]

Дроссели считаются совсем по-другому. Так что, поставьте покупные — 100 мкГн, или более, и на 5 А, или более.

Скажите, пожалуйста, а как считаются? Я считал на основе реактивного сопротивления на 800Гц, не правильно? Чем мной смотанные 11 витков проводом в 1мм (сечение 0.7квмм) на колечке с 900нГн не сможет прокачать 5А, его резистивное 4мОма, реактивное на 800Гц 0.5Ом, то есть он до 10А по идее должен с трудом, но прокачивать? То есть я бы и купил бы, если бы понимал бы почему мой не подходит.

Хоть какие-нибудь конденсаторы после дросселей должны быть.

правильно, я же написал, что пробовал ставить керамику 10мкФ и 20мкФ, и с одной, и с другой у меня так все и грелось. Или таки я не правильно их скоммутировал и конденсаторы надо сигнал-земля или сигнал-Vcc ставить, вдруг не сложно, посоветуйте, пожалуйста?

Вся конструкция должна быть аппаратно защищена по току — достаточно одного резистора в общем проводе на все три плеча, с него, через небольшую RC,— на компаратор и далее на одновибратор, выход которого завести на входы разрешения драйверов.

да, этого нет, так как собрал все навесным (платы с полумостами были от других проектов). Спасибо большое за совет, сделаю обязательно, когда буду плату разводить. Но, по идее, если обороты маленькие, ничего такого произойти не должно было?

А ещё, амплитуда 5 Гц должна быть во столько же раз меньше, во сколько 5 меньше 800.

это мне интуитивно было понятно, и, по идее, 12 битный ШИМ с легкостью позволяет, но меньше 300нс пульс в ШИМе моя связка мосфет+драйвер не потянут, то есть в пике синус можно в 40 раз заШИМить, а, вот чтобы более-менее разумно, получается, я амплитуду только в 5, ну максимум в 10 раз имею право уменьшить. Собственно пока ограничился 5 разами, иначе синус становится кривым. Конечно 5 раз - это не 800/5, и, честно говоря, не сильно представляю как этот вопрос без изменения частоты ШИМа можно решить.... Или таки играться входным в диапазоне 2-19В, а остальное дотягивать ШИМом?

Если же менять частоту ШИМа, то надо менять номинал индуктора на выходе, то есть для низкой частоты ШИМа - один индуктор, для высокой - другой. Как правильно, пожалуйста, посоветуйте?

Спасибо!

[iiv]

Похоже на BLDC.

Я БЫЛ НЕ ПРАВ, ЭТО BLDC!!!

Только что снял кожух, чтобы подцепиться дрелью к валу, раньше не понимал как и, поэтому, боялся...

Повесил осциллограф на пару выходов, запустил дрель, и... увидел красивенький такой синус, частота которого точно совпадает с частотой вращения дрели. Амплитуда синуса линейно растет от частоты вращения с коэффициентом примерно 0.05, то есть при 1Гц было 50мВ, при 10Гц 0.5В, и около 1В при 20Гц. Интерполируя дальше имеем 40В при 800Гц, то есть как раз удвоенный номинал двигателя.

У мотора есть еще пара выводов, эта пара ведет себя точно так же, только у нее амплитуда синуса примерно в 3 раза меньше... Правильно ли я понимаю, что это вспомогательная обмотка для датчика положения?

Теперь вопросы... скажите, пожалуйста, правильно ли я понимаю, что

1. ток у меня должен быть всегда около 6А, но я меняю частоту и напряжение?
2. с какого разумного напряжения мне стоит стартовать? Если у меня 19В при 800Гц а стартовать-то вроде надо с 1Гц, то есть правильно ли я понимаю, что надобно иметь 25миливольт???

Спасибо!

ИИВ

[oleg_d]

Я БЫЛ НЕ ПРАВ, ЭТО BLDC!!!

Пропустите между двух фаз постоянный ток пару ампер, если это BLDC будет присутствовать докручивание до стабильных положений ротора, количество которых совпадет с количеством пар полюсов.

[Timmy]

1. ток у меня должен быть всегда около 6А, но я меняю частоту и напряжение?
2. с какого разумного напряжения мне стоит стартовать? Если у меня 19В при 800Гц а стартовать-то вроде надо с 1Гц, то есть правильно ли я понимаю, что надобно иметь 25миливольт???

На мотор нужно напряжение равное (частота*19/800 + 6А * сопротивление обмоток), то есть порядка 0.6Вольт на старте. На высоких оборотах желательна обратная связь по току, так как если слегка не угадаете ЭДС, будет недопустимое отклонение тока. У вас скорее всего произошло насыщение дросселей, по причине как перегрузки по току, так и неправильного расчёта, после чего мосфеты перегрузились быстрой перезарядкой конденсаторов фильтра. И хорошо, если мотор не испортился от перегрузки по току, какое напряжение на него подавали, неужели 3.5 вольта?
Расчёт дросселей - это серьёзная тема, лучше купите готовые.
Кстати, какой материал сердечника у ваших дросселей?

[Plain]

а как считаются?

По объёму зазора — он практически прямо пропорционален требуемой энергии — дроссель является таким же вторичным источником питания, как и конденсатор.

Или таки я не правильно их скоммутировал и конденсаторы надо сигнал-земля или сигнал-Vcc ставить

Обычно ставят на общий провод.

собрал все навесным (платы с полумостами были от других проектов)

Это сильно нехорошо, длины всех соединений должны стремиться к нулю.

чтобы более-менее разумно, получается, я амплитуду только в 5, ну максимум в 10 раз имею право уменьшить ... Как правильно, пожалуйста, посоветуйте

Например, стандартный понижающий стабилизатор, может даже монолитный, и у него в нагрузке три полумоста, для которых никаких дополнительных защит уже не требуется, так что, их можно затактовать 300...500 кГц постоянным 100% ШИМ-синусом, а выходным напряжением стабилизатора рулить посредством подключения к его ноге обратной связи сигнала управления через резистор.

[amaora]

Наверно blac или pmsm, а не bldc. В любом случае, если есть датчик положеня то видимо нужно по нему замыкаться. Иначе будет неэффектвно, и возможны срывы синхронизации.

[AndreyChip]

Драйвера для единичного изготовления можно купить например BOOSTXL-DRV8301 $100 к нему есть плата управления LAUNCHXL-F28027F . Проблем не будет. Это самый дешевый и быстрый способ .

[AlexandrY]

Драйвера для единичного изготовления можно купить например BOOSTXL-DRV8301 $100 к нему есть плата управления LAUNCHXL-F28027F . Проблем не будет. Это самый дешевый и быстрый способ .

Автор вроде написал, что имеет свой гораздо более продвинутый драйвер.

Загвоздка в датчике положения.
Не ясен его принцип работы.
Ждем разгадку.

[iiv]

Дорогие друзья, огромное спасибо, что помогаете!

Автор вроде написал, что имеет свой гораздо более продвинутый драйвер.

у меня стоят те же микросхемы, понятно, что техасская борда возможно была бы и удобнее, если бы у меня не было своего.
да, у меня лучше будет, особенно по управлению, хотя мосфеты и драйверы по характеристикам примерно эквивалентны.

Загвоздка в датчике положения.
Не ясен его принцип работы.
Ждем разгадку.

нету там этого датчика. Есть еще обмотка, сдвинута примерно на 60градусов относительно одной из основных. Имеет в 2.5 раза большее резистивное сопротивление и если крутить вал, то на этой обмотке набирается точно такой же синус, как и на основных обмотках, но в 2.5 раза меньше по амплитуде и, как я говорил, слегка сдвинутый на 60 градусов по фазе.

А сгорело у меня понятно почему, сам дурак, что 10 вольт подал на старте, вместо 0.6В. Не подумал, думал, что ферриты все догладят. Ан-нет, не догладили. Также похоже стояла довольно медленная керамика. Пока сижу и сушу весла, так как в той схеме, что у меня была спаяна, жестко питание драйвера и мосфета было соединено, поэтому там 10В и бегало. Сегодня-завтра придут микросхемы, и можно будет спаять еще комплект, надеюсь, что этот раз с напряжением не проколюсь и таки все заработает.

[AndreyChip]

Дорогие друзья, огромное спасибо, что помогаете!

у меня стоят те же микросхемы, понятно, что техасская борда возможно была бы и удобнее, если бы у меня не было своего.
да, у меня лучше будет, особенно по управлению, хотя мосфеты и драйверы по характеристикам примерно эквивалентны.


нету там этого датчика. Есть еще обмотка, сдвинута примерно на 60градусов относительно одной из основных. Имеет в 2.5 раза большее резистивное сопротивление и если крутить вал, то на этой обмотке набирается точно такой же синус, как и на основных обмотках, но в 2.5 раза меньше по амплитуде и, как я говорил, слегка сдвинутый на 60 градусов по фазе.

А сгорело у меня понятно почему, сам дурак, что 10 вольт подал на старте, вместо 0.6В. Не подумал, думал, что ферриты все догладят. Ан-нет, не догладили. Также похоже стояла довольно медленная керамика. Пока сижу и сушу весла, так как в той схеме, что у меня была спаяна, жестко питание драйвера и мосфета было соединено, поэтому там 10В и бегало. Сегодня-завтра придут микросхемы, и можно будет спаять еще комплект, надеюсь, что этот раз с напряжением не проколюсь и таки все заработает.

Верю что будет лучше. Прочитав Вашу проблему , я подумал что вам ее надо решить в единичном варианте и очень оперативно , решил подсказать готовое решение за 10 тыс рублей, так как сам его пробовал, извините если обидел.