ШИМ-управление мощным двигателем постоянного тока от микроконтроллера, Подскажите чайнику Опции

[Tomade]

Есть такая задача: плавно разгонять двигатель постоянного тока и при достижении заданной скорости вращения его останавливать. Управляющее устройство сделал на микроконтроллере ATMega128, выход ШИМ подключил через транзистор IRFZ24 к малогабаритному двигателю постоянного тока (ДПТ), питающее напряжение - 27 Вольт постоянного, ток - около 1 А. Это всё работает.
А вот управлять надо другим ДПТ, на котором нет никаких шильдиков. Тип -неизвестен; диаметр движка - 80 мм, высота - 200 мм, два вывода, из них один - на корпусе. Правда, на фланце кто-то от руки написал "36 В". При подключении этого ДПТ к переменному наряжению 32 В через один мощный диод потребляемый ток замерить не удалось (нечем), но оценочно он заметно превышает 50 А.
Опыта управления мощными ДТП (в свете рассматриваемой задачи) не имею никакого. Подскажите, пожалуйста, как согласовать ШИМ-выход МК с мощным низковольным двигателем постоянного тока.

[Guest_TSerg_*]

пожалуйста, как согласовать ШИМ-выход МК с мощным низковольным двигателем постоянного тока.

Сделать мощный ключ ?

[Microwatt]

Подскажите, пожалуйста, как согласовать ШИМ-выход МК с мощным низковольным двигателем постоянного тока.

Ну. строят драйверы. Мощный ключ со входом на логике, выходом в требуемые вольты и амперы. Со встроенной токовой защитой, гальванической развязкой по управлению.
Это под единичный двигатель, подобранный на мусорке? Или серия?
Свяжите валы известного двигателя и неизвестного куском резинового шланга. Разгоните известный до известной скорости и определите выходное напряжение неизвестного в режиме генератора. Приближенно поймете его рабочее напряжение хоть. Ну, мощность двигателя, судя по габаритам, ватт 150-200 в длительном режиме. Кратковременно или ПВ потянет и 500-700 ватт.

[Tomade]

Это под единичный двигатель, подобранный на мусорке? Или серия?

Единичный. Когда-то снятый отставниками с какого-то самолёта. Напряжение питания, с их слов, 24 или 36 Вольт.

Ну. строят драйверы. Мощный ключ со входом на логике, выходом в требуемые вольты и амперы. Со встроенной токовой защитой, гальванической развязкой по управлению.

Дайте (кто знает), пожалуйста, ссылку на конкретную реализацию (самодельную или промышленную) связки "драйвер-мощный ключ" для низковольтного двигателя постоянного тока. Или популярную статью/литературу, изучение которой позволит самому разобраться в проблеме и самому сделать требуемое.

[alexander55]

Свяжите валы известного двигателя и неизвестного куском резинового шланга. Разгоните известный до известной скорости и определите выходное напряжение неизвестного в режиме генератора.

Беда в том, что номинальная скорость неизвестного двигателя не известна.
В авиации, на флоте и в военной технике используется 24 (27) В. Про 36 В я ничего не скажу.

[Tomade]

Беда в том, что номинальная скорость неизвестного двигателя не известна.
В авиации, на флоте и в военной технике используется 24 (27) В. Про 36 В я ничего не скажу.

Для меня не важно, какое напряжение требуется для этого двигателя - 24, 27 или 36 Вольт. Да и не думаю, что мощные низковольтные ключи со схемами управления имеют такую подробную градацию: отдельно для 24 Вольт, отдельно для 27, отдельно для 36. Если найдётся управляемый выходом микроконтроллера ключ для 50-вольтового движка, то, ИМХО, им же можно будет управлять и 27-вольтовым двигателем.

[Guest_TSerg_*]

Для меня не важно, какое напряжение требуется для этого двигателя - 24, 27 или 36 Вольт. Да и не думаю, что мощные низковольтные ключи со схемами управления имеют такую подробную градацию: отдельно для 24 Вольт, отдельно для 27, отдельно для 36. Если найдётся управляемый выходом микроконтроллера ключ для 50-вольтового движка, то, ИМХО, им же можно будет управлять и 27-вольтовым двигателем.

http://www.platan.ru/news/news724.html

[MaslovVG]

Есть такая задача: плавно разгонять двигатель постоянного тока и при достижении заданной скорости вращения его останавливать. Управляющее устройство сделал на микроконтроллере ATMega128, выход ШИМ подключил через транзистор IRFZ24 к малогабаритному двигателю постоянного тока (ДПТ), питающее напряжение - 27 Вольт постоянного, ток - около 1 А. Это всё работает.
А вот управлять надо другим ДПТ, на котором нет никаких шильдиков. Тип -неизвестен; диаметр движка - 80 мм, высота - 200 мм, два вывода, из них один - на корпусе.

Во первых определиться с типом возбуждения двигателя. (постоянный магнит или обмотки)
Схему подключения обмоток возбуждения. (паралельное, последовательное, смешанное)
В систему управления обязательно ввести токоограничение.
Судя по описанию похоже на стартер. Разгонять от генератора ТОКА.

P.S
Почитать теорию электропривода и выбрать для двигателя удовлетворяющую по требованиям точности скорости и момента систему управления.

[Tomade]

http://www.platan.ru/news/news724.html

Любопытная информация... В первом приближении подходит: и ток 100 А (для модификации IR3310), и частота переключения до 500 Гц (а ШИМ у меня - около 100 Гц). Попробую заказать и поиграться.

[kotopuz]

Есть такая задача: плавно разгонять двигатель постоянного тока и при достижении заданной скорости вращения его останавливать. Управляющее устройство сделал на микроконтроллере ATMega128, выход ШИМ подключил через транзистор IRFZ24 к малогабаритному двигателю постоянного тока (ДПТ), питающее напряжение - 27 Вольт постоянного, ток - около 1 А. Это всё работает.
А вот управлять надо другим ДПТ, на котором нет никаких шильдиков. Тип -неизвестен; диаметр движка - 80 мм, высота - 200 мм, два вывода, из них один - на корпусе. Правда, на фланце кто-то от руки написал "36 В". При подключении этого ДПТ к переменному наряжению 32 В через один мощный диод потребляемый ток замерить не удалось (нечем), но оценочно он заметно превышает 50 А.
Опыта управления мощными ДТП (в свете рассматриваемой задачи) не имею никакого. Подскажите, пожалуйста, как согласовать ШИМ-выход МК с мощным низковольным двигателем постоянного тока.

Прошу прощения за дурацкий чертеж, накидал для наглядности.

Если надо сорость мерять можно оптопару взять и на ротор нацепить что нибудь чтобы прерывался оптическеий поток. Транзистор вроде просто выбрать: InternationalRectifier.com вроде так. Там по току и по чему угодно можно выбрать, хотя я бы вляпал бальшой здоровый - чтоб наверняка. Частота ШИМа у вас маленькая- возьмите 5 кГц, хотя неприятный шум будет, чаще врего рекомендуюсь 10кГц - вроде непризнанного тяп ляп стандарта - главное работает. Для начала ток ограничить, в программе написать если напряжение от АЦП > заданное, вырубить ШИМ. все просто. При разгоне надо плавно увеличивать скважность ШИМ, то есть попросту увеличивать напряжение питания. Напряжение питания двигателя можно подобрать, хотя луче бы документацию откапать.
Вот мега схема, много раз делал, работает и ничего не дымит.

Удачи, как заработает можно и теорию начинать читать, так как ДПТ мощный как мне кажеться сложно спалить, хотя я не знаю какой там у вас источник питания.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[haker_fox]

Прошу прощения за дурацкий чертеж, накидал для наглядности.

Если надо сорость мерять можно оптопару взять и на ротор нацепить что нибудь чтобы прерывался оптическеий поток. Транзистор вроде просто выбрать: InternationalRectifier.com вроде так. Там по току и по чему угодно можно выбрать, хотя я бы вляпал бальшой здоровый - чтоб наверняка. Частота ШИМа у вас маленькая- возьмите 5 кГц, хотя неприятный шум будет, чаще врего рекомендуюсь 10кГц - вроде непризнанного тяп ляп стандарта - главное работает. Для начала ток ограничить, в программе написать если напряжение от АЦП > заданное, вырубить ШИМ. все просто. При разгоне надо плавно увеличивать скважность ШИМ, то есть попросту увеличивать напряжение питания. Напряжение питания двигателя можно подобрать, хотя луче бы документацию откапать.
Вот мега схема, много раз делал, работает и ничего не дымит.

Удачи, как заработает можно и теорию начинать читать, так как ДПТ мощный как мне кажеться сложно спалить, хотя я не знаю какой там у вас источник питания.

Частоту ШИМа рекомендуют брать выше 16 КГц за гранью слышимости человеческого уха. Но если в помещении шумно, или шумит механизм, то можно и не высокую частоту брать - все равно шум заглушит писк. Номинал токосъемного 1 - 5 Ом слишком большой. При токе 2 А уже 4 Вт будем рассеивать и это для 1 Ом. И сигнал с резистора на АЦП так напрямую, без фильтра заводить не стоит.
И, ИМХО, драйвер для нижнего полевика не обязателен. Если взять что-нить не Logic Level, то сносно будет работать от ножек проца. Здесь тоже следует уменьшить номинал токосъемного резистора.

[Tomade]

Kotopuz и Haker Fox, спасибо за участие.
Писк движка не волнует - установка будет работать в цеховых условиях, где речь-то с трудом услышишь. Частоту ШИМ, думаю, увеличивать не стоит, так как заказал в ChipInfo IR3310, частота переключения которого ограничена пятьюстами Герцами. Эта сборка коммутируют ток до 100 А (а IRF540N - только до 28 А).
Не совсем понятно, для чего нужно ограничивать сначала ток, заведя обратную связь от датчика тока. Импульсный ток при ШИМе не ограничишь; он будет плавно уменьшаться по мере разгона двигателя. Так что IRF-транзистор может сгореть при первом же импульсе ШИМ, если подобран не правильно, и никакая обратная связь не поможет. Впрочем, я в этих делах ещё чайник.
Как писал в начале темы, макет уже сделан и испытан на маломощном двигателе. Датчик скорости вращения сделал на оптопаре: один оборот - один импульс. Так как скорость вращения не высока, то измеряю не частоту, а период. Микроконтроллер ATMega128 взял только потому, что подарили платку с уже установленным микроконтроллером с обвязкой и разъёмами.
Так что задача - согласовать это устройство с мощным движком постоянного тока. Чем и занимаюсь с вашей помощью.

[haker_fox]

Kotopuz и Haker Fox, спасибо за участие.

Да не за что) Лишь бы полезным оно было (говорю только за себя с критичной точки зрения).

Советую посмотреть эту тему. Сам недавно озадачился проблемой электропривода. Правда у меня силовые характеристики несколько другие, но буду надеяться, что Вы сможете почерпнуть что-нибудь полезное.
Успехов!

[evgeny_ch]

Kotopuz и Haker Fox, спасибо за участие.
...
Не совсем понятно, для чего нужно ограничивать сначала ток, заведя обратную связь от датчика тока. Импульсный ток при ШИМе не ограничишь; он будет плавно уменьшаться по мере разгона двигателя.
...

M = kmI момент, развиваемый двигателем, пропорционален току (и наоборот ) km константа мотора зависит от конструктивных особенностей.
Для того, чтобы двигатель просто вращался, достаточно небольшого тока для преодоления трения
в подшипниках. Вам нужно определить момент нагрузки и как следствие рабочий ток.
Ограничение по току необходимо в момент пуска, т. к. пусковой ток выше номинального в разы.
У таких мощных двигателей малая индуктивность, следовательно для обеспечения непрерывного
тока нужно повышать частоту ШИМ, либо включать дроссель последовательно с двигателем.
E = keω — противоЭДС якоря пропорциональна частоте вращения ротора, ke константа, зависит от конструкции мотора. Таким образом, если не требуется большая точность поддержания ω, можно обойтись без датчиков.

Сообщение отредактировал evgeny_ch - Oct 30 2008, 06:44

[Максим Зиновьев]

и ток 100 А

Если в D2-pak or to-220 - не верьте, это только для кристалла, а макс ток ограничивает корпус, вернее проводники от кристалла до корпусных выводов в районе 70 А .
Поставьте парочку в параллель лучше

[kotopuz]

Частоту ШИМа рекомендуют брать выше 16 КГц за гранью слышимости человеческого уха. Но если в помещении шумно, или шумит механизм, то можно и не высокую частоту брать - все равно шум заглушит писк. Номинал токосъемного 1 - 5 Ом слишком большой. При токе 2 А уже 4 Вт будем рассеивать и это для 1 Ом. И сигнал с резистора на АЦП так напрямую, без фильтра заводить не стоит.
И, ИМХО, драйвер для нижнего полевика не обязателен. Если взять что-нить не Logic Level, то сносно будет работать от ножек проца. Здесь тоже следует уменьшить номинал токосъемного резистора.

Спасибо, но повидав много двма я ставлю всегда все мощее чем надо так что на плате что я сделал и подарил стоял 10-ВТ керамический резистор- класс. Напишите пожалейста про фильтр для АЦП, интересно какай лучше подходит.

Большой ток - хорошо, а огромный - еще лучше (и с дымком) - класссс.

[haker_fox]

Напишите пожалейста про фильтр для АЦП, интересно какай лучше подходит.

Я ставил обыкновенную RC цепь (см. рисунок), с расчетом отсекать все, что длительностью меньше 1 мкс.

Большой ток - хорошо, а огромный - еще лучше (и с дымком) - класссс.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[kotopuz]

Я ставил обыкновенную RC цепь (см. рисунок), с расчетом отсекать все, что длительностью меньше 1 мкс.

Спасибо бальшое за регулятор тока )) А обратную связь ОУ не видно )) Это же самое вкусное.

[haker_fox]

Спасибо бальшое за регулятор тока )) А обратную связь ОУ не видно )) Это же самое вкусное.

Ну у меня это не совсем регулятор тока, а защита от КЗ. Да и целью-то я ставил показать не регулятор тока, а фильтр) Но вот пожалуйста, фрагмент схемы регулятора полностью)

Эскизы прикрепленных изображений

 

[Tomade]

Поставьте парочку в параллель лучше

Они в пути, почтовой посылкой. Придут - так и сделаю.
----------
А вот ещё вопрос. Движок будет потреблять десятки Ампер. Сам по себе движок работает от мостикового выпрямителя на мощных диодах (то есть без всякого сглаживающего фильтра). А как в этом случае будут себя вести IR-ки? Если их желательно питать сглаженным напряжением, то как это сделать при таких больших токах?

[igorek]

Поставь фильтр где -то на 470мкФ, думаю должно хватит,ну и выбери двойной запас по напряжению. и все будет ок. Ну и смори напряжение на транзюках, чтобы всплески С-И не были выше напряжения пробоя , желательно уменьшить индуктивность цепей так чтобы выброс был мах на 0,5-0,8 раз больше от номинала, а транзюк выбираешь с двойным запасом по напряжению. Смори еще напряжение З-И, чтобы хвостик управляющего напряжения при закрытии сильно вниз не уползал, если драйвер поддерживает порядка -10В на закрытии то всплеск должен быть мах на -15В

[Tomade]

Пришли IR3310. Методом проб и ошибок остановился на такой схеме (см. рисунок). Может, не совсем грамотно и не совсем рационально, но из имеющихся деталей, работает и IR3310 не греется с маленьким радиатором. Может, кому-то пригодится.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[NakeD]

Добрый день!
Я собрал вашу схему управления и у меня есть вопрос: как именно вы управляете схемой через ATmega?
Я использую Arduino на меге168, на 11 ногу подаю посредством шим значения.
При напряжении источника 18В, в нулевом значении 11й ноги - на двигатель выходит 5В.
При значении 10 на 11й ноге - напряжение на двигателе уже 17В и потом начинает увеличиваться по тихоньку...
Как именно управлять транзистором IRFZ?

Может кто ещё подскажет?
P.S.: если кто не понял, на Arduino выход на ноги с ШИМ задаётся числом 0-255, что соответствует 0-5 вольтам.

Вместо SFH6156 использовал PC817 Sharp
Вместо IRFZ24 - IRFZ34N

Мало ли...

P.P.S.: Всё получилось! Спасибо за схему!

[yakub_EZ]

Я не понял, как этот Ардуино без балластного резистора на излучающий диод оптопары работает?

[NakeD]

Ну по идее можно попробовать стягивающий резистор воткнуть.

P.S.: Но вообще всё отлично работает и без него.

[yakub_EZ]

Я имел в виду что диод в оптопаре (по рисунку SFH6156) или даже ваш PC817 работает как стабилитрон на напряжения порядка 2-х вольт. И при переключении ножки МК в лог 1 его питание должно просесть под это напряжение, или иначе ток через диод и соответственно вывод МК должен превысить допустимый.

[_Pasha]

P.S.: Но вообще всё отлично работает и без него.

У Вас всё в порядке в том месте, где принимаются решения? Светодиод не сгорит, там до 50 мА.
Пин выдаст 30ма, дальше - просадит питание.
Сколько такое чудо проработает? Думаю - неделю от силы. Идеальный товар для продажи в подземке

Сообщение отредактировал _Pasha - Jan 12 2012, 09:00

[NakeD]

Предлагаете поставить резистор на 220Ом перед диодом?

[wla]

Предлагаете поставить резистор на 220Ом перед диодом?

Не предлагаем, а принуждаем.. Без резистора один процессор будет жить, но недолго. А другой может сразу крякнуть.

[NakeD]

Воткнул уже, спасибо!

[Serg_el]

Насколько я понимаю, использование режима прерывистых токов (для измерения противоЭДС) возможно только при мощности двигателя значительно большей, чем требуется для конкретной нагрузки, т.е. работа в левой части механической характеристики ДПТ. Если же двигатель достаточно эффективно используется, то ток будет непрерывным. С этой целью можно измерять противоЭДС периодическим снижением тока до нуля на период измерения, например, с частотой 100 Гц при ШИМе 20кГц. При этом напряжение должно быть немного выше, чтобы средний момент был такой же, как и без измерительной паузы. Я прав или есть подводные камни?

[Herz]

А что такое снижение тока до нуля на период измерения, если не режим прерывистых токов?

[Serg_el]

Я имею ввиду не каждый период ШИМ, а например на одно снижение до нуля тока на 200 периодов ШИМа.

[DeXteR]

Я имею ввиду не каждый период ШИМ, а например на одно снижение до нуля тока на 200 периодов ШИМа.

Одно снижение на 200 периодов будет звучать некрасиво + создавать лишнее пульсации момента и тока в силовом фильтре.

Не проще ли вычислять ЭДС по закону Udc*Q - I*R Q - Скважность Udc - напряжение звена погстоянного тока R - сопротивление цепи якоря I - ток якоря.

Ну в случае значительного температурного диапазона работы обмоток ввести компенсацию уплыва R по датчику температуры
Я делаю подобное в векторном приводе без датчика - характеристики нагрузочные весьма жесткими получаются.

[Serg_el]

Одно снижение на 200 периодов будет звучать некрасиво + создавать лишнее пульсации момента и тока в силовом фильтре.

Не проще ли вычислять ЭДС по закону Udc*Q - I*R Q - Скважность Udc - напряжение звена погстоянного тока R - сопротивление цепи якоря I - ток якоря.

Ну в случае значительного температурного диапазона работы обмоток ввести компенсацию уплыва R по датчику температуры
Я делаю подобное в векторном приводе без датчика - характеристики нагрузочные весьма жесткими получаются.

Тут, собственно, проблема в том, что блок предназначен для управления ДПТ разных мощностей (от 10 до 200 Вт), сопротивление якоря придется определять автоматически, т.е. установщик не должен особо думать (и тем более измерять) - только задать скорость перемещения механизма. И, конечно же, речи быть не может о том, чтобы он устанавливал датчики температуры на двигатель. Как лучше тогда измерить сопротивление обмотки?

[MaslovVG]

Тут, собственно, проблема в том, что блок предназначен для управления ДПТ разных мощностей (от 10 до 200 Вт), сопротивление якоря придется определять автоматически, т.е. установщик не должен особо думать (и тем более измерять) - только задать скорость перемещения механизма. И, конечно же, речи быть не может о том, чтобы он устанавливал датчики температуры на двигатель. Как лучше тогда измерить сопротивление обмотки?

Определяйте сопротивление по величине пускового тока. Определить его нужно только раз при установке привода в систему и может быть выполнено при наладке. Например ввода в систему управления параметров. (трение, момент инерции, ограничения тока, постоянных времени и т.д)
Привода со стабилизацией скорости по противо-ЭДС обеспечивают стабильность скорости только несколько процентов. Для большей точности - датчик скорости (тахогенератор или прочее...)

[Serg_el]

Определяйте сопротивление по величине пускового тока. Определить его нужно только раз при установке привода в систему и может быть выполнено при наладке. Например ввода в систему управления параметров. (трение, момент инерции, ограничения тока, постоянных времени и т.д)
Привода со стабилизацией скорости по противо-ЭДС обеспечивают стабильность скорости только несколько процентов. Для большей точности - датчик скорости (тахогенератор или прочее...)

Кстати интересное решение. А что скажете по поводу измерения частоты пульсаций тока якоря для контроля скорости?

[MaslovVG]

Кстати интересное решение. А что скажете по поводу измерения частоты пульсаций тока якоря для контроля скорости?

Скорее не тока а противо ЭДС. Напряжение на клеммах двигателя имеет переменную составляющую кратную числу полюсов и скорости вращения, но сильно зашумлено. Если применить цифровую фильтрацию то возможно что то можно сделать. Но это уже задача для DSP.

[Serg_el]

Скорее не тока а противо ЭДС. Напряжение на клеммах двигателя имеет переменную составляющую кратную числу полюсов и скорости вращения, но сильно зашумлено. Если применить цифровую фильтрацию то возможно что то можно сделать. Но это уже задача для DSP.

Именно тока! Насколько я понимаю, при переключении обмоток на коллекторе происходит пульсация момента, ну и, соответственно, тока.

[DeXteR]

Именно тока! Насколько я понимаю, при переключении обмоток на коллекторе происходит пульсация момента, ну и, соответственно, тока.

Лучше забить на это=)) Там реально много помех и проблем Пульсации очень маленькие Что в токе что в ЭДС Причем зачастую делают щеточную систему с перекрытием - она съедает пульсации

Даже без компенсации сопротивления от темпиратуры обратная связь по вычисленной ЭДС отлично работает
Если нет существенного влияния размагничивающего действия тока якоря и двигатель не греется до 150 градусов 5% точности стабилизации скорости вы получите легко и просто. Из схематехники добавится тольок делитель для измерения напряжения звена постоянного тока Насколько я понял там не много вольт. Из ПО - вычисление 2 формул.