Conducción de motores de CC de imanes permanentes a través de PWM

RESUMEN:

Actualmente estoy tratando de terminar un proyecto de bricolaje en el que he estado trabajando durante un tiempo: construir una rueda de alfarero eléctrica. Adquirí una caminadora y recuperé algunas partes buenas de ella, y pensé que esta sería una excelente manera de ponerla en uso. Desafortunadamente, cuando reuní todo y después de algunas pruebas, cometí un crimen terrible: se me cayó una arandela en la placa del controlador del motor MC-60. Como habrás adivinado, en mi próxima puesta en marcha había humo mágico por todas partes.

Así que tengo todo el montaje físico terminado, y un motor de cinta de correr en buen estado sin fuente de alimentación. Así que me estoy aventurando a rescatar y construir la mía, sin gastar $50-$100 en una placa nueva si puedo evitarlo.

Estuve leyendo un poco durante las últimas semanas y llegué a la conclusión de que el suministro de PWM ofrece el par más constante, y esto era lo que me preocupaba. No quiero que la cosa esté entrecortada y con un par bajo, así que voy a hacer algunas reducciones físicas con poleas/engranajes para poder mantener una cantidad decente de par en el motor.

Completé mi circuito PWM con la ayuda rápida de Netduino aislado con Opto para conducir mosfets. Todo parece estar bien, sí, tendré que ajustar los componentes a diferentes voltajes a medida que avanza el tiempo.

PREGUNTA:

Sé que no tengo que conducir esta cosa con 90vdc completos para obtener la pequeña cantidad de toque/rpm que necesito, ¿correcto? Quiero decir que es una rueda de alfarero, no un torno. Pensé que podría necesitar 30-40vdc max, ¿o es una mala suposición? ¿Reducirá esto drásticamente mi torque a un nivel inutilizable? Realmente me gustaría evitar lidiar con 90vdc PWM, eso parece una exageración.

PROPUESTA:

Mi teoría sobre la fuente de alimentación es que simplemente podría usar un transformador para reducir un voltaje de 110 V CA a ~ 50 V CA (o lo que sea necesario) y luego rectificar y suavizar este voltaje de CC resultante hasta un límite utilizable. Luego conduzca esto a través del MOSFET, al "embrague" (que ayuda a suavizar aún más cualquier ondulación), al motor. ¿Voy en la dirección correcta o estoy subestimando algo aquí? Realmente no quiero gastar más dinero en componentes hasta que pueda estar seguro de que es la forma correcta de hacerlo. Tampoco quiero desperdiciar dinero en un tablero de control que es completamente excesivo para mis necesidades. Todo lo que necesito es un simple encendido/apagado con un poco de control de velocidad, nada realmente específico.

Gracias por cualquier ayuda.

Motor Specs:

Permanent Magnet DC Motor

Electrical Rating: 
    @130vdc  2.5hp  6700rpm 18amps  
    Continuous Duty  @95vdc 1.5 hp

AGREGADO:

Acabo de darme cuenta de que probablemente sería mejor mantener un voltaje más alto para mantener la mayor cantidad de par posible y ajustar el ciclo de trabajo. En lugar de ajustar el voltaje para decir 60vdc y luego PWM eso...

PWM es una técnica para generar el equivalente de un voltaje de CC constante: no mejora las características de par de los motores de CC más que un simple voltaje de CC equivalente. En los motores de CC, los circuitos de monitoreo de corriente bastante simples pueden mejorar las características de par a una velocidad casi constante, independientemente de los cambios de carga.
Sí, sry, estaba pensando en otra cosa. PWM a 90vdc mantendrá un mejor par que variar el voltaje para ajustar la velocidad... eso es lo que estaba pensando. No es que le dé más torque que la fuente constante equivalente.
Sabes, si buscas "circuitos de motor de CC de velocidad constante", es posible que obtengas un circuito bastante simple que te brinde una característica de par realmente buena. Lo he usado en motores de CC que impulsan pequeñas cintas transportadoras. el motor pierde velocidad (debido al peso) pero... casi nada con el circuito al que me refiero, ¿es este el tipo de idea que está buscando?
El ajuste de velocidad no es tan necesario en este momento, un circuito de velocidad constante que funcione podría modificarse más tarde para permitir algún tipo de control de velocidad, así que sí, probablemente tomaré esta ruta en los próximos días para ver si será más fácil/diferente en Muchas maneras. Gracias por la sugerencia.

Respuestas (3)

Un montón de problemas:

  1. ¿Estás seguro de que tienes un motor DC con escobillas? Este tipo tiene sólo dos conexiones. Simplemente aplica voltaje y gira, que es lo que está asumiendo en el resto de su pregunta. Todo lo que dijiste es que el motor tiene imanes permanentes y es "CC", lo que aún podría dejar otras posibilidades, como un motor de CC sin escobillas. Esos son mucho más complicados de conducir. Esos tienen mucho más que dos cables saliendo, generalmente 3 para las bobinas de accionamiento y 5 para los sensores Hall.

  2. $ 50- $ 100 suena como la forma más económica de resolver este problema a menos que valore su tiempo en centavos por hora. Si se trata de un motor de CC sin escobillas, entonces está por encima de su cabeza.

  3. Ya sea que haga funcionar el motor con 60 V, 120 V o algo más, esa alimentación de CC todavía tiene que venir de alguna parte. Esto es independiente de cómo podría cambiarlo aplicando algo como PWM, por ejemplo. En otras palabras, aún necesita algún tipo de fuente de alimentación.

  4. PWM de alguna manera no proporciona un par más constante. PWM es simplemente una técnica para modular el voltaje efectivo del motor mientras comienza con el mismo suministro de CC y desperdicia relativamente poca energía en el proceso.

    Los sistemas que impulsan motores con PWM también suelen tener retroalimentación de velocidad o posición. Si la retroalimentación se usa para mantener constante la velocidad del motor, entonces puede parecer que el motor tiene un par alto sin salir disparado cuando se retira la carga. Sin embargo, esto se debe a la capacidad de modular el accionamiento del motor y un lazo de servo con retroalimentación. PWM es un medio para modular el accionamiento del motor, pero por sí solo no obtiene más par del motor.

  5. Dado que PWM es una técnica para presentar un voltaje aparente más bajo al motor que la fuente de alimentación de CC sin procesar de la que se deriva, debe usar la fuente de voltaje más alta que el motor pueda manejar.

    El voltaje de accionamiento del motor aparente es el voltaje de CC sin procesar multiplicado por el ciclo de trabajo de PWM. Por ejemplo, si comienza con un suministro de 120 V CC pero el motor solo necesita 30 V para girar a la velocidad que desea con la carga que le va a presentar, entonces un ciclo de trabajo PWM de 30V / 120V = 1/4 será hágalo, asumiendo que la frecuencia PWM es lo suficientemente alta para que el motor no reaccione a los pulsos PWM individuales. Digamos que la frecuencia PWM es de 25 kHz, que es una frecuencia común para hacer funcionar los motores. Eso significa que el período PWM es de 40 µs. Para hacer efectivos 30 V con 120 V de entrada, encendería el motor durante 10 µs cada 40 µs, o 10 µs encendido y 30 µs apagado.

  6. Dice que le preocupa el par, pero parece que lo que realmente quiere es una velocidad constante. Si es así, un bucle de servo en el micro que controla el ciclo de trabajo de PWM a lo que sea necesario para mantener la velocidad establecida dará un "torque" más aparente que la fuerza bruta al reducir el motor hasta el punto en que cualquier variación de carga le dé no importará mucho en el motor.

El motor tiene 4 cables, dos azules, uno negro y rojo. Los cables azules son para conectar un interruptor térmico. Así me imaginé cepillado. Aunque no lo desarmó. Entiendo las frecuencias y voltajes de PWM en un buen grado, como dije, tengo ese circuito funcionando a mi gusto. La fuente de alimentación es la verdadera pregunta, pero también la ha abordado. Gracias por la respuesta, y sí, tiene razón, me preocupa la velocidad constante, no el par. Estaba pensando en un mejor torque, velocidades más consistentes con cargas variables.
Otro punto, usted dice que la solución de $ 50-100 sería la más barata en cuanto al tiempo invertido. Bueno, considero que el tiempo de aprendizaje es muy bien empleado. Además, probé el MC-60 que venía con él y latía muy mal a velocidades mediocres. No quería tener que conducirlo al máximo y reducirlo como se ha discutido, pero esa podría ser inevitablemente una ruta decente a seguir.

Si desea par, no necesita preocuparse demasiado por el voltaje de la unidad: es la corriente de la unidad de la que debe preocuparse. Tiene una potencia nominal de 18 amperios; asegúrese de que el circuito de su unidad pueda manejar al menos esa cantidad de corriente sin tensión.

Básicamente, el voltaje controla la velocidad (con cargas ligeras), la corriente controla el par. Si el motor está muy cargado (próximo a calarse), el alto voltaje de accionamiento no lo ayudará; es más actual lo que necesitas.

Mida la resistencia de CC del motor: si es de 2 ohmios, necesitará conducir al menos 36 V para pasar 18 amperios a través de él en la parada: los voltajes más altos solo aumentarán el par si permite más corriente (y por lo tanto más calentamiento). Probablemente sea alrededor de 1 ohm...

Reducirlo a través de correas o similar es correcto: eso multiplica el par para la misma corriente: o permite el mismo par en la rueda para menos corriente y mayor velocidad (mayor voltaje) en el motor, y una mayor eficiencia del motor como un plus.

Por cierto, trabajé en un torno de alfarero industrial en 240V-land: los fabricantes me dijeron que habían probado los controladores de velocidad electrónicos y volvieron a Variacs, encontrándolos mucho más tolerantes al abuso de alta corriente de los motores parados. Por lo tanto, no me sorprende que el controlador original le haya resultado insatisfactorio a bajas velocidades. EDITAR: estos eran motores universales; igualmente feliz en CA o CC (porque el campo magnético fue generado por una bobina, no por un imán permanente). Los Variacs producían voltaje de CA variable; no había necesidad de convertir a CC (pero tendría que hacerlo, si quisiera usar un Variac con su motor PM)

¡Gracias por la útil respuesta/información! Entonces, ¿está diciendo que básicamente usaron Variacs para ajustar la cantidad de CA que ingresa al circuito de accionamiento del motor? ¿Ajustando así la salida DC y la velocidad del motor?
Ah, sí, y la resistencia está un poco por encima de 2... más cerca de 2,5. Por lo tanto, voy a necesitar ~ 45v para satisfacer las necesidades actuales en el estancamiento.
Antes de que te dejes llevar por intentar obtener el par máximo en la parada, debes considerar lo que realmente pretendes hacer con ese par y la dinámica en juego. Tienes la intención de hilar arcilla húmeda, ¿verdad? Bueno, ¿importa si la rueda gira instantáneamente, o estaría bien si demorara un segundo o quizás dos? Cuando no estás trabajando la arcilla, la rueda es esencialmente una carga inercial. Puede obtener una capacidad de respuesta razonable con mucho menos que el 18A. Además, si su controlador de velocidad es capaz de 18A, ¿qué sucede si alguien de alguna manera queda atrapado en las obras? El par máximo no siempre es bueno.
@justjeff: buena pregunta; hable con un alfarero... ese trozo de arcilla húmeda está sujeto a un manejo rudo a MUY baja velocidad antes de girarlo, antes de equilibrarlo. (De lo contrario ... pesado proyectil húmedo :-). Me dijeron en uigpottery.co.uk/index.php que una buena rueda es aquella que solo puedes mantener parada usando la mayor parte de tu fuerza, sin disparar su interruptor. Si alguien queda atrapado en él, quite el pie del pedal.

Su motor necesitará más de 30 V CC para funcionar (supongo).

Puedes controlarlo con PWM a 95V.

PWM es en realidad una señal rectangular, con ciclo de trabajo variable.

20MHz no es factible para este tipo de circuito
Puedo hacer funcionar la cosa desde una fuente directa de 12v, simplemente no tendrá ningún torque para impulsar una correa o engranaje... Y estaba leyendo en otra parte que el MC-60 solo tiene una salida máxima de alrededor de 50vdc porque nadie podría correr rápido suficiente para mantenerse al día con 90vdc completos a través del motor. Así que es por eso que terminé diciendo un voltaje más bajo... sin embargo, es por eso que estoy aquí. ¿Debería conducirlo con PWM ~ 90vdc en un ciclo de trabajo del 50%? Resultando en ~ la mitad del voltaje/velocidad a través del motor. Por lo tanto, manteniendo el par máximo ... Realmente esperaba evitar voltajes tan altos por el costo del componente.
Conducción de motores de CC de imanes permanentes a través de PWM
RespuestasAquíPolítica de privacidad1y, 0v