Какую частоту ШИМ выбрать для DC двигателя?

[Satanny]

Здрасьте!

Давно строю радиомодель. На борту 2 двигателя 12вольт по 200ватт, на каджый по транзистору и драйверу. Управляются через ШИМ ардуины. Также на моторах по конденсатору на 1мкФ и диод шотки в обратную сторону. Изначально использовал частоту модуляции 32кГц и, похоже, из-за индуктивности на высоких оборотах периодически пробивало транзисторы.  Как бы они не дешевые и сильно не поэкспериментируешь. Методом тыка выставил частоту 125Гц. Тяга на малых оборотах стала гораздо лучше, транзисторы перестало пробивать. Но не обратил внимание что на этой частоте полевики адово грелись и в один прекрасный момент один из них взорвался) 

Поднял частоту до 250Гц, транзисторы перестали греться, все прекрасно, но вот теперь моторы через минуту под нагрузкой становятся как печки. (раньше такого не было) Я знаю про высокочастотные контуры чуть больше чем ничего. Это хобби выходного дня и не хотелось бы читать много умных книгов. Подскажите может есть какие нибудь зависимости частот, индуктивностей, емкостей понятные нубу? Или еще какие советы. Буду очень рад ответам 

https://www.youtube.com/watch?v=9LdXdUZLYJ0 я знаю что колеса не отбалансированы)

[Реклама]

Реклама: ООО ТД Промэлектроника, ИНН: 6659197470, Тел: 8 (800) 1000-321

[motoandrey14]

Если есть конденсатор, должен быть дроссель!

ШИМ ниже 400Гц я бы не стал делать. 25кГц, но с дросселем обязательно, перестанет пробивать, и должно всё работать.

Изменено 18 марта, 2018 пользователем motoandrey14

[Реклама]

20% скидка на весь каталог электронных компонентов в ТМ Электроникс!

Акция "Лето ближе - цены ниже", успей сделать выгодные покупки!

Плюс весь апрель действует скидка 10% по промокоду APREL24 + 15% кэшбэк и бесплатная доставка!

Перейти на страницу акции

Реклама: ООО ТМ ЭЛЕКТРОНИКС, ИНН: 7806548420, info@tmelectronics.ru, +7(812)4094849

[Berg]

4 часа назад, Satanny сказал:

и не хотелось бы читать много умных книгов

а на киношку сил хватит?)

 

Изменено 18 марта, 2018 пользователем Berg

[Реклама]

Выбираем схему BMS для корректной работы литий-железофосфатных (LiFePO4) аккумуляторов

 Обязательным условием долгой и стабильной работы Li-FePO4-аккумуляторов, в том числе и производства EVE Energy, является применение специализированных BMS-микросхем. Литий-железофосфатные АКБ отличаются такими характеристиками, как высокая многократность циклов заряда-разряда, безопасность, возможность быстрой зарядки, устойчивость к буферному режиму работы и приемлемая стоимость. Но для этих АКБ, также как и для других, очень важен контроль процесса заряда и разряда, а специализированных микросхем для этого вида аккумуляторов не так много. Инженеры КОМПЭЛ подготовили список имеющихся микросхем и возможных решений от разных производителей. Подробнее>>

Реклама: АО КОМПЭЛ, ИНН: 7713005406, ОГРН: 1027700032161

[musa56]

7 часов назад, motoandrey14 сказал:

25кГц, но с дросселем

25 кГц для двигателя много. Обычно сотни герц. Ну или в крайнем случае единицы килогерц

[Mishany]

а драйвер есть мосфета?

[Satanny]

34 минуты назад, Mishany сказал:

а драйвер есть мосфета?

Да, стоит драйвер. На 3 ампера, насколько помню.

8 часов назад, motoandrey14 сказал:

Если есть конденсатор, должен быть дроссель!

ШИМ ниже 400Гц я бы не стал делать. 25кГц, но с дросселем обязательно, перестанет пробивать, и должно всё работать.

Забыл указать, дроссель стоит после транзистора,  но вот диод около мотора. Извиняюсь за отсутствие схемы, постоянно допаиваю  на коленке(

[Satanny]

Добавил свою схемку

[getshket]

D1 не правильно стоит

[Satanny]

8 часов назад, Berg сказал:

а на киношку сил хватит?)

 

Вот картинка с затвора транзистора под нагрузкой, если еще приблизить - фронты  80нс

Изменено 19 марта, 2018 пользователем Satanny

[Satanny]

38 минут назад, getshket сказал:

D1 не правильно стоит

 А как оно  должно быть?

[Vslz]

Дроссель на свободно висящий сток никогда не подключают, только внутри контура диод-мотор. В большинстве случаев дроссель нафиг не нужен - обмотки двигателя имеют индуктивность до 1 миллиГенри, больше любого внешнего дросселя.

Конденсатор параллельно мотору - ошибка. С ним будет гореть ключ. Тем более, параллельно диоду Шоттки - бессмысленно. Правильна нижняя схема в сообщении @motoandrey14 , первая схема там же - допустима. Частоту ШИМ поставить в диапазоне 5-20 кГц. Ниже будет слышен свист, выше - ничего особенно не улучшится, только коммутационные потери в ключе возрастут. Мотор от высокой частоты заметно сильнее греться не станет - размах ВЧ-пульсаций тока мотора пренебрежимо мал, и чем частота выше, тем ниже размах. А именно он и греет сталь ротора вместе с частотой. Выбор частоты ШИМ - период ШИМ должен быть короче постоянной времени якоря: fsw>Rя(Ом)/Lя(Гн). То есть, для мотора шуруповерта с Rя=0,3Ом и Lя=300мкГн, надо не менее 1кГц, а лучше 3-5.

Не забудьте электролит около выходного ключа по цепи питания (между катодом диода Шоттки и истоком). Электролит при работе нагружен током, поэтому, число параллельных конденсаторов зависит от тока двигателя. Неплохо бы для защиты от помех, небольшой дроссель перед конденсаторами. 

Изменено 19 марта, 2018 пользователем Vslz

[Satanny]

32 минуты назад, Vslz сказал:

Дроссель на свободно висящий сток никогда не подключают, только внутри контура диод-мотор. В большинстве случаев дроссель нафиг не нужен - обмотки двигателя имеют индуктивность до 1 миллиГенри, больше любого вашего дросселя.

Конденсатор параллельно мотору - ошибка. С ним будет гореть ключ. Тем более, параллельно диоду Шоттки - бессмысленно. Правильна нижняя схема в сообщении @motoandrey14 , первая схема там же - допустима. Частоту ШИМ поставить в диапазоне 5-20 кГц. Ниже будет слышен свист, выше - ничего особенно не улучшится, только коммутационные потери в ключе возрастут. Мотор от высокой частоты заметно сильнее греться не станет - размах ВЧ-пульсаций тока мотора пренебрежимо мал, и чем частота выше, тем ниже размах. А именно он и греет сталь ротора вместе с частотой. Выбор частоты ШИМ - период ШИМ должен быть короче постоянной времени якоря: fsw>Rя(Ом)/Lя(Гн). То есть, для мотора шуруповерта с Rя=0,3Ом и Lя=300мкГн, надо не менее 1кГц, а лучше 3-5.

Не забудьте электролит около выходного ключа по цепи питания (между катодом диода Шоттки и истоком). Электролит при работе нагружен током, поэтому, число параллельных конденсаторов зависит от тока двигателя. Неплохо бы для защиты от помех, небольшой дроссель перед конденсаторами. 

Спасибо, попробую что то изобразить. А какие функции выполняет дроссель по питанию на вашей схеме?

[Vslz]

У вас от источника питания, кроме моторов, наверное, еще что-то питается? Чтобы вся линия питания не была загажена пульсациями, нужен небольшой дроссель - пробка. Достаточно дросселя от +12 или +5В канала компьютерного ИИП. То, о чем я говорил, я проверял практически, на достаточно мощном моторе, можно посмотреть тут.

[Satanny]

15 минут назад, Vslz сказал:

У вас от источника питания, кроме моторов, наверное, еще что-то питается? Чтобы вся линия питания не была загажена пульсациями, нужен небольшой дроссель - пробка. Достаточно дросселя от +12 или +5В канала компьютерного ИИП. То, о чем я говорил, я проверял практически, на достаточно мощном моторе, можно посмотреть тут.

Ага, лишним не будет

[Vslz]

17 часов назад, Satanny сказал:

я знаю что колеса не отбалансированы

Если уж взялись за ШИМ, вам надо с электронным торможением. IR2104+пара ключей по схеме синхронного выпрямления. При торможении зря энергию в тепло переводить не будете.

[Satanny]

1 час назад, Vslz сказал:

Если уж взялись за ШИМ, вам надо с электронным торможением. IR2104+пара ключей по схеме синхронного выпрямления. При торможении зря энергию в тепло переводить не будете.

Первые образцы регулятора были такими, но из-за проблем с выгоранием ключей пришлось максимально упростить и оставить только передний ход на период отладки. Если разгоном все сложится - приступлю к гидравлическим тормозам)

[Satanny]

Спасибо всем кто откликнулся! Пришел к частоте 1кГц, ниже - сильнее греется мотор, выше - уменьшается тяга. Оставил конденсатор на моторе, с ним увереннее идет на низах. Еще добавил силовой конденсатор рядом с ключем.  Провел всякие нагрузочные тесты. Пока ничего не сгорело)

 

[Vslz]

3 часа назад, Satanny сказал:

Оставил конденсатор на моторе, с ним увереннее идет на низах.

Продолжается ходьба по граблям? Какой смысл манипулировать частотой, если ваша схема в любом случае насилует ключ, а теперь еще и электролит огромными импульсами перезарядки конденсатора, которому не место у мотора. С чего начали, тем и закончили. Ждите, пока ключ выгорит.

[Vslz]

Просимулировал ваше безобразие, чтобы показать, к какому некрасивому результату оно приводит.

Сначала - с конденсатором 1мкФ параллельно обмотке мотора. Ток мотора около 7А, амплитуда тока ключа 210А, пиковая мощность на ключе при включении - 2,4кВт, среднюю даже не интересно знать. С учетом реальных сопротивлений и ESR конденсаторов, будет меньше раза в два, но это не дело в любом случае. Помеха на шине питания - 4В пик-пик.  В общем, хрень какая-то:

Скрытый текст

А тут - как должно быть (при частоте 11 кГц): Никаких стрессов .

Скрытый текст

 

Изменено 20 марта, 2018 пользователем Vslz

[Satanny]

58 минут назад, Vslz сказал:

Просимулировал ваше безобразие, чтобы показать, к какому некрасивому результату оно приводит.

 

Благодарствую за помощь. Но на практике почему то происходит другое. Аккум слегонца подсел, напряжение на нем 11.1В. Осцил подключен к шине питания. Это диаграмма с подключенной емкостью. Примерно 50% заполнения, мотор под нагрузкой.

Аналогичная иллюстрация но без емкости. Появились провалы по питанию.

И насчет токов ключей есть сомнения. При таких цифрах они бы моментально раскалились. А на практике они комнатной температуры. Может быть у меня моторы странные? У них ток холостого хода 7А, под нагрузкой я смог замерить больше 20А, точно сказать не могу мультиметр на 10А, когда увидел зашкал - выдернул его по быстрому.

Изменено 20 марта, 2018 пользователем Satanny

[Vslz]

55 минут назад, Satanny сказал:

насчет токов ключей есть сомнения

если есть сомнения - низкоомный и низкоиндуктивный шунт в цепи истока поможет их развеять.

56 минут назад, Satanny сказал:

При таких цифрах они бы моментально раскалились. ...Может быть у меня моторы странные?

У вас при простреле они раскалялись? Всяко может быть. Окончательную схему с типономиналами и трассировкой вы не выкладывали.

[Satanny]

1 час назад, Vslz сказал:

если есть сомнения - низкоомный и низкоиндуктивный шунт в цепи истока поможет их развеять.

У вас при простреле они раскалялись? Всяко может быть. Окончательную схему с типономиналами и трассировкой вы не выкладывали.

У меня где то валялся шунт с токовой головкой, поищу в гараже. 

Раскалялись только на 125Гц. Раньше когда использовал 32кГц сильно нагреться не успевали. Гдето на 70 градусах внезапно пробивало. При текущих тестах 500-4000Гц холодные совсем. По сути сейчас нет вопросов по ключам, больше беспокоит нагрев моторов. 

[Vslz]

На 125Гц форма тока через моторы - треугольные импульсы с большой амплитудой, значительно выше среднего значения. Коллектору моторов от такого ШИМ не поздоровится.

У моторов типа ваших есть окна для самовентиляции и центробежная крыльчатка у коллектора. Проверьте, что есть свободный доступ воздуха ко всем окнам.

[Satanny]

17 минут назад, Vslz сказал:

На 125Гц форма тока через моторы - треугольные импульсы с большой амплитудой, значительно выше среднего значения. Коллектору моторов от такого ШИМ не поздоровится.

У моторов типа ваших есть окна для самовентиляции и центробежная крыльчатка у коллектора. Проверьте, что есть свободный доступ воздуха ко всем окнам.

Да, с доступом воздуха все нормально. Нагрев идет из района щеток. Нашел шунт дома, с маркировкой 50A 75mV. Подключил осцил на сток - какаято мешанина со всплесками до 50миливольт не сильно отличимых от фоновых шумов. Вечером подрублю на исток, долго разбирать регулятор.

[Vslz]

Нужен SMD резистор миллиом 5-10, прямо в разрыв дорожки истока ключа. И даже не смотря на это, всплески по 50мВ говорят о пиках тока 50А*50мВ/75мВ=33А. А должно быть примерно на уровне потребления мотора + 1..3А.