Problem powszechnego stosowania PWM przy wrzecionach CNC

Witam,

Dostrzegam iż powszechnie stosuje się modulację PWM regulowania obrotów silników wrzecion obrabiarek CNC. Stosuje się falowniki oraz silniki elektryczne o mocach rzędu pralki by móc wyrzeźbić coś np. w miękkim aluminium. Zastanawia mnie słuszność podejścia bez stosowania sprzężenia zwrotnego. Otóż im mniejsze obroty regulowane za pomocą PWM tym mniejszy jest również moment obrotowy silnika. Jeśli potrzebujemy frezować z niską prędkością obrotową, a silnik małej mocy docelowo ma np. 12000 obr/min, to dajemy niskie wypełnienie sygnału. Przy takim podejściu silnik zatrzymuje się od samego patrzenia na niego. Nadrabia się tą utratę podnosząc moc silników do kilowatów.

Jakie są Wasze doświadczenia w tej kwestii? Czy jest sens budować cyfrowy stabilizator prędkości obrotowej silnika o mniejszej mocy czy też zastosować standardowe podejście: wrzeciono napędzane kilowatami i falownik do tego?

Reply to
Marek S
Loading thread data ...

W dniu 2017-05-24 o 22:37, Marek S pisze:

Zrobiłem zasilacz na TPIC2101, działa bardzo dobrze. Ale to tylko 100W.

P.P.

Reply to
Paweł Pawłowicz [kropka] pl

Tylko czy mozna zrobic na nim feedback, zeby zwiekszyl wypelnienie PWM jak silnik jest bardziej obciazony?

Reply to
Adam Wysocki

W dniu 25.05.2017 o 13:56, Adam Wysocki pisze:

Oczywiście, fajnie to wygląda na oscyloskopie. Do tego jest ta kostka. Jedynym ograniczeniem jest napięcie zasilania, ale to daje się obejść (mój zasilacz daje 25V bez obciążenia, silnik 12V 100W, przy dużym obciążeniu napięcie na nim dochodzi do 18V, potem sterownik wyłącza zasilanie z powodu zbyt dużego prdu).

P.P.

Reply to
Paweł Pawłowicz .

Doswiadczenia nie mam. Ale teoria mowi ze przy sterowaniu falownikiem moment obrotowy jest w przyblizeniu staly. Wiec jak wysokobrotowy silnik bedzie pracowal na malych obrotach to bedzie mala moc, duzo mniejsza niz przy duzych obrotach. Czyli przy malych obrotach prawdopodobnie potrzebujesz wieksza moc (i wiekszy moment) niz ta ktora moze dac maly silnik wysokoobrotowy puszczony na male obroty. Innymi slowy jesli chcesz miec mozliwosc pracy na duzych obrotach i sensowna moc przy malych to nie unikniesz kilowatowego silnika. Lepszy stabilizator moze troche podniesc moment, ale nie z wiele bo jak przesterujesz to blachy wejda w nasycenie. Tzn. dla danego silnika masz maksymalny moment ktory mozesz z niego uzyskac i ten moment slabo zalezy od predkosci obrotowej.

Reply to
antispam

I to jest dobra podpowiedź. Jak chcesz mieć duże obroty, a jednocześnie sensowny moment przy małych, to poza zmianą gwiazda-trójkąt, czeka Cię założenie przekładni. Popularne są 2 biegowe, zębate o dziwo.

Co do sprzężenia zwrotnego (np: z enkodera na osi wrzeciona), to nie załatwia ono całkowicie problem utrzymania stałej prędkości obrotowej. Z czegoś trzeba wziąć uchyb, a to oznacza, że obroty lekko pływają przy zmianach obciążenia. Na znanych mi frezarkach, przy obrotach na poziomie

20rpm (testowo) i łapaniu wrzeciona rękoma (nie polecam jak się nie wie jak bezpiecznie to zrobić - można przeguby stracić!) można doprowadzić od chwilowego zatrzymania wrzeciona. Szczególnie przeszkadza to przy gwintowaniu na sztywno albo wytaczaniu, albo... :)

Miłego. Irek.N.

Reply to
Irek.N.

W dniu 24.05.2017 o 22:37, Marek S pisze:

Tak sobie luźno pomyślałem - może zamiast falownika i silnika asynchronicznego dać silnik szeregowy i chopperem go popędzać - przy małych obrotach będzie miał bardzo duży moment, przy dużych - niewielki. I jeszcze można mu regulować prędkość osłabianiem pola wzbudzenia. Jak w lokomotywach ;)

Reply to
Jakub Rakus

Dnia Thu, 25 May 2017 22:30:45 +0200, Irek.N. napisał(a):

Akurat w przypadku silnika asynchronicznego to jest kiepska rada.

A od silnika trzeba zaczac - co to za typ ?

Chodzi mi po glowie przekladnia elektryczna. Cewki wielosekcyjne i przelaczane rownolegle/szeregowo.

Ale to raczej pomysl na silniki DC z komutatorem - i musialby przelacznik byc na wirniku. Ciekawe, czy to by bylo lepsze niz PWM. No i ciagle spelnia zasade stalego momentu, a wiec spadajacej mocy.

Na AC tez by sie nadal, ale jako dodatkowy, bo ciagle potrzebny falownik do zmiany czestotliwosci.

Trzeba lepszy regulator :-)

... frezowaniu, jak chcial OP ?

J.

Reply to
J.F.

W dniu 2017-05-24 o 22:37, Marek S pisze: > Witam, >

Dokładnie

Reply to
Janusz

A jak mierzy obciazenie silnika? Pomiar napiecia na drenie?

Ja mam silnik 18V, mocy nie znam ale pewnie ok. 100W (jest z wkretarki). Nie potrzebuje az tyle, zasilam go na razie z 12V i PWM na 555, ale chce zrobic sterownik ze stabilizacja obrotow - czyli jak obroty spadna, to ma tak podbic wypelnienie, zeby zachowac ustawione (i odwrotnie).

Na razie mam w glowie uklad z hallotronem.

Reply to
Adam Wysocki

W dniu 26.05.2017 o 15:39, Adam Wysocki pisze:

Nie tylko, także spadku napięcia zasilającego, jest to opisane w pdf'ie.

I to jest bardzo dobrze zrealizowane w tej kostce. Problem polega na tym, że kostka wyłącza się przy wzroście napięcia zasilania powyżej 18V. Ominąłem to podłączając zasilanie przez zenerkę 10V, przy pinie zasilania kostki jest 100nF ceramik i 4.7uF elektrolit. Za czujnik prądu robi kawałek przewodu, trochę to partackie, ale działa.

Stracisz dwa tygodnie na dobieranie parametrów regulacji, a i tak nie uzyskasz tego, co daje ta kostka.

Pozdrawiam, Paweł

Reply to
Paweł Pawłowicz .

W dniu 2017-05-24 o 22:37, Marek S pisze:

Chyba nie rozumiesz problemu. Jeśli potrzebujesz taktować silnik wysoką częstotliwością, żeby uzyskać 12 kRPM, to musi mieć on odpowiednio małą indukcyjność uzwojeń, bo inaczej indukcyjność zadziała jak filtr dolnoprzepustowy i będziesz mieć prąd stały a nie szybkozmiennny :)

Natomiast mała indukcyjność = duża moc przy 50 Hz. Chyba o to chodzi z tym "podnoszeniem mocy"?

Teraz robię przy silnikach SRHT (Slow Revolution High Torque) i tam jest ten sam problem, tylko że w drugą stronę.

Reply to
SnCu

W dniu 2017-05-26 o 12:54, Janusz pisze:

Hej,

Być może nie do końca ogarniam temat. Sam w swojej CNC mam PWM, które bezpośrednio wychodzi na silnik. W zasadzie tylko ta obserwacja spowodowała niewłaściwą interpretację działania falownika. Tak czy owak pozostaje kwestia sprzężenia zwrotnego. Obojętne czy sinus, czy kwadrat trafia na silnik (dodam dla innych, że mam silnik 48V i 200W, zamierzam zastosować 500W) to i tak oczekiwałbym jakiejś kompensacji obrotów w takt oporów pracy wrzeciona CNC.

Serio? Nie spodziewałem się tego. Jak jest zatem realizowany feedback?

Szczególnie w wysokoobrotowych, które są potrzebne w naszej branży... Ale logicznie nie za bardzo mogę pogodzić się z taką interpretacją. Otóż jeśli np. chcemy uzyskać przykładowo 500 obr/min z silnika 12000 obr/min to danie silnikowi "kopa" gdy osiąga on np. 490 obr/min pod narastającym obciążeniem jest bezcelowe?

Reply to
Marek S

W dniu 2017-05-26 o 17:53, Marek S pisze:

No tak ja pisałem o silnikach 3 fazowych i 230/400V a ty masz silnik bocznikowy albo coś koło tego. Dla takich silników trzeba tacho.

Dla bocznikowych tacho dla 3F falownik mierzy sobie prądy w gałęziach i wg tego i dość skomplikowanego algorytmu steruje.

Wysokoobrotowe mają bardziej zwartą budowę, specjalne łozyska i wtedy nominalna częstotliwość ich zamiast 50hz jest np 400hz albo i więcej.

Falownika nie zmusisz do większego kopa.

Reply to
Janusz

W dniu 2017-05-26 o 16:55, SnCu pisze:

Hmmm, zgodzę się z Tobą, że nie analizowałem problemu pod tym kątem. Ale to nie rozwiązuje moich wątpliwości szczególnie, że PWM przy pełnej mocy zamienia się w DC. Wyjaśnię, że obecnie mam właśnie silnik DC. Rozważam w wątku użycie AC oczywiście.

Tak więc nie bardzo qmam dlaczego silnik DC (nominalnie 12k obr) pracujący pod obciążeniem przy jakimś wypełnieniu PWM daje obroty powiedzmy 490 (żądamy przykładowo 500), zmieniając wypełnienie PWM do

100%, czyli DC, nie dostarczy mu mocy do podniesienia obrotów do żądanej wartości...

Właśnie też przeczytałem, że kolega Janusz zastosował specjalizowany układ TPIC2101 do stabilizacji obrotów. Skoro produkuje się takowe, to chyba jednak coś uzasadnia ich istnienie na rynku?

Reply to
Marek S

W dniu 2017-05-26 o 19:49, Janusz pisze:

Tak, mam silnik DC, choć niekoniecznie chciałem się w wątku ograniczać do niego. Ale z tego co czytam z Waszych wypowiedzi robi to jednak zasadniczą różnicę.

Tak więc właśnie myślałem o zastosowaniu "tacho" do stabilizacji obrotów silnika DC. Jednakże ponieważ nikt(?) tak nie robi, pomyślałem, że jakaś przyczyna takiego stanu rzeczy więc nie ma co się porywać z motyką na słońce.

Dzięki za wyjaśnienie. Przy AC faktycznie to da się zrobić :-)

A w przypadku silnika DC sterowanego PWM?

Reply to
Marek S

Dlaczego? Falowniki mają problem z popędzeniem silnika znacznie powyżej znamionowych prędkości obrotowych właśnie z powodu niewystarczających napięć. Tutaj bierzesz silnik pracujący w gwieździe i pędzisz go do znamionowej (tak naprawdę to przełączenie warto zrobić niżej), a później przełączasz w trójkąt i znów masz zapas w napięciu zasilania, możesz kręcić jeszcze wyżej. :) Gdybyś chciał to zrobić od razu w trójkącie - da się, ale na dzień dobry jesteś na wyższych prądach w uzwojeniach, a to kosztuje mocniejszy falownik.

Zwykłe klatkowce z enkoderami na osi. To rozwiązanie udaje takie budżetowe serwo.

No patrz, a wyżej piszesz, że nie rozumiesz g-t.

Wiesz, tutaj nie chodzi o żadną moc. Ma być moment jak się da największy i jak to możliwe najdalej na osi prędkości. Tylko tyle. To że przy okazji wychodzą napędy po 22kW na wrzecionach, to już nie ma znaczenia. Każdy taki napęd i tak przegrywa z układem z przekładnią. Nie możesz dać zbyt dużej masy wirującej, aby uzyskać w miarę stałą prędkość (koło zamachowe), bo będziesz długo rozpędzał i jeszcze dłużej hamował, a przy małych prędkościach obrotowych "zamach" i tak nie będzie działał.

Też, jak masz małe prędkości obrotowe, to frezowanie dużą głowiczką o małej ilości zębów znacząco może modulować prędkość skrawania. To zapewne nie ten przypadek, ale ogólnie...tak właśnie jest.

Tak przy okazji, największe serwo jakie instalowałem miało 130Nm. Na wrzeciono się kompletnie nie nadawało. Obroty znamionowe 2500rpm, waga 99kg. We frezarce za to klatkowiec kręci do 12000rpm i moment maksymalny ma

122Nm. Waga...nie wiem...40kg?

Miłego. Irek.N.

Reply to
Irek.N.

Dlaczego? Falowniki mają problem z popędzeniem silnika znacznie powyżej znamionowych prędkości obrotowych właśnie z powodu niewystarczających napięć. Tutaj bierzesz silnik pracujący w gwieździe i pędzisz go do znamionowej (tak naprawdę to przełączenie warto zrobić niżej), a później przełączasz w trójkąt i znów masz zapas w napięciu zasilania, możesz kręcić jeszcze wyżej. :) Gdybyś chciał to zrobić od razu w trójkącie - da się, ale na dzień dobry jesteś na wyższych prądach w uzwojeniach, a to kosztuje mocniejszy falownik.

Zwykłe klatkowce z enkoderami na osi. To rozwiązanie udaje takie budżetowe serwo.

No patrz, a wyżej piszesz, że nie rozumiesz g-t.

Wiesz, tutaj nie chodzi o żadną moc. Ma być moment jak się da największy i jak to możliwe najdalej na osi prędkości. Tylko tyle. To że przy okazji wychodzą napędy po 22kW na wrzecionach, to już nie ma znaczenia. Każdy taki napęd i tak przegrywa z układem z przekładnią. Nie możesz dać zbyt dużej masy wirującej, aby uzyskać w miarę stałą prędkość (koło zamachowe), bo będziesz długo rozpędzał i jeszcze dłużej hamował, a przy małych prędkościach obrotowych "zamach" i tak nie będzie działał.

Też, jak masz małe prędkości obrotowe, to frezowanie dużą głowiczką o małej ilości zębów znacząco może modulować prędkość skrawania. To zapewne nie ten przypadek, ale ogólnie...tak właśnie jest.

Tak przy okazji, największe serwo jakie instalowałem miało 130Nm. Na wrzeciono się kompletnie nie nadawało. Obroty znamionowe 2500rpm, waga 99kg. We frezarce za to klatkowiec kręci do 12000rpm i moment maksymalny ma

122Nm. Waga...nie wiem...40kg?

Miłego. Irek.N.

Reply to
Irek.N.

W dniu 2017-05-26 o 20:18, Marek S pisze:

Dokładnie.

Da się, ale trzeba sprawdzić jak teraz on pracuje np czy się grzeje i jak mocno, jeżeli się nie grzeje to można próbować podnieść napięcie zasilania sterownika ale trzeba zwracać uwagę ile sterownik wytrzyma. Podnosimy i sprawdzamy czy silnik się nie pali, czy za mocno grzeje. Ale wg mojej wiedzy więcej niż 20-40% nie wydusisz, a jak on się już teraz mocno grzeje to nic nie zrobisz.

Reply to
Janusz

W dniu 2017-05-26 o 20:06, Marek S pisze:

Bo mu momentu i mocy brakuje, dawanie większego napięcia i prądu zwiększa tylko jego grzanie.

To nie ja :)

Reply to
Janusz

ElectronDepot website is not affiliated with any of the manufacturers or service providers discussed here. All logos and trade names are the property of their respective owners.