Problem powszechnego stosowania PWM przy wrzecionach CNC

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

Sorry, ale to teraz ja przestałem rozumieć, myślałem że mówiliśmy o silnikach AC (a)synchronicznych: klatkowych albo magnesowych. W tych silnikach gonisz go sinusoidą albo prostokątem, ale dla danego napięcia zasilającego istnieje graniczna częstotliwość powyżej której już silnika nie pogonisz szybciej, bo bezwładność magnetyczna uzwojeń spowoduje, że przestaną reagować na pulsowanie napięcia. W tym momencie albo podnosimy napięcie, co jest drogie, bo wymaga lepszej izolacji uzwojeń, albo zmniejszamy indukcyjność, co jest tanie, bo mniej drutu się nawinie.

Natomiast teraz piszesz, że masz silnik DC i jak tak piszesz, to rozumiem, że masz na myśli silnik *komutatorowy*? Bo silnik "DC hallotronowy" to jest tak naprawdę silnik AC synchroniczny magnesowy tylko z wbudowanym falownikiem na hallotronie.

No to w silniku DC to jest zupełnie inna sprawa, bo jego trzeba w zasadzie zasilać prądem stałym, a przynajmniej jednokierunkowym z PWM. To jest coś innego niż falownik, bo przy falowniku chodzi o wytworzenie przebiegu przemiennego, a w PWM tylko regulujemy średnią wartość napięcia stałego - to w tym przypadku indukcyjność uzwojeń działa na korzyść, bo wygładza napięcie.

Na silnikach komutatorowych to ja się za bardzo nie znam, z teorii wiem, że większe obroty uzyskuje się przez osłabienie pola wzbudzenia, a to również będzie obserwowane jako zwiększenie mocy.

Reply to
SnCu
Loading thread data ...

W dniu 2017-05-26 o 22:38, Janusz pisze:

Silnik wcale się nie grzeje. Moc jego to 200W chłodzenie powietrzne. Czy tylko podnoszenie napięcia ma sens? Na chłopski rozum tak nie powinno być. Przykładowo, jeśli silnik za pomocą powiedzmy 20% wypełnienia PWM dale obroty 1000, przykładam materiał do obróbki, obroty spadają do 800, to zwiększanie wypełnienia PWM w odpowiedzi na feedback z pomiaru prędkości obrotowej nie przywróci żądanej wartości 1000 obr? Nie rozumiem dlaczego?

Reply to
Marek S

Raczej przywróci. Jednak granicą uzyskiwanego momentu jest siła oddziaływania magnesów z wewnętrznymi elektromagenesami (bo tym są uzwojenia silnika bądź co bądź). Moc natomiast to moment (ograniczony max. prądem znamionowym) razy obroty.

Reply to
Pcimol

Nie przy pełnej mocy, tylko przy podanym pełnym napięciu. PWM jest regulacją U. Tymczasem moment silnika jest wprost proporcjonalny do I. Natomiast I = (U - Back-EMF)/R. Back-EMF jest wprost proporcjonalne do obrotów. Dlatego silnik zasilanu U znamionowym kręci 12000 obrotów nie oddając żadnej mocy - I jest wówczas I jałowym (na straty mechaniczne i elektryczne).

Mało precyzyjne dane.

Reply to
Pcimol

W dniu 2017-05-27 o 16:51, Pcimol pisze:

No więc właśnie do sendna dochodzimy, którym jest zaganienie sformułowane w wątku otwierającym. No bo sytuacja ma się następująco (co bardzo ostrożnie sam przyznałeś): ktoś sobie ogranicza obroty z maksymalnych do np. 1000 bo tak obrabiany materiał pozwala. Załóżmy, że do zmniejszenia obrotów potrzebne jest 20% wypełnienie PWM. Przy 20% wypełnieniu silnik przy zmniejszonych obrotach jest znacznie słabszy bo mniej mocy dostaje (5x mniej ?). No i żeby zapewnić podobny moment obrotowy dla takiego wypełnienia to musiałby kupić silnik 5x mocniejszy

- i chyba tak wyłącznie się to odbywa. A ja tymczasem wysuwam nieśmiałą tezę, że to strata kasy bo lepiej zrobić feedback od istniejącego słabszego silnika i w zależności od obciążenia regulować automatycznie wypełnienie PWM. Wtedy nagle nasz silnik na niskich obrotach będzie się zachowywał jak 5x silniejszy silnik bez takiego sprzężenia i kupa kasy w kieszeni zostaje. A jednak tak się nie robi bo w domyśle albo to tak nie zadziała albo zmowa marketingowa obowiązuje.

Chyba tylko pozostaje zbudować takie urządzenie i sprawdzić czy faktycznie ono coś wniesie lub nie... :(

Reply to
Marek S

W dniu 2017-05-26 o 23:00, SnCu pisze:

Nie, nie :-) Miałem na myśli małej mocy silnik DC, który dobrze sobie radzi ale przestaje, gdy zmieniam mu obroty wypełnieniem PWM. Nie doprecyzowałem więc dyskusja rozrosła się w kierunku AC również...

Zgadza się :)

Tak :)

Ten aspekt w dyskusji też pociągnąłem bo mnie żywo zainteresował, choć nie ma on nic wspólnego z pierwotnym pytaniem :-) Pewnie dlatego utrwaliło się nieporozumienie. Sorki :-)

Reply to
Marek S

Bez obciążenia napięcie zasilania 5 x mniejsze, silnik zwalnia, back-EMF też ~5 razy mniejszy. O ile dokładnie zmiejszą się obroty czort raczy wiedzieć. Stąd nie wiadomo też o ile zmiejszy się prąd. Jednak max. moment obrotowwy silnika jest jego cechą stałą, zależną od max. prądu, który to prąd może być chwilowo kilkukrotnie większy od znamionowego - często decyduje zdolnośc odprowadzania ciepła. Dołożenie ociążenia (bez zmiany napięcia zasilania) powoduje spadek obrotów czego skutkiem jest spadek back-EMF i wzrost prądu. Moc elektryczna rośnie bez zmiany napięcia zasilania. Tym niemniej zmieniając je uzyskamy wpływ na obroty.

Moim zdaniem warto spróbować - choc z ostrożnym rokowaniem, bo rodzajów silników DC jest od groma i każdy nieco inną charakterystykę ma. Na byle AVR można zrealizować regulację PID mając sygnał tacho. W BLDC nawet tacho niepotrzebne.

Osobiście wyciągam do 50W z przerobionego silnika napędu głowic starego VCR, gonionego ze sterownika DRV10983.

Reply to
Pcimol

W dniu 2017-05-27 o 16:58, Pcimol pisze:

Ok, to wszystko jasne ale z zastrzeżeniem. Regulacja napięcia zawsze skutkuje regulacją prądu. Tak więc PWM również kluczuje prąd w konsekwencji. W przeciwnym razie mielibyśmy perpetuum mobile :-)

Drugie zastrzeżenie: moc pobierana przez silnik (czy obciążony, czy też na biegu jałowym) jest zależna od % wypełnienia PWM.

Punkt 1. Ok, no to może bardziej obrazowo. Nasz silnik na biegu jałowym ma 12k obr. Kręcimy potencjometrem sterownika, który zmienia wypełnienie PWM i tym samym spadają obroty silnika (zgodnie z zastrzeżeniem #2) do 500. Podkładamy materiał do obróbki. Zgodzisz się ze mną, że opory z tym związane zmniejszą obroty silnika? Załóżmy, że spadną do tych 490. Ale my nie chcemy 490, 400, 300, 350, 380, 200, 100, 0 ... i bum, wyleciał bezpiecznik. My chcemy mieć cały czas 500!

Punkt 2. Ten sam silnik, ten sam materiał i dla uproszczenia załóżmy, że materiał nie zmienia swoich właściwości gdy zwiększymy szybkość obrotową narzędzia. Dajemy PWM 100%, silnik ma jałowe obroty 12k. Podstawiamy materiał do obróbki. Silnik zwolni, ale... nie zatrzyma się. Ma siłę aby dalej pracować. Jest wyraźna różnica w zachowaniu się silnika względem p1.

Wniosek: procent wypełnienia PWM rzutuje w bardzo dużym stopniu na moment obrotowy silnika. Czy wniosek jest prawdziwy, czy nie?

Teza. Zakładając, że wszystko powyżej to prawda, to hipotetycznie da się wykonać urządzenie elektroniczne (stabilizator obrotów), które badając żądane i faktyczne obroty silnika DC będzie tak modyfikowało wypełnienie PWM aby silnik w warunkach p1 cały czas trzymał żądane przez użytkownika

500 obrotów. Oczywiście do pewnych granic. Tak więc (przypuszczalnie) jeśli jakiś opór obrabiania materiału był na granicy zablokowania silnika przy obniżonym % PWM i bez stabilizatora obrotów, to podwyższenie % PWM przez stabilizator przy wykryciu spadających obrotów spowoduje, że silnik da sobie radę i to ze sporym naddatkiem.

Prawda czy fałsz?

Reply to
Marek S

W dniu 2017-05-27 o 18:49, Pcimol pisze:

Zgoda.

Stop w tym miejscu. A co jeśli mamy kluczowanie PWM? W takim przypadku prąd raz jest raz go nie ma. Zapewne liczy się wartość skuteczna kluczowanego prądu jako prądu dostarczanego silnikowi. Zablokowany silnik przy PWM 20% i 100% będzie miał zupełnie inną zdolność do podniesienia ciężaru na pewnej długości ramieniu = będzie miał zupełnie inny moment obrotowy.

Oczywiście, to ma być eksperyment jedynie :-) Dopuszczale są wszelkie jego wyniki z przedziału powodzenie ... niepowodzenie.

Reply to
Marek S

Silnik widzi zmiane napięcia zasilania (mam na myśli PWM rzędu 20kHz). Prąd nie spada do zera (damper dioda jest raczek obowiązkowa). Silnik widzi zmianę napiecia zasilającego. Oczywiście, że moment bedzie inny, bo prąd będzie inny.

Jak sobie oprogramujesz sterownik, takie będą efekty. AVR pędzony zegarem 20MHZ jest dostatecznie szybki do silnika, ale trochę matematyki w tym jest.

Reply to
Pcimol

Tak, tylko jaka jest funkcja zależnosci. Przecież silnik o rezystancji uzwojeń 1 ohm, zasilany z 12V, nie szarpnie 12A pradu jałowego.

Tylko wypełnienie PWM niewiele mówi o warunkach pracy silnika. Należałoby mierzyć prąd I. Od razu miałbyś wiedzę jak wiele możesz z tego silnika jeszcze wyciągnąć - jako odniesienie biorąc wspomniany bezpiecznik.

Z drugiej strony skoro silnik wywala zabezpieczenie, to raczej niewiele już z niego da się wycisnąć.

Dziwne. Może materiał zachowuje się inaczej przy innej predkości skrawania.

Opisany przypadek tego nie dowodzi. Przecież mógłbyś zwiekszyć PWM po rozpoczeciu obróbki z 500 rpm - i co, bezpiecznik nie wyleciałby? Moim zdaniem jeszcze szybciej by wyleciał.

Raczej fałsz. Skoro prąd (przy PWM 20%) wzrasta do zadziałania zabezpieczeń, to nie można już go podnieść. W związku z tym nie można podnieść momentu. W opisanych warunkach regulator przyspieszy zadziałanie bezpiecznika.

Reply to
Pcimol

W dniu 2017-05-27 o 19:14, Marek S pisze:

Bo musi być, zauważ że pwm to jest taki regulowany opornik dużej mocy, on ci reguluje prąd jaki płynie w całym obwodzie, jak obciążenie silnika jest małe to wtedy przy tej samej oporności pwm na silniku odkłada się duże napięcie i silnik kręci się na wysokich obrotach, przy obciążeniu silnika jest odwrotnie. To czego brakuje twojemu regulatorowi to jest pomiar napięcia sem silnika i regulacja wg tego obrotów, ale to się da tylko przy silnikach z magnesem, bocznikowe muszą mieć tacho. A tak swoją szosą 200W w cnc to jakaś popierdułka, prawda jest taka że wrzeciono musi kosztować aby było użyteczne, więc pewnie prościej będzie dla Ciebie kupić jakiegoś mokrego chińczyka i zacząć robić jak w fabryce a nie walczyć z popierdułką.

Reply to
Janusz

W dniu 2017-05-28 o 13:27, Pcimol pisze:

I o tym właśnie pisałem :-) Zmiana napięcia = zmiana prądu. A czy PWM to

10kHz czy 20 to raczej ma mniejsze znaczenie. Ważna jest skuteczna wartość tego co podajemy - czyli im mniejsze wypełnienie, tym mniejsza wartość skuteczna napięcia i tym mniejszy moment obrotowy.

Przypuszczam, że nawet bez procka da się to zrobić. Temat nie wydaje się skomplikowany. Serwomechanizmy też bez procka działają. W tym przypadku mamy do czynienia z czymś podobnym z tą różnicą, że prędkość obrotową potraktujemy jako wychylenie serwomechanizmu. Im większa różnica żądanych obrotów / faktycznych obrotów, tym większa korekta wypełnienia PWM. Żadna matematyka nie jest tu potrzebna.

Reply to
Marek S

W dniu 2017-05-28 o 13:42, Pcimol pisze:

Jasne... ale do rozwiązania problemu nie jest potrzebna znajomość tej zależności. Gotujesz sobie zupę w domu, zaczyna kipieć więc skręcasz gaz. Nie jest tu potrzebna wyższa matematyka. Gdybyś chciał sobie życie skomplikować to jasne, można zbudować jakiś algorytm z niezliczoną ilością niewiadomych i próbować wcelować z ilością gazu pod garnkiem. Jednakże to nieco obłędne podejście - przynajmniej moim skromnym zdaniem. Najprostsza zasada: regulujesz źródło na podstawie reakcji.

Nawet nic nie mówi. PWM to tylko sterowanie. Warunki pracy silnika nie są do niczego potrzebne gdy mamy informację zwrotną o prędkości obrotowej.

Niekoniecznie. Silnik (prawie)zatrzymany potrzebuje dużo większego prądu niż ten sam silnik ze stabilizacją obrotów, pilnujący by się (w miarę możliwości) nie zatrzymał.

Hmmm.. czemu dziwne? Łatwo zrobić prosty eksperyment. Np. w swojej CNC mam silnik 200W DC. Gdy skręcę jego obroty do minimum, to bez problemu zatrzymam wrzeciono dotykając je palcem. Rezystancja widziana przez sterownik maleje, prąd w krótkich impulsach PWM osiąga graniczną wartość no i koniec zabawy. Natomiast jeśli zareagowałbym w czasie obniżania obrotów zwiększeniem wypełnienia PWM, to zapewne wyrwałbym sobie palce.

Sprawa prosta: niskie wypełnienie PWM = niska wartość skuteczna prądu jaki płynie przez silnik = niski moment obrotowy = łatwo go spowolnić i doprowadzić do dużego prądu ale w bardzo krótkich impulsach PWMowych. Dla silnika ten prąd jest żaden bo liczy się jego wartość skuteczna a dla szybkiego bezpiecznika liczy się wartość szczytowa głównie. Seria krótkich wysokoprądowych impulsów łatwo go spali mimo iż wartość skuteczna prądu będzie mizerna więc silnik będzie słabiuteńki.

Moim zdaniem (to wymaga sprawdzenia) lepiej jest zapobiegać obniżaniu obrotów / zatrzymaniu silnika reagując zawczasu podniesieniem momentu obrotowego z zachowaniem żądanych obrotów. Tą przestrzenią do wykorzystania jest regulacja wartości prądu skutecznego tak aby nie przekroczył on wartości maksymalnych.

Zgadza się, że pole manewru jest ograniczone, ale nie zerowe. Jak duże jest? Nie wiem. Być może skórka nie warta wyprawki. Argumentem "za" jest to, co opisałem powyżej, że przy niskim wypełnieniu PWM silnik zatrzymasz palcem. Przy wysokim: szans nie ma - mimo iż wartości szczytowe prądu mogą być te same.

Reply to
Marek S

W dniu 2017-05-28 o 14:04, Janusz pisze:

Napięcia sem nie zmierzę. Ale bez problemu zmierzę obroty silnika i również bez problemu mogę wtedy sterować wypełnieniem PWM.

Zależy od zastosowań. Z pewnością gwintować otworów nie da się takim silnikiem. Jednakże do wycinania kształtów w PCB i wiercenia otworów, a także wycinania, grawerowania i frezowania elementów obudów aluminiowych (blacha 1-3mm), czy też robienia ekraników z plexi do urządzeń elektronicznych taki mały silniczek nadaje się świetnie.

Mokre silniki mają większe średnice. Całą maszynę musiałbym przerabiać. Ona jest za mała zresztą do takich przeróbek (skok Z w niej to tylko

55mm). Zastanawiałem się nad 500W suchym jeśli w ogóle. To maksymalna moc w obecnej średnicy uchwytu. Jednakże nie mam też pewności czy zwiększanie mocy w nieskończoność to słuszne podejście skoro marnuje się tą moc podając PWM bez feedbacku - o czym właśnie ten wątek jest.
Reply to
Marek S

Zatrzymany? Oczywiście, że szarpnie - co miałoby go powstrzymać?

[...]
Reply to
RoMan Mandziejewicz

W dniu 29.05.2017 o 01:58, Marek S pisze:

Niestety, tylko nie wydaje się. Uzyskanie stabilnych obrotów w szerokim zakresie obciążeń wcale nie jest takie proste.

P.P.

Reply to
Paweł Pawłowicz .

Dnia Fri, 26 May 2017 21:45:55 +0200, Irek.N. napisał(a):

W tym sensie to tak.

Odnosilem sie do rozruchu przy braku falownika - przy duzym poslizgu (bo obroty zerowe) moment rozruchowy slaby, a po przelaczeniu na gwiazde jeszcze slabszy. Gwiazda zmniejsza prad, co jest dobre dla silnika i instalacji, ale silnik nie rusza :-)

Ale to Marek musi napisac.

Ale mnie o co innego chodzi ... choc w sumie to podobnie jak napisales. Uzwojenie pozwala powiedzmy na 10A, nie wiecej. Na niskich obrotach sterownik PWM bedzie musial przepuszczac te 10A przez krotki czas, bo napiecie niskie. A przy rozruchu moze byc potrzeba i 100A. Po przelaczeniu moglby miec tylko 5A i dluzszy czas, zawsze to lzejsza praca.

No wlasnie - a frezowanie nie wymaga "zamachu" ? Przekladnia go dostarczy ?

J.

Reply to
J.F.

Ale skad ona czerpie informacje o obrotach? Jakos stabilizacja napiecia mnie nie przekonuje... czy naprawde stabilizacja napiecia wystarczy do utrzymania stalych obrotow na zmiennym obciazeniu, bez zadnej informacji o obrotach?

Reply to
Adam Wysocki

W dniu 30.05.2017 o 15:03, Adam Wysocki pisze:

Po prostu przeczytaj pdf'a. To nie jest stabilizacja napięcia! I działa bardzo dobrze (mówimy o TPIC2101, jak rozumiem).

P.P.

Reply to
Paweł Pawłowicz .

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.