Convertitore di frequenza shunt-drive

[Seraviosper]

Salve.

Una informazione, sono alla ricerca di un convertitrore di frequenza (inverter) per piccoli motori asincroni trifasi a bassa tensione, 26 Volt 0-400Hz 50W che NON utilizza il PWM per pilotare il motore, ma che generi le tre sinusoidi delle tre fasi, utilizzando la tecnica shunt con transistor BJT (come negli amplificatori audio) con un ponte trifase, producendo delle sinusoidi continue.

L'utilizzo sarebbe in una cella anecoica dove viene provato alle emissioni radio un dispositivo per apparati di navigazione innerziale. Devo assolutamente evitare di generare radio-disturbi in quanto i limiti del test sono di soli 4V/m, che è un valore bassissimo. Si pensi che il valore di fondo in campagna senza nulla introno per 1km è di 1V/m mentre i cellulari arrivano a 33V/m, capite che il PWM è una soluzione impraticabile, ma è l'unca che normalmente viene praticata anche nelle potenze molto piccole.

Grazie

[Livio Orsini]

Con quella potenza la via da seguire è quella di un generatore seguito da un amplificatore.

Per l'amplificatore non ci sono soverchie difficoltà, oggi con una cifra relativamente modesta trovi in commercio amplificatori che rendono 100W e più. Le prestazion i HiFi non sono significative per la tua applicazione, quindi anche se il suono non fosse decente non ci sarebbero problemi.

Per il generatore non so se si trova qualche cosa di pronto, la costruzione comunque non sarebbe un problema per chi ha un minimo di esperienza di elettronica.

 

Rimane il problema dell'alimentazione. Se porti in camera di prova la rete a 50Hz non credo che si possa rispettare il limiti che ti sei imposto.

Dovresti pensare ad alimentazione a batteria.

Poi magari inscatolare il tutto in un contenitore che funga da gabbia di faraday.

[Seraviosper]

Grazie per la risposta.

La difficoltà di reperire azionamenti tipo shunt per piccoli motori asincroni di fatto non sarebbe un problema. Aziende con Data Device Corporation; Kearfott o Apex costruiscono questi dispositivi, ma i prezzi sono stratosferici perché sono costruiti con componenti assoggettati a screenig MIL JAN883, infatti sono usati nelle avioniche degli aerei o su sistemi per la difesa, per cui se un normale transistor costa € 1,00 uno con screening ne costa 30 o 40.

 

Usare degli amplificatori stile HI-FI è ciò che di fatto fanno negli azionamenti sopra descritti. Si usano degli integrati amplificatori operazionali di potenza tipo Burr-Brown OPA501 o OPA544 oppure gli APEX PA10 o PA12 che oltre tutto hanno tensioni di funzionamento di +/- 40V. Questi forse si trovano ad una cifra accettabile. Altrimenti mi costruisco una terna di amplificatori audio copiandolo pari pari da qualche rivista di Nuova Elettronica.

 

Un bel problema è invece la generazione dei segnali sinusoidali che rispettino i rapporti Tensione Frequenza. Una volta c'erano degli integrati della Siemens che generavano le sequenze trifasi in forma di segnale sinusoidale analogico. Le tre sinusoidi giravano con un comando di clock, mentre facevano avanti e in dietro in base al un livello logico su un ingresso up/down. Purtroppo non si trovano più! Se qualcuno ha delle idee in merito sono le ben venute.

 

Per l'alimentazione la batteria è l'unica soluzione e anche una bella scatola di mumetal per i campi magnetici prodotti dal motore, il tutto poi impachettato i carta di alluminio Domopak messa a terra per i campi elettrici, così si scherma tutto se no son guai! Esperienza già vissuta.

Saluti

[Livio Orsini]

Come ti sei accorto non ci sono molte varianti: o ricorri alla componentistica militare oppure ti autocostruisci il tutto.

Per il geenratore sininusoidale, se devi la vorare a frequenza variabile, credo che debbe ricorrere all'auto costruzione ed all'auto progettazione. Credo anche che tu debba entrare nell'ordine di idee di ricorrere ad un microprocessore che controlla il sistema.

Eventualmente apri una discussione nel forum di elettronica.

[SandroCalligaro]

Non ho ben capito il motivo per cui non si possa portare un'alimentazione in continua, debitamente filtrata e con cavi schermati, dentro la camera anecoica...

 

Dovresti anche specificare qual è un costo che riterresti accettabile.

 

In ogni caso, credo che tre amplificatori quasi qualunque (purché completamente analogici, cosa che al giorno d'oggi non è scontata, e con protezione da sovra-corrente adeguata), da alimentare in continua fino a 28 V o giù di lì, si possano trovare in commercio a buon prezzo (tutto sommato la potenza non è esagerata), e con un PLC (scelto bene) o una scheda di controllo (NI ne ha tante, ce ne sarà una adatta...), si possano generare 3 uscite analogiche sinusoidali a quelle frequenze.

Mi sbaglio?

 

PS: credo che APEX venda anche delle schede di sviluppo o di test per i suoi amplificatori

 

[Livio Orsini]

2 ore fa, SandroCalligaro scrisse:

Non ho ben capito il motivo per cui non si possa portare un'alimentazione in continua, debitamente filtrata e con cavi schermati, dentro la camera anecoica...

 

Ci sono due tipi di problemi, a mio avviso.

Il primo potrebb derivare dal tipo di alimentatore che deve essere assulatamente privo di ripple e disturbi, visto che il limite di prova è si soli 4mV.

Il secondo è che anche mettendo un accumulatore all'esterno della camera, poi i fili possono captare ed introdurre disturbi.

E' molto più semplice e sicuro alimentare il tutto con batterie di accumulatori posti direttamente in camera schermata.

Io, come ho scrtitto sopra, vedo come problema principale il generatore che, da quanto si può dedurre, dovrebbe generare un onda sinusoidale da 0 a 400Hz con ampiezza proporzionale alla frequenza; in pratica genera la funzione V/f.

Non è un'impresa impossibile ma non è nemmeno una cosa facilissima da realizzare.

[Seraviosper]

Salve e Grazie per le risposte.

Volevo aggiornare la situazione.

Ho trovato su di una scheda per PLC della Reliance, usata per interfacciare i Synchro resolver, un interessante circuito che genera una sinusoide utilizzando una PAL16R6A-2CN programmata. La sequenza che questa genera, inserisce 4 resistenze opportunamente pesate e poste all'ingresso di amplificatore operazionale. Il peso delle resistenze fa sì che in uscita dall'operazionale si ottenga una profilo sinusoidale suddiviso in 14 passi per periodo. Ponendo poi in uscita dal amplificatore operazionale un filtro, si ottiene una sinusoide pura o quasi. L'unico inconveniente è che per far avanzare la sequenza logica della PAL serve un segnale di clock e questo potrebbe essere fonte di problemi di radiodisturbi.

Nell'indagine che ho condotto, ho trovato degli interessanti circuiti che generano le sinusoidi con la tecnica di quello appena descritto. Questa tecnica e chiamata "Ring Walk Step Generator. Su internet si trovano interessanti articoli in merito, tra cui quello del Ing. Don Lancaster (noto anche per progetti di sistemi di radiocomando per modelli) Nei suoi articoli egli descrive anche come calcolare il peso delle resistenze in funzione di quanti passi si vogliono realizzare nella generazione della sinusoide.

 

Avrei dei PDF di mia stesura da condividere, ma non so come fare per caricarli, se il moderatore mi desse qualche consiglio su come fare perché non ci riesco.

Grazie

[Livio Orsini]

5 ore fa, Seraviosper scrisse:

Avrei dei PDF di mia stesura da condividere, ma non so come fare per caricarli, se il moderatore mi desse qualche consiglio su come fare perché non ci riesco.

 

Le FAQ aiutano molto, cos' come le discussioni in evidenza nel forum Utility.

Comunque devi "Uplodare" (pessimo neologismo) i tuoi files nella szione up/down load del forum; trovi il link in alto a dx nel menù a tendina di "Altro" alla voce "download". Poi basta seguire le istruzioni.

Una volta caricato il file copy il link dell'indirizzo e lo metteni nel messaggio della discussione.

 

La tecnica che descrivi è molto nota ed anche un po' troppo grossolana.

La versione un po' migliore prevede una Eprom con memeorizzati i codici corrispondenti ad una sinusoide, luscita viene inviata ad un DA_C parallelo Che genera la sinusoide. Gli indirizzi della Eprom sono dati da un contatore che conta gli impulsi di clock.

Qusta è una soluzione che adottai nel 1975 per generare sinusoide e cosinusoide che servivano a visualizzare, con il metodo di Lissayouss, due cerchi concentrici sul display del radar dello F104.

Oggi basta un micro, magari arduino, che generi otto uscite per un DA_C da 8 bit, per avere 256 passi di una sinusoide, che puoi già usare senza quasi filtrarla.

Se racchiudi il tutto nel famoso contenitore di mumetal non ha problemi di disutrbi generati dal clock.

[Seraviosper]

F104… mi viene un’idea! Perché non ci ho pensato prima?

Sui sistemi di navigazione e di calcolo della traiettoria si usano dei servomotori bifasi. È vero che il controllo di questi motori è di tipo a variazione di coppia, ottenuta modulando l’ampiezza della tensione sull’avvolgimento di controllo, però è anche vero che sono degli asincroni e se li si pilota a frequenza variabile vanno senza dubbio bene. Poco importa se hanno un rotore ad alta resistenza e di piccolo diametro, ma tanto per fare quello che serve a me, una taglia 23 che tra l’altro ho in laboratorio va senza dubbio bene. Poi essendo bifase lo posso controllare con integrato ML4421 della Micro Linear che pilota in bifase sia in PWM che in lineare generando le due sinusoidi e se no ricordo male quel integrato ha anche lo Slip Sense. Devo provare!

 

Il sistema con le EPROM lo conosco, una volta mi sono imbattuto in un amplificatore della JE che usava questo sistema e un AD2S82 per convertire il synchro presente sul motore, una EPROM con un po’ di logica esterna per generare i codici per i DAC e le sequenze per pilotare l’accensione del ponte di potenza. Quando era acceso irradiava così tanto per via del PWM che non funzionava neppure il telefono a linea fissa!

Per postare gli allegati provo.

Grazie e buon Natale.

[Seraviosper]

Rispondo a Sandro in merito al costo: essendo una cosa sperimentale, meno costa e meglio è!

Per quanto riguarda le schede NI mi trovo in forte disaccordo, perché essendo inserite in un PC questo irradia e perciò non si può mettere in cella anecoica. Anche il CompatRIO è di fatto un trasmettitore radio e perciò non è praticabile.

Cordiali Saluti

[Livio Orsini]

9 ore fa, Seraviosper scrisse:

Quando era acceso irradiava così tanto per via del PWM che non funzionava neppure il telefono a linea fissa!

 

Se amplifichi con un servo ampli lineare, come da prima ipotesi, non hai problemi di irradiazioni tipo PWM.

Irradazione ne avrai sempre e comunque visto che devi avere segnali di energia sufficiente a pilotare piccoli motori, però un conto è quanto irradia un'alimentazione sinusoidali quasi senza distorsione ed unaltro quanto può irradiare un'alimentazione modulata in PWM.

[Seraviosper]

Fatto la prova con ML4421 e due PA10 di APEX. FUNZIONA!! e bene direi.

Non ho fatto prove con il controllo dello scorrimento ma devo dire che il tutto funziona e bene, per ciò che devo fare va tutto. L'unica cosa da tenere sotto controllo è la tensione di buss in fase di frenatura, infatti abassando la frequenza, questa schizzava a quasi 60 volt. Ma con un normale transistor darlington BDX33C, uno zener da 33V ho fatto un circuitino limitatore che dissipa su di una resistenza in modo del tutto tranquillo ed elettromagneticamente silenzioso.

Grazie

[Livio Orsini]

Bene!

[Sandro Calligaro]

Molto bene!

 

Quote

ho fatto un circuitino limitatore che dissipa su di una resistenza in modo del tutto tranquillo ed elettromagneticamente silenzioso.

Attento ai fronti della corrente di frenatura!

Sono di per sè quasi random, quindi è difficile verificare che non generino interferenze.

 

Siccome usi un Darlington discreto (ingresso in corrente - uscita in corrente), potresti pensare anche di limitare la pendenza del fronte tramite un R-C sull'uscita del comparatore.

 

Per sicurezza, in ogni caso, metti anche un comparatore su una soglia al di sotto della massima tensione dell'Apex, ed al superamento disabilita (= metti in alta impedenza, non a zero!) l'amplificatore. Penso sia meglio evitare scoppi in camera anecoica.

Immagino che la protezione da sovra-corrente ci sia già (magari come limite in corrente dell'Apex).

[Seraviosper]

Grazie per i consigli!

La cosa è andata "liscia come una biscia che striscia"!

 

Finito il lavoro in cella, per curiosità ho provato a far funzionare quel motore con la tecnica consigliata dal costruttore.

Questa tecnica prevede di alimentare un avvolgimento, detto anche fase di riferimento, con una tensione fissa a 26V 400Hz e sfasata di 90° rispetto all'altra. In sostanza quello che si fa sui motori bifasi alimentati in monofase, e che usano il condensatore di marcia.

L'altro avvolgimento, che in realtà è costituito da due avvolgimenti a 13V + 13V è detto fase di controllo, viene alimentato con una tensione variabile da 0 a 26V 400Hz (perché gli avvolgimenti sono in serie). Mentre l'inversione del senso di rotazione avviene invertendo di 180° la fase della corrente alternata che lo alimenta.

La questione è, e che non riesco a spiegarmi, che il motore frena quando la tensione sulla fase di controllo si abbassa, un po' come avviene per i motori in corrente continua quando si impone una forza elettromotrice inferiore alla forza contro-elettromotrice che il motore sta producendo in quel momento. Però la cosa misteriosa è che non si hanno effetti di riflessi sull'alimentazione, non vi sono ritorni di corrente ne innalzamenti della tensione, è come se il motore si mangiasse al proprio interno l'eccesso di energia. Facendo uno strano "sgrunfolio" rallenta in modo brusco.

Ho aperto il motore, per capire se vi era qualche strano marchingegno, ma dentro non vi ho trovato nulla di strano, Il rotore è una normale gabbia di scoiattolo in ferro e alluminio pressofuso. Gli avvolgimenti apparentemente sono normali.

Qualcuno sa spiegarmi questo mistero?

Grazie a tutti.

[Livio Orsini]

Ma il rotore è libero o il motore è collegato ad un carico?

[Sandro Calligaro]

Aggiungo una domanda più specifica: ci sono dei riduttori, magari con rapporto alto?

[Seraviosper]

NO! Nessun riduttore e nessun carico! La prova la ho fatta con il motore a vuoto.

Mi vengono in mente un paio di cose. In alcuni motori del tipo che ho utilizzato, che per essere più completi nella descrizione è della Weston Transicoil. Diecevo alcuni di questi motori hanno montato, in fianco al rotore principale, un secondo piccolo rotore in rame che si inserisce in uno statore a megeti permanenti. In questo caso si tratta di fatto di un piccolo freno a correnti parassite che ha lo scopo di rallentare e smorzare ll motore. Invece in questo caso non vi è nulla di tutto ciò.

C'è solo di un particolare di cui non ho detto, perchè me ne sono accorto dopo aver scritto.

L'effetto frenante dura solo pochi attimi, circa un secondo, poi l'effeto cessa e il motore va via libero. Infatti se sul albero si caletta un picolo volano, questo rallenta per un attimo poi il tutto continua a girare in folle.

Al momento ho pensato che per qualche ragione l'operazionale di potenza che pilota la fase ad ampiezza variabile, smettesse di funzionare durante le variazioni di ampiezza e rimanesse bloccato alla tensione di rail, eccitando in continua l'avvolgimento. Questo avrebbe potuto spiegare la cosa, ma hai me l'oscilloscpio a dato responso negativo, entrambi gli operazionali funzionano alla perfezione.

A me viene in mente che magari vi sia un qualche strano gioco di nuclei che si saturano, un po' come avviene negli amplificatori magentici, però non riesco a vederci il nesso.