Ponte A H Dimensionamento Elettrico

[aRaKaNoiD]

Salve,

devo realizzare il controllo di velocità di un motore in corrente continua.

Vi elenco ciò che sto utilizzando:

Arduino 2560 Mega

Encoder 24 impulsi per giro ( lo so che fa pena però e per vedere se funziona tutto poi compro qualcosa di più accurato )

Sensore corrente ACS712 20A

Motore c.c. BOSCH 954866 12V ( quello dell' alza finestrino della Peugeot 206 )

Ponte a H?

Il problema qual'è? il ponte a H.

Ho visto che il motore sopracitato assorbe una corrente a rotore bloccato di circa 20A.

Ora per un motivo che non vi spiego dovrei collegarne una 10ina di questi motori tutti in parallelo e tutti allo stesso ponte a H.

Quindi come faccio a dimensionare il ponte a H in modo che regga questi 10motori?

20A (del singolo motore) * 10 (numero motori) = 200A

è questo il passaggio da fare?

[Livio Orsini]

La prima risposta sarebbe: scegli semiconduttori che tengano 200 A di corrente di collettore.

Ti avevo suggireti di dare maggiori informazioni sull'applicazione e sui motori, però sembra che certi utenti considerino i dati di progetto come segreti di stato!

Se la corrente che necessiti è veramente 200 A non puoi esimerti dall'usare semiconduttori che possano lavorare con questo valore di corrente.

Sapendo di più sulle condizioni al contorno si potrebbe anche dare un suggerimento meno generico, ma con questi dati se non si vogliono dare rispsote avventate, non si puòfare di più.

[Mirko Ceronti]

Ho visto che il motore sopracitato assorbe una corrente a rotore bloccato di circa 20A.

Cavoli, per forza, si trova nella condizione di cortocircuito.

(non assorbe neanche troppo dopotutto)

La domanda diventa : perchè Ti serve un motore che si trovi nella condizione di rotore bloccato ????

Per bruciarlo ?

Oppure il rotore assorbe 20 Ampere da bloccato in coppia ?

(e quindi in questo caso sì che sarebbe troppo)

Penso che non ci troviamo nel secondo caso, perchè per saperlo avresti dovuto costruire il ponte "H" e pilotare il motore in L.A.P. (Locked Anti-Phase) cosa che mi par di capire che non hai ancora potuto fare.

La corrente a motore bloccato, la si può eludere facendo lavorare il sistema in limite di corrente, ma è inutile che mi prodigo in congetture ed elucubrazioni, se (come Ti contesta Livio) non ci dici qualcosa di più, ossia .... cosa devi fare ???

A noi non ce ne importa nulla, ma dall'applicazione magari capiamo che Ti stai intestardendo su una soluzione, quando magari invece ce ne potrebbero essere di più agili e semplici, ma che a Te magari sfuggono.

Saluti

Mirko

[aRaKaNoiD]

Purtroppo non riesco a essere più specifico perchè non so nient' altro.

Comunque riguardo all'applicazione è un controllo di velocità di un motore in c.c.

Poi tramite un tasto che clicca l'utente esterno si passa dal controllo di velocità a uno di coppia.

Senza dilungarmi troppo l'applicazione prevede che il motore sia molto "grosso" nel senso che deve avere un requisito di coppia da 5Nm a 30Nm di picco ed un RPM di circa 3000giri/min. Comprare un motore del genere significa spendere 700-800Euro, motivo per cui ho pensato di prendere una 10ina di motori BOSCH 954866 12V collegarli come nello schema e quindi realizzare l'azionamento come se avessi a che fare con un motore.

- Se fin qui è una cosa possibile gradirei una conferma, cioè vorrei sapere se collegandoli come nello schema che vi ho detto è equivalente ad avere un solo motore + grande.

Detto questo sul motore non conosco granchè anche perchè in internet non ho trovato il datasheet.

Per cui quello che ho potuto guardare è stata la corrente che passa nel circuito di armatura che se non ricordo male era di 1-3A quando il motore girava senza un carico esterno, poi tentando di bloccare il rotore, a rotore bloccato ho letto circa 20A.

Questo è quello che so sul motore...

comunque ci tengo a precisare che non mi serve un motore che si trovi nella condizione di rotore bloccato, solo che mi era stato consigliato per capire quale IGBT comprare di tenere bloccato un attimo il rotore e guardare quanta corrente passava nel circuito di armatura.

- Ho visto in internet che i ponti a H sono molto + complessi...io Oltre riprodurre quello schema e mettere qualche dissipatore di corrente non farei...è scorretto?

...Ho fatto solo due domande e ho risposto a tutte le vostre

[Livio Orsini]

nel senso che deve avere un requisito di coppia da 5Nm a 30Nm di picco ed un RPM di circa 3000giri/min.

Premesso che mettere in parallelo 10 motori da 100 W non è come avere un motore 1 kW, la tua semplificazione ha ben altri problemi.

Prima di tutto il motore che dvrai usare nella realtà con che tensione di armatura raggiungerà i 3000 rpm? Perchè un conto è lavorare con 12 V massimi, ben altro è lavorare con 180V (valore tipico di tensione di armatura per motori cc a magneti permanenti).

Poi quale è la costante di coppia del motore ipotizzato?

Capisco che non vuoi spendere qualche centinaio di euro solo per provare, però un minimo di ricerca per sapere se esite un motore adatto all'applicazione lo avrai (avrete) fatta. Un motore con le caratteristiche adatte allo scopo dovrebbe essere stato individuato, quindi dovresti dare almeno le sue specifiche elettriche.

Oltre riprodurre quello schema e mettere qualche dissipatore di corrente non farei...è scorretto?

A parte il pilotaggio che non si sa come intendi realizzarlo, senza i dati richiesti in precedenza, non è possiible darti alcun aiuto sul dimensionamento e sulla topologia del ponte.

[tesla88]

Di sicuro conoscere le caratteristiche del motore da utilizzare sarebbe meglio , magari ti stai spaccando la testa per il problema dei 200 A (che non sono pochi) , poi nella realtà non ti servirà tutta quella corrente.

Se la corrente fosse così elevata , userei qualche elemento attivo in più in parallelo ripartendo la corrente in modo equo, ad ogni modo gli 1N4148 proprio non vanno bene!

[aRaKaNoiD]

Ok...partiamo dal principio.

Il controllo di coppia e velocità è stato testato tramite Simulink inserendo i dati del motore M4-2959A della Callan Tecnology di cui vi riporto il datasheet.

Tramite tale motore si è visto dagli scope che il risultato era accettabile e che il motore segue il riferimento di coppia o velocità imposto.

Ora io vi sto chiedendo se al posto di spendere 700-800Euro per questo motore vorrei metterne una 10ina BOSCH 954866 12V e possibile?

come dovrei dimensionare il ponte a H?

guardando gli A di corrente del singolo motore ( a rotore bloccato ) e moltiplicando per il numero di motori che intendo utilizzare devo trovare degli IGBT che hanno Ic tale da "sopportare" tale corrente?

Stessa cosa vale per i diodi?

Modificato: 10 maggio 2013 da aRaKaNoiD

[Livio Orsini]

Per prima cosa il datasheet non è completo, è solo il riassunto dei dati fondamentali. E' molto importante, se vuoi fare un comtrollo di coppia, conoscere il limite di coppia in funzione della velocità.

Questo motore, anche se non specificato, è a magneti permanenti, quindi il valore limite di coppia è funzione del numero di giri. Superando questo limite hai come risultato un consumo abnorme delle spazzole e, soprattutto, del collettore. Se entri nella seconda zona smagnetizzi i magneti, guasto che ti costa quasi qaunto l'acquisto di un nuovo motore.

Veniamo ora alle prove con 10 motori in parallelo.

Questo motore lavora con circa 110 V, i motorini che hai ipotizzato lavora ad un decimo di quella tensione!

I valori di induttanza e di resistenza di questo motore e la risultante della somma dei motorini son 2 cose completamente differenti.

Solo questi 2 parametri già ti dovrebbero far capire che la tua ipotesi non ha fondamento. Ovvero puoi provare ma i risultati ottenuti non sono riportabili all'altro motore.

Negli apparati commerciali, dove il convertitore è indipendente dal motore perchè deve essere in grado pilotare motori di costruttori differenti e con caratteristiche anche differenti, non esiste la possibilità di usare un drive per motori da 120 V di armatura per pilotare motori con 12 V di armatura.

Questo perchè per ottenere prestazioni valide non si può restringere il campo di variazione al solo 10% iniziale di tutta la gamma.

Un altra osservazione.

I risultati di una simulazione con simulink possono solo darti un'indicazione negativa. Ovvero se nella simulazione il sistema non funziona, sicuramente non funzionerà anche nella pratica; però non vale il viceversa. Se in simulazione le cose funzionano significa che il sistema è abbastanza "ben messo", però nella realtà sicuramente si drovrà limare, aggiustare e modificare.

Alcuni commenti alla topologia del ponte.

Ididodi di ricircolo.

Sono dati per alta velocità >=4ns; sono poco indicati, dovresti usare degli shotky o almeno dei fast recovery. Poi torniamo al discorso tensione. Per l'impiego reale con tensioni >120 V questi si romperebbero subito per sovratensione. Devi usare diodi da almeno 400 V.

Il valore di corrente di picco del tuo motore è pari a 90 A, quindi anche se vuoi la possibilità di erogare il valore di picco è sufficiente considerare un valore pari a 100 A.

Non dici nulla in ordine alla frequenza di commutazione, che è un parametro molto importante per il fattore di forma di corrente risultante. Se è troppo basso dovrai aggiungere degli induttori in serie all'armatura, se è troppo elevato il motore scalda e rumoreggia.

In ordine ai semiconduttori di potenza.

Oggi per queste potenze non si usan più BJT ma MOSFET o IGBT. Il semiconduttore più adatto per la tua applicazione è il MOSFET. Ovviamente dovrai prevedere più dispositivi in parallelo per ogni cella del ponte.

Anche per il pilotaggio poi la topologia è molto imortante.

Da ultimo, ma non ultimo, cosa hai previsto per misurare la corrente circolante?

[aRaKaNoiD]

Un sensore ad effetto hall collegato ad arduino.

Quindi riassumendo l ipotesi dei 10motorini è sconsigliabile perchè non riuscirei ad avere prestazioni uguali...Ma a me nemmeno questo importa...cioè mi spiego meglio...io da voi volevo conferma se fornendo un riferimento di velocità o coppia e utilizzando una 10ina di motori BOSCH il sistema segue il riferimento o meno. Cioè funziona o no? questo mi importava.

[Livio Orsini]

Per darti quella rispsota dovremmo vedere tutto il progetto.

[aRaKaNoiD]

Questo è lo schema.

Il sensore della velocità è un encoder a 24 impulsi.

il sensore della corrente è ACS712 20A

Arduino implementa: riferimento di velocità, sottrattori, regolatori PI, PWM.

Il ponte a H è quello che ti ho disegnato sopra con i motori collegati in quel modo.

Cos' altro ti serve sapere?

[Livio Orsini]

Scusa ma mi stai prendendo in giro?

A che mi serve lo schema a blocchi ( a meno di gigantesche cannate). Se vuoi avere indicazioni sul possibile buon funzionamento della parte di potenza devi dare i dettagli della paerte di potenza e del suo pilotaggio.

Lo schema che hai riportato inizialmente è poco più che uno schema di principio (con i diodi di tipologia sbaglaita).

Seve il circuito reale con tutte le indicazioni del pilotaggio, frequenza compresa.

[aRaKaNoiD]

si ma mi sembra che il topic si chiama "Ponte A H Dimensionamento Elettrico"

quindi è proprio da voi che volevo sapere come si doveva dimensionare. Per la frequenza di commutazione dei vari IGBT è quella di arduino.

[Livio Orsini]

Allora chiama le cose con il suo nome e scrivi: "Ho bisogno che qualcuno mi progetti un ponte ad "H" con queste carattristiche"!

Perchè tu, da quello che scrivi, non necessiti solo di una verifica/aiuto sul dimensionamento di un ponte ad "H", ma della vera e propria progettazione.

Se vuoi fare delle prove con arduino ed un ponte ad "H" a 12 guarda gli schemi della scheda "Centaur", la puoi anche avere montato e collaudata.

Modificato: 12 maggio 2013 da Livio Orsini