Buck 48V 10kW, cu 25kW peak, pentru un motor de electrocar

[addysoftware]

Buna tuturor,

Am inceput lucrul la un proiect mai "maricel", si cum s-ar putea sa am uneori nevoie de ajutor pe ici pe colo - si dealtfel cred ca un astfel de topic va fi util si altora care vor avea de facut ceva asemanator - m-am decis sa deschid acest topic.

 

"Problema" se reduce la pornirea si alimentarea in regim normal si de accelerare a unui motor de 48V 10kW DC cum scrie si in titlu.

 

Am facut diverse probe, si motorul se comporta astfel:

Inductanta aparenta 50uH (dI/dt = 1A/us alimentat la baterii printr-un generator de pulsuri)

 

Am facut si diverse socoteli si mi-a iesit asa:

Pentru viteza finala, factor de umplere 100%, regim putere nominala, tensiunea efectiva va ajunge la cca 46V iar curentul va fi de 217A. aici, no problems...

 

Regim accelerare de la pornire: Sa zicem ca vrem sa acceleram un vehicul de 1 tona in cca 5 secunde pana la 30km/h:

viteza 0....10 km/h, timp 2 secunde: energie cinetica initiala = 0kJ, energie cinetica finala = mv²/2 = 1000kg x (2.8m/s)^2 / 2 = 3.9kJ

puterea necesara = doar 2kW, insa tensiunea finala pe motor (in caz ca l-as folosi in regim direct drive) va fi de cca 5...6V, iar curentul mediu de lucru va trebui sa fie de cca 400A, la un factor de umplere variind intre 0 si 14% deci curentul in pulsul livrat motorului ar atinge valoarea medie pe durata pulsului de 2800A; pulsul ar avea un front crescator livrat de "tranzistor" si unul descrescator prin "dioda" flywheel; astfel, amplitudinea de varf a pulsului va avea totusi tot cei 2800A...

Bineinteles ca aceasta nu este o solutie, asa ca vehiculul va folosi in continuare cutia de viteze clasica. Intrebare: ce factor de demultiplicare are in viteza I si a II-a ? Aproximativ, desigur.

 

Continuand estimarea de putere necesara, pt accelerarea de la 10 la 20km/h:

Timp accelerare de 2 secunde; energie cinetica initiala = 3.9kJ, finala 18kJ, putere necesara ptr 2 secunde = 7kW

La o tensiune finala de cca 10V, curentul atinge 700A, cu factorul de umplere de 28%.

Curentul de varf are cam aceeasi valoare, 2500A.

 

Buun. Considerand nerezonabile aceste valori, iau in considerare cutia de viteze cum spuneam, si folosesc motorul la:

10kW, deci 217A, factor de umplere spre 100%

15kW ptr accelerari usoare de scurta durata, la factori de umplere variind intre 40-80%, si deci curenti medii prin motor de 300A, dar cu varfuri posibile de 750A

20..25kW, pentru accelerari rapide de foarte scurta durata, curenti medii de 550A, curenti de varf la factor 50% de cca 1100A.

 

Am luat in considerare 16 capsule IRFB7730 cu rezistenta interna de 2,2 miliohmi pe post de "tranzistor" si 16 bucati pe post de dioda.

O sa bag si cel putin 4 diode Schottky duble de 2x30A in "placinta", cate o jonctiune deci la fiecare doua "diode" IRF, pentru a "prelua initiativa" in decursul dead-time-ului (probabil cca 1us/ ciclu)

Frecventa de lucru am decis-o la 1kHz.

 

Stiu ca capsula TO220 e limitata in curent la 75A (realistic de fapt mult mai jos, cam 30-40A, dar sa zicem ca as putea obtine cca 60-70A curent mediu pe capsula pentru durate scurte de ordinul secundelor daca "ingros" terminalul sursa cu unul-doua fire groase de cupru, sa zicem de 0,9 mm)

 

Conzi de decuplare pe bara de plus48V, 2x1000uF/63V lowesr pentru fiecare din cele 16 grupuri tranzistor+dioda.

Aceste tranzistoare au cca 11nF capacitate de grila (enorma) si inca ceva nF capacitate Miller. Asa ca le voi ataca cu cate un driver TC4422 (10 amperi) la fiecare doua tranzistoare.... o fi bine la 2 tranzistoare? sau sa pun cate 1 pe tranzistor?

 

Comanda "primordiala" va fi data de un driver IRS21094 (half-bridge driver cu dead-time ajustabil), al carui semnal (vreo 200mA doar) va fi "ajutat" de catre un driver MCP1404 (2 drivere de 4.5A intr-o capsula) inainte de a fi distribuit la cele 16 drivere de putere...

 

Probleme posibile? o gramada.....

in primul rand momentele comutarilor, care nu vor coincide perfect. Ce sa folosesc ca sa limitez acest efect? Cate o bobina de cativa microhenri realizata din sarma de 2,5 sau 4mmp in aer?

 

Am gasit si o solutie de detectare a supracurentilor, pe o rezistenta de 250microohmi (traseul gros de cablaj din drena tranz) sa fie folosit pe post de rez. Tensiunea capturata va fi amplificata in montaj baza comuna de un circuit cu 2 tranz in oglinda de curent, si ma gandesc sa vedem cum fac sa aplic "rezultatul" undeva imediat inainte de driverul MCP de la iesirea lui IRS21094, ca sa micsorez cat de cat timpul de propagare a semnalului de "stingere". Daca insa timpul tot e cam mare, ma gandesc sa "sting" chiar si iesirea MCP-ului punand-o la masa imediat la intrarea fiecarui din driverele finale... care vor fi atacate printr-un rezistor deci cu un curent relativ mic; in acelasi timp semnalul va merge si la intrarea lui MCP si intrarea de shutdown a lui IRS21094 deci acestea nu vor fi fortate efectiv decat cateva sute de nanosecunde.

....

Mi-au mai scapat cate ceva?

 

 

 

[addysoftware]

mda, tocmai lucram la schema ...

 

si am observat ca nu pot folosi driverul MCP1404 ca prim etaj de "amplificare" dupa driverul semipunte, pt ca trebuie sa am alimentarea flotanta pentru etajul de "sus".

Mai sap.....

[giongiu]

Foarte ambitios proiectul, sper sa ai si curaj si bani, sa-l duci la bun sfarsit. Cateva sugestii..As folosi optocuploare urmate de drivere si nu drivere flotante. La curenti mari, iti fac o gramada de probleme, apar varfuri de tensiune datorita inductantelor parazite inerente. Citirea curentului o poti face fara sunt, folosesti ca sunt chiar Rds a mosfetilor. Ai nevoie de un mosfet de mica putere, drena la drena, poarta la poarta, intre surse o rezistenta de cativa ohmi. Pe aceasta rezistenta vei avea chiar caderea de tensiune pe Rds a mosfetilor de putere. Sau poti folosi un senzor de curent Hall, desi e cam scump. Daca ai rabdare, poti sa-l construiesti, dintr-un senzor Hall si un tor de ferita.

Pentru randament maxim, ar fi fost mai potrivita o full bridge, pe off, energia stocata in inductanta motorului s-ar intoarce in acumulatori, dar la asemenea curenti, sa dublezi nr de mosfeti,nu stiu daca renteaza.

PS

Pun si o schema cu optocuplor si citirea curentului pe Rds mosfeti forta. E si o greseala, intrarea comparatorului trebuie pusa la o tensiune de referinta, la care se doreste sa actioneze protectia.

Comanda cu optocuploare, am intalnit-o in convertizoare de frecventa trifazate de 30Kw, dar e folosita si la puteri mai mici. E folosita o sursa auxiliara flyback, care are n secundare, functie de nr de optocuploare comandate.

Editat Ianuarie 25, 2016 de giongiu

[addysoftware]

Da, inductantele parazite, afurisitele; Tocmai imi imaginam chestia cu vreo juma de ora in urma, cu 16 sau 8 placi "asezate frumos" intr-un stack, si ma gandeam ca vor apare curenti circulanti mari intre mase, si intre "masele virtuale" de la High, pe timpi de ordinul nanosecundelor sau zecilor de nanosecunde, si ma gandeam cum sa fac ca acesti curenti sa nu afecteze circuitele driver.... 

Nu prea-mi mai sta capu' acu, e tarziu si-s cam obosit; dar daca nu-mi iese "doar" cu snubbere ici-colo (ma gandeam sa bag ceva rapid, un c+r paralel pe mosfeti, dar tre sa "vad" si ce efecte parazite apar), cred ca voi recurge la optocuploare; mercic frumos de idee. Uite-asa se rezolva treptat toate problemutzele.

Thanks!

Ptr senzorul de overcurent: Hal sigur n-o sa folosesc, e prea scump ptr 16 bucati; la fel, nu cred ca-mi convine trebusoara cu mosfet suplimentar. Desi, daca nu-mi iese pasentza cu 250 microohmi si restu' (n-ar avea de ce sa nu iasa, e simpla, atat ca necesita reglaje laborioase, la fiecare din cele 16 sau poate 32 de circuite daca voi baga si la diode; la diode nu bag ca sa blochez "dioda", ci ca sa limitez regimul general de functionare "in caz de ceva"; dioda in nici un caz nu trebuie sa "dispara" de acolo...trosc bum poc), poate c-o sa recurg la aceasta metoda. Thanks again.

Phui, acu m-am dumirit cum functioneaza de fapt circuitul cu al doilea MOSFET de mica putere!! vazusem dracaria cu cateva luni in urma pe undeva, prin niste datasheeturi de integrate, si citisem despre ea, dar nu ma lamurisem despre principiul de functionare: pe-o ureche mi-a intrat, pe cealalta mi-a iesit! Aveam impresia ca pe rezistenta aia apare o tensiune proportionala cu curentul prin mosfetul cel mic! Da'de'unde! de fapt, el doar se deschide, capata rezistentza zero, si pe rez. din sursa apare potentialul drenei celui mare. Mercic ca m-ai destupat! Chiar ca-i dragutza metoda! hihihi

cu o precizare... hm, cand MOS-ul mare primeste ordin de blocare, capacitatea miller tine potentialul grilei oleaca mai sus decat tensiunea de blocare, deci apare pe poarta o tens ceva mai mare de zero, iar mosfetul cel mic va fi inca deschis, si va conduce o tensiune FOARTE mare jos pe sursa proprie, deoarece MOSFETUL mare e in plin proces de blocare, si tensiunea urca LENT (100ns...) pe drena de la aprox 0 spre 48V...

nep, nu se intampla chiar asa; tens pe sursa mos-ului cel mic nu poate creste peste cea a grilei proprii..... ca chestia asta l-ar bloca, si astfel potentialul de drena al mos-ului mare nu mai e transmis; sau ... poate?

 

dar cred ca am o solutie: il comand separat, adica nu grila-n-grila cu cel mare, ci grila direct (printr-un rezistor mic) in iesirea driverului... stai ca nici asa nu-i bine, pt ca mos-ul mare e comandat direct de driver, fara rezistor.... la naiba, rau e sa le vezi pe toate... poate ca o sa-l comand dinainte de driverul finalului ... asa cred ca va "merge"..

apropo de "ar fi fost mai potrivita o full bridge, pe off, energia stocata in inductanta motorului s-ar intoarce in acumulatori"

hait! aici tocmai m-ai facut sa vad o problema MARE. Am senzatia ca "nu-i a buna".

Cred c-o las pe maine

ma refer la faptul ca motorul se comporta si ca generator.

ah, ma speriasem degeaba. Tensiunea generatorului e mereu mai mica de 48 - cu exceptia unei pante de exemplu, dar cu aceasta ocazie ma voi gandi si la asta - si are aceeasi polaritate cu a sursei, deci nu ar trebui sa "se duca" prin diode. Oricum, o sa ma gandesc si la asta...

[addysoftware]

Cateva mici update-uri.

 

Intre timp am disecat olecuta problemele si:

• [*]Motorul e cu stator bobinat, deci nu produce tensiune "la vale". In noaptea respectiva eram prea obosit. Singura tensiune pe care o "produce" e cea de autoinductie. [*]Nu e cazul sa folosesc un "intaritor" dupa IRS21094, sensibilitatea intrarilor driverilor (microamps) si capacitatea lor de intrare (25pF) fiind okay pentru a fi atacate 8 bucati deodata dintr-o iesire a lui 21094. Deci m-am hotarat pana la urma la cate un driver pushpull TC4422 pt fiecare 2 mosfeturi de putere, iese mai elegant.. [*]Citirea overcurrent va fi cu mosfet, cum m-a invatat colegul mai sus. Multumesc frumos de idee . Fast shutdown voi face cu cate un MOS "mititel dar solid" care sa puna "la masa" (adica la sursa) grilele MOS-urilor, olecutza mai devreme decat acelasi semnal bagat cu forta si in input-ul driverelor si al lui IRS, dar care, datorita timpilor de propagare, ajunge la iesirea acestora mai tarzior.. va fi si cate un rez de 1 ohm intre out driver si grila mos mare, ca sa nu dea driverul ca zevzecu 10A (ci doar vreo 5-6) in mos-ul cel mititel timp de 22-25ns pana ajunge comanda de stingere pe traseul ei sinuos prin driver...
  

 

Am facut deja si un test, "minor" ca sa zicem asa: 21094 debitand cu fiecare iesire intr-un driver si driverul intr-un mos fara radiator, un snubber minimal hotarat dupa un calcul la fel de minimal la 5 ohmi cu 0,1uF (si care s-a dovedit, coincidenta sau nu, just perfect...); am setat dead-time-ul la 1,5us, si a fost okay si asta; operatiunea a fost facuta cu finalii pe un carton, cate 1 bucata (unu pe post de tranzistor, unu pe dioda), si o dioda schottky foaaarte mare si solida (2x20A TO247) just in case...

 

Pinii tranzistoarelor (drena si sursa) au fost intariti cu cate 3 fire de cupru recuperate de la pinii multor diode 5819 folosite cu alte ocazii si pastrati intr-o cutiuta, (uite-asa, ca nu se stie la ce folosesc vreodata) si iata ca si asta a fost bine...

 

"Motorul" a fost simulat de un rezistor realizat din 2 bucati de 220V 2kW puse-n patru, deci a avut 25 ohmi /16 /2 = 0.78 ohmi la 4kW. Pe o bucata mare de BCA. Partea inductiva a motorului a fost simulata destul de aproximativ  de vreo 16 metri de cablu de 10mmp (da, ar fi trebuit 25 metri dar nu am avut....) deci teoretic trebuia de 16 ori inductanta motorului, adica 820uH, dar m-am multumit cu vro 400..... Efectul rezistentei de sarcina artificiala ar fi echivalent aproximativ cu vreo 47kW bagati in motorul real.

 

Incalzirea a fost moderat rapida, adica a ajuns la 100 grd cu un factor de umplere spre 80 in cca 15 secunde, iar la un factor de umplere corespunzator unui curent mediu de 13A si unei puteri pe motorul real de 10kW incalzirea capsulei a fost de stabil 88-90 grd termen nelimitat. In concluzie, un radiator minimal pe cate doi tranzistori, capabil sa disipe cca 3W la 65 grd, va fi ok. Da, iau in considerare si ca masina tre sa functioneze si vara....

[addysoftware]

Cam asta ar fi schema etajului de detectie overcurrent; valorile la rezistoarele din "oglinda de curent multipla" sunt deocamdata "din burta", o sa fac un test in curand sa vad ce valori ar trebui de fapt ca sa lucreze cum vreau... in principiu ar trebui sa citeasca o tensiune pe MOS mai mare de 2,2mo x 50A = 100mV si s-o converteasca in cca 2,3V care sa comande "slow shutdown" prin Q3 (repetor pe emitor) D3 si R9 in toate tranzistoarele de shutdown aferente tuturor driverelor; prioritate va avea MOS-ul iar dioda va fi "fara prioritate"; de vazut cum implementez chestia asta.

 

Daca tensiunea pe MOS e de vreo doua ori si ceva mai mare, indicand un curent foarte ridicat (>130A), tensiunea de shutdown urca la cca 6V si se propaga imediat prin dioda zener DZ3 de 3,3V in grila lui Q5, care pune imediat la masa grila mosfetilor finali... din nou, de vazut in viitor daca sa fac "stingerea" simultana p toti finalii sau nu, si care sa fie prioritatile dioda-mos (dioda ar trebui sa nu se "stinga", in principiu, pt ca ar lasa curentul de autoinductie "in aer", dar asta contravine ideii de protectie (daca s-a strapuns vreun MOS?) asa ca o voi stinge si pe "ea" daca curentul continua sa creasca in loc sa scada; de vazut cum sa fac chestia asta)

 

[giongiu]

Daca prima limitare actioneaza la 50A, cum ar putea creste totusi curentul la 150A, cand ar trebui sa actioneze cea de-a doua limitare ? Revenind la prima, daca intrarea driver nu e pusa la masa pe restul perioadei on,printr-un tiristor, vor exista mai multe comutari, pana driverul va primi comanda off, de la 21094. Adica creste curentul, actioneaza limitarea, pune la masa intrarea driverului, scade curentul, e anulata limitarea, iar creste curentul si tot asa. Cum frecventa de comanda e mica, doar 1khz, timpul on e mare, iar intarzierea introdusa de driver e mica, zeci ns, vor fi destule comutari . Chiar daca limitarea functioneaza si asa, cred ca va creste inutil puterea disipata de mosfeti, datorita pierderilor pe comutatie. 

Presupunand ca din diverse motive, apuca sa functioneze cea de-a doua limitare, comandarea mosfetului care pune grila celor de putere la masa, ar trebui facuta tot cu un tiristor, sau macar un comparator cu histerezis. Un astfel de comparator exista in drivere gen TC44xx, iar multumita acestuia, driverul ofera pe iesire doar semnal dreptunghiular, indiferent ce forma are semnalul de comanda. Eu as amplifica caderea de tensiune cu un AO rapid, care sa comande un tiristor, sau daca vrei, si-al doilea tiristor, printr-un divizor rezistiv, sau printr-o dioda inseriata cu poarta celui de-al doilea tiristor. Astfel primul tiristor e actonat la x amperi, iar al doilea, la 2x, sau nx amperi.

Editat Februarie 8, 2016 de giongiu

[addysoftware]

Limitarea la 150A ar actiona in cazul unui scurtcircuit in motor sau pe motor. In acel caz, curentul ar putea creste prin MOS-uri mai repede decat are loc propagarea semnalului de stingere prin drivere (22-50ns plus timpul de "stingere" al MOS-ului insusi), si in acest caz stingerea directa pe grila MOS-urilor ar salva atat MOS-urile cat si cablajele de la deteriorare.

 

Ai dreptate referitor la faptul ca, in mod normal, ar apare o stare oscilanta sau o stare de curent mare, in lipsa unui tiristor. Dar "the big picture" e, intr-adevar, mai mare.

Am facut stingerea doar cu tranzistoare deoarece ma bazez pe un fenomen de "cascada" combinat cu timpii de "pornire" ai bipolarelor (...3-10ns) dar mai ales pe cel de stocare al bipolarelor aflate la saturatie, mai precis al tranz Q aflat in intrarea integratelor driver TC4422. Acesta imi asigura aprox 0,5 usec "stocare" a comenzii de shutdown!

 

Deci, "stingerile" actioneaza in cascada. Semnalul de stingere de supracurent produs de un singur circuit din cele 16 (catozii diodelor D1) este transmis catre toate cele 8 drivere (intrarile integratelor driver sunt legate intre ele), dar si lui IRS, integratul semipunte, si de asemenea pe o intrare a procesorului Arduino. Astfel, semnalul "taie" prima data driverul, dar in acelasi timp da comanda de blocare si catre IRS si catre Arduino; comenzile ajung aproximativ simultan (o intarziere de cateva ns pe IRS si o intarziere ceva mai mare pe Arduino, probabil 10ns sau 20ns). IRS se blocheaza ceva mai lent decat driverul, dar cand curentul prin MOS-uri incepe sa scada si comanda de blocare ar trebui sa dispara, tranzistorii din intrarile driverelor TC sunt inca in stocare, iar comanda de blocare a IRS-ului abia s-a propagat la iesire. Tot cam in acelasi timp, Arduino face si el blocarea, e insa mult mai mai lent, din pacate nu stiu precis cat dar presupun ca e de ordinul a 0.5-0.7 microsecunde. Ei, eu ma bazez pe timpul de stocare al tranzistorului Q din poarta integratelor driver, care e de cca 1us, pentru a avea grija ca driverele sa stea "jos" pana cand Arduino catadicseste sa "reactioneze". Iar daca acesta e prea lent, voi folosi un circuit special facut, dar nu un tiristor, care m-ar lasa "fara reset", ci un tiristor simulat din 2 tranzistoare, sau un "tiristor temporizat", care sa stea "on" cca 1 secunda.

 

Multumesc pentru sustinere si depistarea greselilor. Chiar daca in acest caz nu a fost chiar o greseala, e superbine de stiut ca mai e un creier langa al meu

Ah, o completare: de ce am facut "neaparat" limitarea la 150A? In primul rand nu datorita unui scurt prezumptiv pe motor, ci din cauza inegalitatilor inerente paralelizarii a 16 circuite. Este imposibila blocarea si saturarea perfect simultana a 16 dispozitive. Inevitabil vor exista diferente de 2-5ns intre ele. In mod normal acestea vor fi preluate de snubbere. M-am gandit ca la o comanda de blocare, cu curent mare (800A sau mai mult prin motor), va exista mereu, intotdeauna, un ultim tranzistor MOS o farama mai lent, care va ajunge sa conduca singurel toti cei 800 de amperi, inainte de a se bloca.... Sper ca fenomenul sa nu apara si in mers normal. Probabil ca va fi mascat de snubbere. Poate ca suflu si-n iaurt inutil, dar.. n-as vrea sa busesc 32 de tranzistoare (scumpitzele) pt ca nu m-am gandit la o chestie de-asta.

[Vizitator]

De ce nu incerci tu cu niste IGBT-uri de 1200A sau mai mari, comandate in PWM?

 

Am inteles bine ca doresti comanda unui motor de DC?

[addysoftware]

De fapt, initial persoana care a venit cu "proiectul" a venit cu 3 IGBT-uri de 600A in paralel. Doua erau plesnite deja. Nu ar fi fost asta principala problema, ci faptul ca disipa o caruza de energie inutil, si "dioda" flywheel la fel; sunt lente, si mai ales au tensiune de saturatie mare. Pe vremea cand IGBT-urile au prins teren, au facut-o pentru ca nu existau tranzistoare MOS capabile de curenti mari; tehnologia planar-epitaxiala a bipolarelor era deja capabila de lucruri marete. Acum insa timpul a trecut, MOSurile au evoluat.. nu-mi place sa disip vreo 5% din energia disponibila in baterii sub forma de caldura pe IGBT-uri, si sa fiu nevoit sa le mai si racesc pe deasupra..

[iop95]

Despre ce model de motor e vorba? Care sunt datele? Ce tip de excitatie?

In modelul motorului de cc exista si o sursa variabila de tensiune continua cu tens. aprox. E=k*Ie*n (proportionala cu curentul de excitatie si cu turatia), de care trebuie tinut cont in anumite regimuri.

[addysoftware]

Motorul este fara magneti permanenti, doar bobine. Excitatie mixta (serie si paralel). Da, am tinut cont de modelul teoretic - la un anumit moment chiar ma speriasem ca din cauza asta as avea probleme - dar fiind un motor cu excitatie (am facut si un test, am pornit motorul, l-am dus la turatie maxima prin rezistorul de 0,8 ohmi 4kw apoi am dus factorul de umplere la zero si in acelasi timp am testat scurtcircuitand motorul cu o intarziere sub o secunda; nici urma de tensiune; campul magnetic a "cazut" instant, motorul nu produce nimic la vale, deci nu voi putea face franare regenerativa....)

[smilex2]

Interesant proiect, sper sa reusesti.

Si eu recomand mos.

Orice motor de curent continuu poate fi generator. De exemplu, cele cu excitatie serie genereaza daca in loc de alimentare se monteaza o sarcina rezistiva, dar numai daca se schimba sensul (legaturile) fie al statorului, fie al rotorului, in inserierea lor. Sa zicem: A-B=stator si C-D=rotor cu A-D=alimentare si B+C=comun. Dupa ce a dobandit turatie si inertie suficienta, daca se leaga A+C=comun, B-D va genera pe sarcina pana la oprire. Nu cunosc situatia celor mixte, dar trebuie sa fie asemenea, ceva trebuie schimbat pentru a genera.

Acceleratia este absolut constanta, fara bruscari, daca motorul este alimentat in curent constant (tensiunea creste pe el odata cu turatia). La fel si pentru franarea electromagnetica (reostatica). De alimentat in curent constant nu e chiar dificil, dar franarea in curent constant necesita multe experimente pentru determinarea rezistorului de sarcina potrivit, tensiunea si curentul de franare (potrivita situatiei si vitezei din acel moment) pot sa difere mult fata de cele de accelerare pentru aceeasi turatie (viteza). Pot sa existe si diferite valori ale curentului constant corespunzatoare diferitelor valori de accelerare si decelerare constante. Daca acel curent nu este constant, apar bruscari in tractiune care in functie de aplicatie pot fi sau nu problematice. Dar sa faci frana cu recuperare, iar pe deasupra si in curent constant, este o arta, e cu totul peste nivelul muritorilor de rand. Recomandarea mea e sa franezi cu saboti (fara frana reostatica sau cu recuperare) si sa accelerezi in curent constant de valori diferite (pedala).

Editat Februarie 10, 2016 de smilex2

[Dr.L]

Intr-adevar interesant! Mai ales ca numar de A!

Niste observatii:

 

Daca tranzistorii sunt impartiti pe grupuri (de cate 2, vad) si fiecare grup are driverul lui, nu apar (foarte) mici diferente la comanda?

In acest caz, nu e mai bine ca aceste grupuri sa fie interconectate, adica un fir care leaga toate iesirile driverelor intre ele, restul ramanand la fel?

Zic asta ca intr-un invertor chinezesc am vazut la iesirea sursei de 300V o herghelie de unde, suprapuse mai bine sau mai prost.

Sursa era facuta cu 6 trafuri inseriate, unde fiecare traf era dotat cu tranzistorii lui de putere, comanda tranzistorilor fiind impartita la 2 drivere (facute cu bipolari amarati).

Singurele puncte de interconectare erau la intregratul care dadea comanda si la alimentare. Eu cred ca vedeam mai multe unde pe osciloscop, ca tranzistorii se deschideau la momente diferite.

Din aceelasi motiv as zice ca e bine ca tranzistorii pusi in paralel sa fie din aceelasi lot, chiar in ordine consecutiva de pe rola (ma rog, in fuctie de distribuitor).

 

Pana la urma folosesti full-bridge? Daca da, atunci o idee ar fi sa comanzi cu PWM ori numai trz de sus. Si aia o ramura de jos ramane conectata atata timp cat nu schimbi sensul.

Si pt cei de sus, ar cam trebui o sursa izolata care sa le asigure comanda.

Si comnada nu e rau a fi -5V/+15V, cum se intalneste la destule invertoare de sudura.

 

Pt comnada cu fel de fel de functii (acceleratie in curent constant, franare regererativa in curent constant) nu-i rau de cercetat netul dupa proiecte de comanda!

Am vazut un asemenea proiect (driver) pt motoare trifazate (brushless, ESC). Era facut cu un uC puternic + parte de masura curenti + drivere + etaj final. Avea ceva moduri de comanda implementate, ori prin comunicare digitala, ori analogic, printr-un potetiometru.

 

Principiul franarii cu regererare la motoarele trifazate e ca PWM-ul sa aiba un factor de umplere mai mic decat l-ar avea daca ar merge constant la turatia actuala.

La fel cum pt. a accelera, PWM-ul trebuie sa aiba factorul de umplere mai mare decat l-ar avea daca ar merge constant la turatia actuala.

Poate se poate implementa si in cazul de fata asa ceva.

 

Si inca o posibila problema: la 1kHz, sigur nu-ti va canta motorul intr-un mod oribil?

La trifazatele de 380V conectate la convertizoare care comuta la frecvente de genul, asa se intampla (sau o fi fost doar bobina suplimentara de filtrare?).

 

Dar motoarele universale (cu statorul si rotorul bobinate, puse in serie sau in paralel) sigur nu genereaza curent fara nico problema cand sunt invartite?

Ca daca se inverseaza doar conecxiunea unei bobine fata de alta, si motorul e alimentat, doar ii se schimba sensul de rotatie!

Mie mi se pare ca generaza tensiune in contiunare, poate doar polaritatea sa difere? Cert e ca genereaza curent continuu (la fel cum daca e alimentat in ca, merge in aceelasi sens!).

 

Hopa, acum imi dau seama ca sensul nici macar nu se poate inversa daca motorul e alimentat prin full bridge! Trebuie inversata o bobina fata de alta!

Se poate (usor) cu niste mos-feti + sursa izolata + optocuploare. Si raman conectati pana se schimba sensul (aka se franeaza?).

 

Acum ar fi interesat de stiut daca e motor cu bobinele in serie sau in paralel. Imi amintesc ca aveau ceva caracteristici diferite: unul din ele (ala serie parca era mai special) avea putere constanta (!) sau cuplu constant (?). Cuplu constant = curent constant. Cauta-mi-as cursurile...

Edit: vad ca e excitatie mixta. Se poate o schema? Are numai bobine de putere? Excitatia mixta n-o cunosc (sau are doar bobina statorlui si cea a rotorului pe care le pui dupa cum doresti?)

 

O alta varianta e sa iei un banal motor trifazat de 380V, un convertizor defect de putere suficienta (sau modulele de putere si comanda, separat) pe care sa-l comanzi cu proiectul de driver trifazat. Si o sursa ridicatoare de tensiune. Sau acumulatori inseriati.

Motorul trifazat s-asa e semnificativ mai eficient, mic si usor decat cel de cc. Daca-i pui motorului si niste senzori hall (3) sa sesizese pozitia axului, o sa ai si o comanda cat se poate de fina (fara smucituri la viteze mici).

Uite aici driverul: http://vedder.se/2015/01/vesc-open-source-esc/

Edit 2: DC motors are also supported!

[iop95]

Daca motorul este cu excitatie mixta ar trebui vazuta ponderea celor doua forme de exitatie in fluxul final. Caracteristica excitatie serie este total diferita de cea separata; cea serie este f potrivita pentru tractiune, avand natural cuplu mare la turatii mici si invers la turatii mari; cea separata ofera o turatie aprox. constanta (pentru o tensiune data) pe intreaga zona de variatie a cuplului (evident scade putin pe masursa ce cuplul creste).

Excitatia mixta este rezultanta celor doua, dar depinde de contributia fiecareia.

Pentru franare dinamica sau recuperativa, trebuie mentinut fluxul de exitatie, adica alimentata exitatie separata) iar din curentul debitat se regleaza cuplul de franare. Evident daca nu e suficient, trebuie sa intra imediat franarea mecanica care este obligatorie la orice vehicul cu tractiune electrica.

Alimentarea sau franarea la curent constant se face printr-o bucla de reglaj in curent, deci comanda convertorului dupa curentul prin motor. Daca tensiunea maxima a sursei este egala cu tensiunea motorului nu cred ca mai e nevoie si de bucla pe tensiune pt. limitarea acesteia.

Solutia cu motor trifazat asincron cu rotor in scurt-circuit este ideala si f folosita pentru ca ofera o fiabilitatea mult mai mare si un randament mai bun. Marea problema este compexitatea sistemului de comanda, motorul asincron avand caracteristici total neliniare... un simplu invertor de pe piata ofera de regula control tip V/Hz=ct (cerinta pentru flux constant) si astfel la turatie zero.. cuplul e zero.. deci nu ar porni masina sau nu am cuplul necesar (de regula maxim) exact cand am nevoie, la pornire si accelerare. Evident se poate utiliza dar cu ceva socuri de cuplu si cu un motor supradimensionat, care a ofere cuplul minim de pornire la turatii mici.

Functionarea in regim de generator se face prin mentinerea frecventei de alimentare sub turatia curenta si furnizarea curentului reactiv necesar excitatiei. Destul de complicat dar nu imposibil de facut in regim de amator.

TGV si Tesla folosesc acest tip de motor...

Editat Februarie 11, 2016 de iop95