control sens rotatie la un motor AC

[The Stressmaker]

Raspuns punctual pentru ca nu vreau sa intru in polemica. Alunecarea aceea, ca sa fac o analogie, este ca un arc "agatat" intre rotor si campul magnetic invartitor creeat de cele doua bobine de pe stator. Cu cat este mai intins, adica incarcare mai mare, cu atat "trage" mai mult de rotor. Asa apare cuplul motorului asincron. Cu cat alunecarea este mai mare (arcul este mai intins) cu atat curentul absorbit creste putand ajunge, cu rotorul blocat si la tensiune nominala, pana la de 10 ori curentul nominal.

 

Se poate micsora turatia unui motor asincron daca se introduce o rezistenta in serie cu motorul astfel micsorand puterea aplicata acelui motor daca timpul de actionare este scurt si are un interval lung de racire. Acea rezistenta poate fi un transformator (ca cel de ups) cu primarul in serie cu motorul si in care secundarul este scurtcircuitat progresiv de catre montaj prin rezistente sau becuri. Asa veti avea acea "rezistenta" de putere. Alunecarea in acest caz va creste dar nu se va absorbi un curent mai mare pentru ca intervine limitarea data de acel transformator. Am mentionat transformator pentru ca, inafara de tranzistorii mosfet in regim de rezistor + punte redresoare, este singurul care poate realiza un "potentiometru" de putere cu alimentare la retea fara prea multe complicatii si pastrand sinusoida nealterata. Daca montajul controleaza acel curent prin motor in functie de turatia la ax si de curentul absorbit atunci e ok atat timp cat puterea necesara ramane mica. Se poate inlocui transformatorul cu rezistori de putere (becuri) comandati cu triace daca se stiu parametrii motorului si necesarul de energie pentru miscarea portii.

 

Reducerea turatiei pana la cea necesara deschiderii si inchiderii portii se poate face cu surub si piulita. Ca sa intelegeti conceptul luati o tija filetata (recomand de 6mm) si o piulita. La o rotatie a axului piulita se deplaseaza putin (in cazul filetului de 6 este de 1mm). Daca piulita se monteaza in capatul unei tevi in care intra acea tija filetata atunci veti avea o adaptare a turatiei la viteza de deschidere a portii. In cazul tijei filetate de 6 veti avea 1mm/rotatie si asa rezulta 2700-2900mm/secunda maximum. Reducand puterea aplicata motorului se reduce si aceasta distanta prin micsorarea cuplului disponibil care se traduce prin micsorarea turatiei.

 

Varianta cu o roata de diametru mare pe care calca direct axul motorului. Asa veti avea un raport de transmisie proportional cu diametrele celor doua roti. Mascarea rotii se poate face intr-o cutie de pe zidul portii.

 

Alta varianta este sa folositi doua discuri paralele, unul cuplat la motor si celalat la mecanismul de rotatie al portii, iar pe unul din ele se lipeste pasla sau alt material asemanator. Cu ajutorul unui arc se mentine o presiune de contact constanta. In functie de acea presiune si de sarcina aplicata se poate realiza o micsorare a turatiei pana la cea necesara.

 

O posibila metoda de reducere a turatiei ar fi "saritul unei semialternante sau alternante" adica se poate comanda motorul cu o alternanta completa ca apoi sa fie nealimentat o alternanta completa astfel ajungand turatia la jumatate pe unitatea de timp. Se poate aplica principiul acesta atat timp cat se pastreaza semialternantele intregi.

 

PS: m-am uitat inca o data la bobinajul motorului si nu vad diferente prea mari intre cele doua bobine. Asta inseamna ca este posibil ca valorile masurate sa nu fie chiar in ordine si ar exista avantajul ca inversarea sensului sa se poata face ca aici (Eng): http://diy.stackexchange.com/questions/35852/how-do-i-re-wire-a-ceiling-fan-to-reverse-its-direction in aceasta poza http://i.stack.imgur.com/ENlEl.png

 

Am dat cateva idei poate una e buna.

[vlad2005]

iop95:

Pentru calcul am procedat asa: am estimat un timp de deschidere de 15s. Este ok zic eu. Ca sa trag poarta ma gandesc ca se va folosi o roata care sa actioneze cremaliera sau sufa. In 15s motorasul de parbriz (despre el era vorba) va face 7.5 rotatii (35rpm/4). Pentru a trage 300 cm de cremaliera legata de poarta inseamna ca la fiecare rotatie are nevoie de 40cm, aceasta va fi circumferința pinionului de acționare. La 40cm circumferință avem 6,3cm rază. La calculul forței realizez că am făcut o greșeală. Cuplul va fi produsul dintre forță și diametru. 600N x cm la un diametru de 12cm va da o forță de 50N. De aici rezultă o forță de tragere a porții este de 50N adică 5Kgf, ceea ce începe să devină cam puțin.

Estimarea este pentru viteză mică (35rpm). La 52rpm evident va fi mai bine deoarece pot micșora diametrul pinionului care acționează porta și astfel cresc forța.

Pentru oprirea de siguranță m-am gândit să măsor curentul în sarcină și apoi sa montez o siguranță un pic mai mare. Dacă se blochează ceva, crește curentul și sare siguranța. Sigur că sunt și alte soluții, dar aceasta e cea mai simplă și ieftină.

 

Stressmaker:

Pentru varianta cu șurub: ar fi 2800mm/min, adică prea mult, o poartă de 3000 mm se va deschide în mai mult de un minut. M-am fript cu asta la propriile mele porți unde nu am fost atent să calculez timpul de deschidere și acum cam stau și aștept în fața lor .

În plus de unde șurub așa de lung, sunt complicații mecanice.

Varianta cu reductor: va fi complicat de făcut un reductor de la 2800rpm la 40-50 rpm. Varianta cu curea este voluminoasă, cea cu pinioane/roți dințate este complicată la nivel DIY.

Controlul cu transformatorul este interesant ca idee, dar trebuie văzut ce curenți pot să apară în secundar și cum scurtcircuitez secundarul. Banuiesc că tot pe baza unei tehnici de zero cross. În plus transformatorul nu bagă o inductață mare în circuit? Nu afectează pornirea?

 

Sărirea unei alternanțe este iarăși interesantă. Dar nu am aceleași probleme ca la tăierea unei părți din alternanță? De ce ar fi acum altfel? Câmpul magnetic din stator nu se ”rotește” la fel de repede? Întârzierea rotorului nu duce la aceleași probleme menționate mai devreme, adică mărirea alunecării și implicit creșterea încălzirii?

Editat Noiembrie 5, 2016 de vlad2005

[flomar60]

Am facut un test cu un motor monofazat cu bobina auxiliara de pornire, recuperat de la o masina de spalat...am monitorizat curentul absorbit din retea si curentul care circula prin bobina auxiliara in cele 2 situatii -cu condensator si respectiv cu inductanta.....

O poza cu caracteristicile motorului:

...si filmul realizat:https://www.youtube.com/watch?v=nOAOrQc0fQg.....

Se vede din film ca schimbarea sensului de rotatie s-a facut cu succes!

-valorile curentului citite la varianta cu condensator sunt optimizate din fabrica pentru o anumita valoare a capacitatii care sa produca un anumit defazaj....

-valorile mai mari, citite la varianta cu inductanta cred ca se datoreaza defazajului prea mare...daca s-ar putea optimiza valoarea inductantei cred ca s-ar putea obtine valori asemanatoare ale curentului....

[iop95]

Cuplul este forta ori raza, nu diametrul.

Dar nu prea e corect... nu vad nicio acceleratie.. poarta cum se pune in miscare si in cat timp (de la zero la viteza de regim)?

E nevoie de o forta F=m*a + o forta pentru a invinge frecarea statica; dupa ce ajunge la viteza dorita, se misca constant si e nevoie de o forta pt a invinge frecarea in rulmenti sau role.. ce are.

Inteleg ca poarta are 60kg. Daca viteza dorita e de 0.2m/s si "pornirea" sa zicem de o secunda, rezulta o acceleratie de 0.2m/s^2; asta inseamna o forta de 12N; nu stiu cat ar fi frecarea statica.. sa zicem 10N, deci e nevoie de un cuplu initial de (12+10)x0.06 = 1.32Nm si in regim de viteza constanta sa zicem ca frecarea cere 5Nm, deci e nevoie de un cuplu de 0.3Nm. 1.32Nm la 35rpm inseamna o putere de 4.8W...

 

Cu metodele de reglare a vitezei amintite am mari rezerve.

@flomar: f bun testul.

Mai sus facusem o greseala, luam in calcul doar decalarea spatiala a celor doua infasurari nu si defazajul curentilor (fluxurilor).

Simpla decalare spatiala poate sa produca cuplul de pornire; sunt motoare care nu au condensator (asa numitele split phase); din motive constructive nu se poate obtine un decalaj mai mare de 30° si rezulta un cuplu de pornire mic.

Defazajul dintre cele doua fluxuri se poate obtine mult mai usor prin condensator chiar fara a mai decala spatial infasurarile, desi nu e recomandat.

Ideal ar fi ca defazajul dintre cele doua fluxuri sa fie 90°, dar cauza inductantei si rezistentei infasurarilor nu prea se poate obtine aceasta valoare.

Conteaza f mult raportul celor doua inductante. Valoarea mai mica implica un defazaj mai mic al curentului in urma tensiunii; condensatorul face ca defazajul sa se reduca si daca valoarea cond creste, poate sa duca curentul in infasurarea aux inaintea tensiunii rezultand astfel un defazaj si mai mare intre cele doua infasurari.

Va rog sa masurati rezistenta si inductanta celor doua infasurari si sa ne spuneti ce valoare are condensatorul.

Daca inductanta infasurarii aux. este sensibil mai mare decat cea principala, puteti sa o conectati direct, fara inductanta externa pt a schimba sensul de rotatie.

[vlad2005]

@flomar60: excelent, felicitări!!! Pai testul confirma ce zicea Stressmaker, nu? Oricum, excelent. Înseamnă că avem soluție de inversare a sensului chiar dacă nu este acces la firul comun sau la bobinaj în general. Este excelentă demonstrația deși nu am o problemă cu inversarea sensului de rotație, dar așa pentru teorie măcar!!

Cum masor inductanta? Eu am un UNI-T UT139C. Ca metode am vazut că presupun să ai un osciloscop.

 

@iop95: eu mă găndeam că e cuplu de forțe. Dar întra-adevăr, asupra pinionului acționează o singură forță (cu cremaliera) și acesta creează un moment M=r x F, deci se folosește raza.

Nici calculul tau nu e bun deoarece imediat ce poarta s-a clintit, nu mai avem frecare statică ci frecare la alunecare. De fapt aici ar fi trei stagii:- ruperea aderenței (contează doar frecarea statica)- accelerarea (conteaza masa si frecarea la alunecare)- regimul stationar (conteaza doar frecarea la alunecare)

Una din primele două este cea mai solicitantă în funcție de masa, frecare statică și accelerarea propusă. Bănuiesc că faza a doua deoarece intervine masa care este probabil peste 60Kg iar proprietarul a zis că se mișcă ușor, deci frecarea statica/frecarea la alunecare nu sunt mari.

Eu am făcut estimarea pentru regimul staționar, plecând de la caracteristicile motorului (vorbim de cel de stergator, pun caracteristicile in atasament) și anume 6Nm la 35rpm (regim low). Acum ma uit ca are indicat si cuplul de rupere care este de aproape 5 ori mai mare decat cel de lucru. Nu am ținut cont că turația se schimbă în funcție de sarcină, a fost un calcul estimativ. Am estimat ce poate da motorul în regim staționar, pentru deschiderea porții în 15s.

Timpul de deschidere este cam pare, probabil ar fi mai bun un timp de 10s. La acest timp, pentru regimul low (35rpm) ar rezulta o forță de lucru de 7,3Kgf. Pentru regimul high (52rpm) ar ieși o forța de 10,8Kgf. Deci forțele astea sunt ceea ce suportă motorul în regim normal (valori maxime). Evident poți să ai forțe mai mari de rezistență din partea porții însă atunci va scădea viteza.

Editat Noiembrie 6, 2016 de vlad2005

[The Stressmaker]

@flomar60: un experiment util si lamuritor pentru problema. Mai exista balasturi de 56W si de 36W daca doriti sa experimentati. In principiu se calculeaza impedanta condensatorului si apoi se alege un balast cat mai apropiat la impedanta. Eu as merge pe un balast de 36/40W. (empiric am impartit curentul la 3 din bobina secundara ca sa se ajunga la normal si valoarea balastului tot la 3). O remarca am de facut : nu mai folositi acele fire in experimentele la retea, riscati sa va electrocutati. Acele fire sunt construite cu izolatia sa reziste pana la 100V iar in circuitul motorului puteti avea varfuri de tensiune pana la 400-500V in zona bobinei auxiliare. Am vazut si eu ca exista o tendinta de a se folosi acel tip de fire iar acum chinezii exporta fara miez de cupru, au miezul de aluminiu suflat cu cupru, daca e chiar cupru chestia rosiatica de pe ele si nu e lac.

 

@vlad2005: sunt 2700mm/secunda adica 3 metri pe secunda nu pe minut de aceea mentionam de metode de reducere a turatiei. Sarirea alternantelor dupa ce motorul a ajuns la turatia de utilizare (nu la cea de regim) nu il afecteaza atat timp cat intervalul intre alternantele active este mic. Este ca si cum ar merge "in suturi" si va face un zgomot caracteristic. Am mentionat ca sa ramana semialternantele intregi pentru a nu avea varfuri de comutatie. Tehnic, aplicarea unei singure alternante nu difera de aplicarea tensiunii timp de 3 minute sa zicem, defazajul este acelasi tensiunea este aceeasi, parametrii raman la fel. Doar ca se va modifica curentul absorbit pentru ca turatia nu creste iar alunecarea este mare absorbind un curent mare la fiecare semialternanta. Per total incalzirea ramane la fel, zic eu. Vad un motor de stergator in poza, cumva renuntati al acel motor de betoniera?

 

@iop95: daca bobinele ar avea aceeasi axa motorul nu s-ar invarti indiferent de defazajul electric dintre ele. Aici (Eng): https://woodgears.ca/motors/reversing.html daca va uitati la asezarea bobinajului veti vedea un decalaj al axelor bobinelor de 90 grade la ambele motoare, cel cu bobine aparente si cel cu bobine inglobate in stator. Probabil dv. va referiti la decalajul celor cu spira in scurtcircuit sau la motoarele trifazate cand va referiti la acei 30 grade. Totusi, daca nu se face adaptarea corecta a bobinei auxiliare la condensatorul de defazare poate aparea un decalaj de pana la 90 grade, putand fi chiar si de cateva grade, facand pornirea imposibila.

 

Acum, daca poarta cere un cuplu mare la miscarea de pe loc si un cuplu mic la mentinerea miscarii problema se rezuma la limitarea curentului cand poarta se misca pentru a avea o viteza de deplasare constanta (altfel poarta va accelera constant pentru ca si cuplul se aplica constant). Pentru asta eu as merge pe ideea de a alimenta motorul la intreaga putere pana poarta se pune in miscare apoi sa se reduca curentul absorbit, printr-o metoda care sa lase sinusoida intreaga, pana la terminarea miscarii sau putin inainte tinand cont de inertia portii. O metoda de franare a portii ar fi alimentarea inversa a motorului dar atentie se absoarbe un curent foarte mare (se poate alimenta la putere redusa cu mult inainte de inchiderea portii) sau aplicarea unui curent continuu in bobinaj la o tensiune redusa. Metoda de sesizare a miscarii este in functie de solutia mecanica aleasa, cu cremaliera sau cu balansare.

Motorul de stergator are reductor cu surub si daca se opreste alimentarea motorului brusc atunci inertia portii rupe dintii rotii din reductor. Si aici este necesar sa se faca oprirea incet, la limita de rezistenta a dintilor rotii din reductor. Avantajul, sau dezavantajul, este ca in lipsa alimentarii poarta nu se va dechide, reductorul nefiind conceput sa poata invarti motorul aplicand putere la axul reductorului. Aceeasi situatie este si cu tija filetata si piulita mentionata mai sus, este acelasi principiu de functionare.

[vlad2005]

Motorul are 2800rpm. Daca la o rotatie inaintează cu 1mm înseamnă că într-un minut ca inainta exact cu 2800mm deoarece motorul face în acest timp 2800 de rotatii. Deci avem 2800mm/min.

Nu am renuntat (de fapt nu depinde de mine) la ideea de a folosi motorul ac. Dar daca complicatiile sunt prea mari în special legate de controlul turatiei, am sa ii recomand omului varianta cu motor DC de stergator care are inclusa si reductia. Gasesti la dezmembrari la preturi ok.

Intr-adevar, trebuie implementata solutie de soft start/stop sau eventual cum ai zis reducerea puterii după pornire. La motorul ac pare a fi o problema mai complicata. Mi-ar conveni mai mult o reductie mecanică mare pe acest motor care rezolva si problema startului si a franarii. Banuiesc ca asa arata și solutiile la produsele comerciale. Chiar, ce fel de motoare folosesc producatorii de automatizari? AC sau DC? Pe multe site-uri spun că motorul ar fi cu alimentare la 220V. Probabil ca umbla la reductie, ar fi interesant de vazut electronica la o comanda pentru porti culisante cu motor AC.

 

Stressmaker:

 Am mentionat ca sa ramana semialternantele intregi pentru a nu avea varfuri de comutatie. 

Ok, pai solutia cu controlul fazei este exact ce am zis mai demult că aș vrea să aplic (zero crossing detection+uC) doar ca tu propui sa nu tai din faza deoarece as avea varfuri de comutație. Totusi din ce s-a discutat aici tehnica în sine nu este buna deoarece prin creșterea alunecării apar supraîncălziri mari.

Editat Noiembrie 6, 2016 de vlad2005

[flomar60]

Masuratorile cerute de d-l iop95:

-valoarea inductantei folosite la test

-valoarea bobinei principale

-valoarea bobinei auxiliare

-valoarea condensatorului

 

Multumesc d-le Stressmaker pentru grija!...apreciez!....conductoarele respective le-am testat la 1000V c.a....au rezistat cu brio...si,intr-adevar cele de productie mai noua sunt din aluminiu cuprat...ca de obicei, lucrurile bune sunt inlocuite cu surogate!

[miron1947]

ce fel de motoare folosesc producatorii de automatizari? AC sau DC? Pe multe site-uri spun că motorul ar fi cu alimentare la 220V.

Poate fi motor serie(cum este la bormasina), care functioneaza la fel de bine si in CA si CC si se poate regla turatia in limite largi.

Editat Noiembrie 6, 2016 de miron1947

[vlad2005]

@flomar60: interesant motajul. Încerc să ghicesc cum se face: un uC dă pulsuri pe bobină (eventual la 50Hz) și cumva citesti curentul pe bobină (printr-un rezistor înseriat) si calculezi inductanta având în vedere diferenta între semnale?

Sau, varianta 2: ai un circuit oscilant LC acolo și cu uC determini intervalul dintre pulsurile create de acesta. Aceea este legata de perioada. Odata stiuta perioada si capacitatea, restul e simplu.

Editat Noiembrie 6, 2016 de vlad2005

[flomar60]

Testerul este cumparat de pe forum de la vanzari....foloseste un ATMEGA328 si un HEX adecvat....eu doar il folosesc ca atare, nu ma intereseaza cum face masuratoarea ci doar faptul ca o face!....apropo de programare....sunt total paralel!

[iop95]

@flomar60: multumesc pentru masuratori.

Am facut niste calcule si in varianta cu condensator defazajul dintre cei doi curenti e de +94° (un pic peste 90) iar in varianta cu bobina este de -71°, cu un cuplu aproape la fel ca si cel direct. Raportul mare reactanta/rezistenta al bobine externe este determinat (aproape 20) pentru obtinerea defazajului invers fara de situatia cu cond.

Daca se conecteaza direct bobina auxiliara la retea, exista un defazaj mic (4°) si e posibil sa plece in sens invers, cuplul de pornire fiind cam 7% din cel nominal... daca se poate face un test... multumesc anticipat.

 

@vlad2005: nu am gresit la calcul, pentru deplasare la viteza constanta am considerat o frecare de 5N. La acel motor de cc, cuplul mare este de pornire (nu de rupere); ca orice motor de cc, cuplul de pornire poate fi de 10-30 ori mai mare decat cel nominal, functie de parametri.

 

@The Stressmaker: miscarea este data de diferenta dintre cuplul motor si cel al sarcinii; daca pastrez o anume viteza, motorul trebuie sa invinga doar frecarea, nu va accelera singur... doar daca doresc acest lucru si atunci acceleratia dorita va fi diferenta cuplu motor-cuplu solicitat de sarcina impartit la momentul total de inertie (sau forta/masa daca e miscare liniara).

[The Stressmaker]

@vlad2005: multumesc de corectie cred ca era prea devreme sa analizez ce am scris aseara.

Cat despre limitari eu as recomanda 4 senzori de pozitie care sa lucreze impreuna cu un regulator de turatie al motorului. In fiecare capat vor fi doi senzori, cel de sfarsit de cursa si cel de micsorare a turatiei. Adica in momentul atingerii senzorului de micsorare a turatiei sa se reduca progresiv viteza pana se atinge senzorul de sfarsit de cursa. Din punctul meu de vedere este o metoda sigura.

 

@iop95: punerea in miscare a portii (forta de frecare) este mai mare decat mentinerea miscarii portii (forta de alunecare). Atat timp cat exista inertia portii si o forta mult mai mare decat cea necesara mentinerii in miscare a portii aceasta va accelera constant. De aceea am recomandat limitarea puterii aplicata motorului dupa punerea portii in miscare.

 

Nu am intrebat un lucru esential. Poarta este culisanta sau rotativa? eu am considerat poarta rotativa unde exista oprirea intr-un blocaj mecanic la sfarsit de cursa. de aceea adaug in gandire componente de protectie pentru motor.

Daca vizualizez bine un "deschizator de porti" pentru porti rotative are o combinatie intre motor universal (ca la bormasina asa cum s-a mentionat) cuplat la un reductor cu surub (ca cel de la stergator) care comanda o tija filetata cu piulita pentru realizarea miscarii de translatie. Presupun ca electronica comanda turatia motorului intre cele doua pozitii maxime la limita de rezistenta mecanica a componentelor. La portile culizante se elimina partea cu tija filetata si piulita si se adauga o roata si o cremaliera.

[miron1947]

Poarta in discutie este culisanta, nu vad de ce ar trebuii actionata cu turatie controlata, dupa punerea in miscare daca tensiunea nu variaza iar sarcina este relativ constanta deplasare va fi aproximativ uniforma, daca pe calea de rulare nu sunt depuneri importante, inerente circularii peste aceasta cu pasul sau un vehicul.

Daca automatizarea este prea elaborata(conditia cu reducerea vitezei la cap de cursa, similara cu cea a apropierii cabinei liftului de statie) este posibil sa fie dificil de pus in opera.

Dupa opinia mea, partea mecanica este cea mai dificila.

Editat Noiembrie 6, 2016 de miron1947

[The Stressmaker]

Daca se foloseste varianta cu surub melcat (stergator) este necesara reducerea turatiei progresiv altfel sar dintii de la roata pentru ca inertia portii o sa forteze pe acei dinti la oprirea motorului.

Mai dau o idee. Se poate folosi ca si parte mecanica a portii componente de la bicicleta, lantul si fuliile. Daca se unesc mai multe lanturi se poate realiza un lant lung cat poarta in locul cremalierei, unit de poarta intr-un loc de pe lant si, cu doua pinioane din care unul atasat la mecanismul de antrenare, se poate culisa poarta. Mecanismul se aseaza pe peretele unde ajunge poarta in pozitia deschis. Mecanismul de antrenare se poate atasa la pinionul portii prin fulie care este antrenata de un lant atasat la un pinion pe axul motorului. Avantajul este ca se poate controla durata de deschidere prin raportul fulie/pinion plus ca mecanismul este mai robust la impactul portii cu tamponul de cauciuc la sfarsit de cursa. Avantaj/dezavantaj ar fi ca poarta se poate deschide tragand de ea si trebuie prevauta cu mecanism de securitate.