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Ridurre la velocità di un piccolo motore asincrono

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Keyosz
GigaWatt


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Msg:1959

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Inviato il: 29/9/2009,12:41

Ad ogni modo per regolare bene un motore asincrono lo schema di principio (e siottolineo di principio) è il seguente:

http://www.energialternativa.info/Public/NewForum/ForumEA/3/4/0/3/8/1/5/1254223966.jpg

Però la sua progettazione e realizzazione nasconde tante insidie, in primo luogo le alte tensioni e i componenti elettronici di potenza necessari, poi le componenti induttive sia nei filtri che gli avvolgimenti dei motori che portano a risonanze e impulsi EMF di breve durata di tensione anche 10 volte rispetto alla Vcc di ingresso quindi tipo 3000V, tradotto in pratica: tanti componenti che scoppiano sul muso e fumate a fronte di piccoli errori.

Vedo se riesco a trovare qualche schema di riferimento più preciso, per farsi un idea migliore, resta da valutare un possibile pilotaggio ad onda quadra a 50Hz dei due avvolgimenti con opportune tempistiche e sfasature ma credo che la resa del motore si abbassi abbastanza oltre a sentire un marcato ronzio dallo stesso.

Magari per ragioni di sicurezza si potrebbe ipotizzare un abbassamento della tensione a 12 o 24V poi un driver a onda quadra e frequenza variabile su un altro trasformatore con presa centrale per rielevare alla tensione necessaria per il motore, le perdite di conversione sarebbero altre tutte sommate ma almeno non servono componenti elettronici particolari e non si rischia di lavorare con elevate sovratensioni continue... boh, che dici Libero?

 

maxdef
GigaWatt


Utente
Msg:999

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Inviato il: 29/9/2009,12:44

CITAZIONE (Keyosz @ 29/9/2009, 12:42)
Scusa Libero, perdona una mia domanda stupida, ma nel tuo caso non sarebbe più semplice provare a trovare un motore a corrente continua e poi fare un circuitino che regola il duty-cucle di un onda quadra regolando così la veolcità in base al pwm?
Il circuito si sepmlificherebbe molto, un 555 quattro componenti un potenziometro e un mosfet!

Key io dovrei realizzare un regolatore di velocità per un motore da 250W a 24V(per una macchinetta) e possibilmente anche con la retro,hai qualche brillante idea? faccine/w00t.gif

 

Keyosz
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Msg:1959

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Inviato il: 29/9/2009,13:38

Ciao Maxdef,
sicuro, l'idea più che brillante la definirei semplice, spero che vada per la tua macchinetta (credo di sapere a cosa ti riferisci faccine/biggrin.gif ) devo trovare lo schema con i valori poi se vuoi ti metto uno schema nella sezione elettronica faccine/wink.gif

Per quanto riguarda i motori AC asincroni ho trovato alcuni bei pdf sulle teorie nel sito della microchip, spero che i link funzionino (ovviamente sono in inglese...):

Teoria sui motori

Principi degli stadi pilota


 

Libero51

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Msg:1276

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Inviato il: 29/9/2009,14:17

CITAZIONE (Keyosz @ 29/9/2009, 12:42)
. . . non sarebbe più semplice provare a trovare un motore a corrente continua e poi fare un circuitino che regola il duty-cucle di un onda quadra . . .

Ciao Keyosz , certamente , basta cambiare il titolo a questa discussione . . . faccine/laugh.gif
Scherzi a parte , non sempre è piu semplice cambiare i tipo di motore per una grande generalità di utenti e situazioni.
Il problema della variazione di velocità di un motore monofase asincrono è effettivamente più complesso di quanto appaia a prima vista.
Il ramo secondario , a maggior impedenza , dell'avvolgimento bifase è generalmente collegato ad un condensatore che sfasa appositamente la corrente per ottenere la rotazione "ellittica" del campo magnetico rotante che trascina per "scorrimento" la gabbia di scoiattolo del rotore.
Un sensibile abbassamento di tensione e di frequenza ridurrebbe a tal punto tale corrente da impedire la rotazione.
Non è quindi un caso se nello schema di principio che hai allegato vengano previste alimentazioni separate sui due avvolgimenti.
Anzichè di un inverter trifase si tratta quindi di un inverter bifase (due sistemi sinusoidali simmetrici sfasati di 90°)-
Una tale alimentzione sui due avvolgimenti diposti a 90° provoca la formazione di un campo magnetico rotante a velocità variabile . A differenza di un motore sincrono o "passo passo" che si "aggancerebbe " stabilmente a tale rotazione del campo , nel motore asincrono (non sincrono)
la rotazione avviene ad un regime di rotazione di poco inferiore (scorrimento).
La velocità del rotore è sempre " un pò" minore del campo magnetico rotante altimenti la coppia si annullerebbe.
Occorre non dimenticare la grande robustezza e silenziosità di tale motore .
Ricordo un'appunto di ferro che era interessato ad un tal dispositivo per applicarlo al suo tornio ma in genere le applicazioni sono numerosissime , unico problema il costo di una tale centralina.
Quando fly1971 ci ha smontato in bella vista il motore della bicicletta elettrica ed ho scoperto il motore HUB ho capito che quella centralina tifase a velocità variabile aveva forti attinenze a quello che stavo cercando. Sincrono o asincrono cambia poco o nulla per la centralina che non vede nulla oltre la sua morsettiera. . faccine/sick.gif

Un saluto a tutti . . . faccine/sick.gif

P.S. le pompe di circolazione per impianti termici di ultima generazione hanno un controllo elettronico della velocità del motore asincrono ma sono troppo recenti per trovarne dal demolitore . . .




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maxdef
GigaWatt


Utente
Msg:999

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Inviato il: 29/9/2009,14:41

CITAZIONE (Keyosz @ 29/9/2009, 14:38)
Ciao Maxdef,
sicuro, l'idea più che brillante la definirei semplice, spero che vada per la tua macchinetta (credo di sapere a cosa ti riferisci faccine/biggrin.gif ) devo trovare lo schema con i valori poi se vuoi ti metto uno schema nella sezione elettronica faccine/wink.gif

faccine/wink.gif faccine/clap.gif faccine/clap.gif faccine/clap.gif

 

Keyosz
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Msg:1959

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Inviato il: 29/9/2009,15:07

Non me ne intendo motlo di induttanze e reazioni induttive dei motori perciò mi chiedo se pilotassimo gli avvolgimenti del motore con un onda quadra ci sarebbero problemi? perchè in tal caso semplificheremmo una parte dell schema....

 

Keyosz
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Msg:1959

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Inviato il: 29/9/2009,17:13

Ho provato a disegnare una semplice animazione di come un ponte H a mosfet dovrebbe essere ipoteticamente pilotato per generare una corrente AC ad onda quadra a PWM variabile in una bobina di un motore gestendo il rilascio induttivo tra un passaggio e l'altro, ho generato la gif animata con gimp, spero che si veda sulla piattaforma del forum, proviamo:

http://www.energialternativa.info/Public/NewForum/ForumEA/3/4/0/3/8/1/5/1254239747.gif

Definisco "ramo" due mosfet in serie tra il + e il - su ogni lato.
E' importante notare come non si abbia mai due mosfet dello stesso ramo su ON contemporaneamente in quanto questo significherebbe un corto secco!! poi è anche importante notare come non si passi direttamente da ON di un mosfet a ON dell'altro in un ramo istantaneamente, ma come ci sia un tempo di ritardo dalla disattivazione di un mosfet fino all'attivazione dell'altro nella polarità opposta, questo è altressì importante poichè i mosfet impiegano un determinato tempo a passare da da piena conduzione a totale interdizione, è un tempo brevissimo ma c'è, in rapporto ai 50Hz è praticamente trascurabile ma il fatto è che durante questo breve tempo i due mosfet si trovano in regione attiva e si comportano come due resistenze tra Vcc e massa dissipando per un brevissimi istante energia sotto forma di calore e abbassnando la resa dell'inverter oltre che ad aumentare la temperature dei mosfet.

Allego anche una versione rallentata per seguire meglio le fasi.

http://www.energialternativa.info/Public/NewForum/ForumEA/3/4/0/3/8/1/5/1254239748.gif

Se l'onda quadra non crea eccessivi problemi sarebbe anche a portata di realizzazione un circuito del genere, infatti variando l'ampiezza di ogni impulso variamo il valore efficace medio della tensione equivalente e variando la frequenza i giri del motore, quindi a pieno regime avremo 50Hz e duty-cycle 50%, per poi scendere via via riducendo la frequenza e il duty-cycle, del tipo metà giri con duty cycle del 25% e 25Hz di periodo.
Bisognerebbe poi anche vedere fino a che livello si può scendere, magari anche fino a 1% 1Hz? ma a quel punto la coppia sarebbe irrisoria, infatti credo che in proporzione al carico la risposta non sarebbe lineare, probabilmente al 25% del duty-cycle i giri sarebbero quasi 0, magari il duty-cycle andrebbe ridotto con un rapporto diverso da 1:1, non saprei proprio.

Poi ovviamente questo ponte H andrebbe moltiplicato per 2 in caso di motore monofase o per 3 in caso di trifase e i cicli andrebbero opportunamente concatenati con gli sfasamenti necessari, ma l'animazione diventerebbe più complessa e non mi sono spinto oltre anche perchè non sono sicuro di tutto ciò...

 

Libero51

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Msg:1276

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Inviato il: 29/9/2009,22:37

CITAZIONE (Keyosz @ 29/9/2009, 18:13)
. . . Se l'onda quadra non crea eccessivi problemi sarebbe anche a portata di realizzazione un circuito del genere, infatti variando l'ampiezza di ogni impulso variamo il valore efficace medio della tensione equivalente e variando la frequenza i giri del motore, quindi a pieno regime avremo 50Hz e duty-cycle 50%, per poi scendere via via riducendo la frequenza e il duty-cycle, del tipo metà giri con duty cycle del 25% e 25Hz di periodo.

Supponiamo per il momento che la semplificazione quadra non crei troppi problemi . . .

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50 Hz dc = 50%


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25 Hz dc = 25%


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12.5 Hz dc = 12.5%

Hai eliminato il trasformatore dallo stadio finale prevedendo un'alimentazione a ponte , trattandosi di frequenza variabile il trasformatore andrebbe dimensionato per la frequenza più bassa diventando . . . enorme.

Fammi sapere se mi sono perso . . . .


CITAZIONE
Bisognerebbe poi anche vedere fino a che livello si può scendere, magari anche fino a 1% 1Hz? ma a quel punto la coppia sarebbe irrisoria, infatti credo che in proporzione al carico la risposta non sarebbe lineare, probabilmente al 25% del duty-cycle i giri sarebbero quasi 0, magari il duty-cycle andrebbe ridotto con un rapporto diverso da 1:1, non saprei proprio.

Se fosse un sincrono starebbe "attaccato" alla frequenza , in un asincrono lo "scorrimento" dipende molto dal carico.

Curioso . . . vediamo dove andiamo a finire Ciao

Un saluto a tutti . . . faccine/sick.gif



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Hike

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Inviato il: 1/10/2009,23:58

Ciao Libero, faccine/smile.gif
non mi piace fare la parte di chi ammazza le iniziative ma l'obbiettivo di far girare un asincrono nei modi che ho letto .... temo non sia possibile.
Nei bellissimi schemi a blocchi ed animazioni del buon key ed anche nei tuoi, peraltro logici, tentativi di pilotaggio in pseudo-pulsata, manca una cosa fondamentale: la retretroazione.
Premetto anche che chi scrive non se ne intende dell'argomento ed ha ormai gravi carenze di italiano, per cui prendete le cose che dico con le dovute accortezze.
Secondo me, il modo più semplice di controllare un asincrono (in via almeno decorosa, intendo) è senzaltro quello della variazione di fase, da realizzare con un banale triac i cui tempi di conduzione (rispetto alla rete) sono in funzione dei giri all'albero.
Come giustamente dici, lo scorrimento del motore è fortemente dipendente dalla coppia resistente e, a meno di carichi particolarmente 'immobili, qualunque tentativo di controllo a loop aperto sarebbe vano.
Credo che il lavoro non sia per te un impegno che spaventa, per questo ti consiglio di dare un'occhiata al datasheet del TDA1085C.
http://www.onsemi.com/pub_link/Collateral/TDA1085C-D.PDF
E' un controller nato per motore serie ma che si adatta anche all'asincrono, è ricco di plus importanti per un controllo motore ed è grandemente affidabile.
Non è più a norma in Europa per colpa del suo particolare modo di accensione del triac, ma vedo che continuano a venderlo.
La parte più impegnativa sarebbe la costruzione di una tachimetrica, ma puoi usare qualunque sistema (magnetico, ottico, a contatto .... ) per costruirne una, purchè abbia 8 poli per rivoluzione. In questo modo avresti perfetta rispondenza analitica con le application notes del datasheet ed una rotondità e stabilità di controllo degna di nota.
Ciao,
hike faccine/smile.gif

 

Libero51

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Msg:1276

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Inviato il: 2/10/2009,21:26

CITAZIONE (Hike @ 2/10/2009, 00:58)
. . . l'obbiettivo di far girare un asincrono nei modi che ho letto .... temo non sia possibile.

Ciao Hike , non ho capito molto . . . ma non temere . . . Quello che vedi è una pompa di circolazione per impianti termici regolata . . . elettronicamente. (motore sincrono a magneti permanenti )

http://www.energialternativa.info/Public/NewForum/ForumEA/2/2/6/2/4/8/7/1254514947.jpg


http://it.calpeda.com/file/ad806a2a6f645c9...cc75619d52f.pdf

Un saluto a tutti . . . faccine/sick.gif

P.S. con il regolatore a triac ho già provato ma la variazione di velocità avviene con un rapido decadimento della coppia che rende instabile la regolazione.




Modificato da Libero51 - 3/10/2009, 07:59


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Hike

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Msg:58

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Inviato il: 5/10/2009,22:41

CITAZIONE (Libero51 @ 2/10/2009, 22:26)
Ciao Hike , non ho capito molto . . . .......
con il regolatore a triac ho già provato ma la variazione di velocità avviene con un rapido decadimento della coppia che rende instabile la regolazione.

Ciao Libero faccine/smile.gif ,
scusa forse ho spiegato male io.
Un controllo di fase (quello operato dal triac per sottrazione della parte iniziale di semionda) senza la chiusura dell'anello di controllo non rende possibile alcuna regolazione (eccetto per brevissimo tratto di caratteristica), esattamente come a te noto e da te poi sperimentato.
La chiusura del loop la ottieni comunicando istantaneamente la velocità dell'albero all'elettronica (nell'esempio di prima, il pin 12 del TDA1085). Tale informazione la si ottiene dotando il motore di tachimetrica.
Il valore dell'angolo di accensione del triac , in questo modo, sarà determinato da quanto distante è la velocità attuale da quella target e non più a volore fisso, sempre quello .... indipendetemente dalla velocità dell'asse.
Va da sè che, nei casi di coppia resistente poco variabile nel tempo (casi di questo tipo esistono realmente), un controllo a triac del tipo "open loop" è possibile. Parliamo di situazioni molto particolari, però.

Bello il motore delle foto !! faccine/smile.gif
Però quello è un sincrono; mi pare che tu inizialmente parlassi di asincrono ....... ho fatto la mia solita confusione ?? faccine/unsure.gif
Ciao faccine/smile.gif

PS: Non conosco alcuna caratteristica del motore asincrono che vuoi controllare (tipologia, wattaggio, peso e sezione rotorica ....) ma tempo che pilotarlo per sottrazione di intere semionde produca un procedere a "balzoni" senza migliorare la instabilità osservata durante la prova ad angolo fisso.
Questo sia in regime di anello chiuso che di anello aperto.

 

Libero51

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GigaWatt


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Msg:1276

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Inviato il: 6/10/2009,07:33

CITAZIONE (Hike @ 5/10/2009, 23:41)
. . . Il valore dell'angolo di accensione del triac , in questo modo, sarà determinato da quanto distante è la velocità attuale da quella target e non più a volore fisso, sempre quello .... indipendetemente dalla velocità dell'asse.

Ciao Hike , ti ringrazio per la pazienza che dedichi, avrei dovuto citare tutto il tuo intervento ma, per ragioni di spazio mi sono limitato al periodo più importante. Ho capito cosa intendi.
Sono andato a rileggermi il primo intervento con cui ho aperto questa discussione, una sola parola emerge in "neretto" . . . semplice .
La domanda di fondo che mi sono posto in origine è questa :

Esiste una soluzione semplice ed economica per ridurre la velocità di un piccolo motore asincrono mantenendo una discreta coppia e stabilità di regime? .

Pur di arrivare ad una tale soluzione rinuncerei alla regolazione continua e mi accontenterei di una regolazione a gradini o a "balzoni".
Mi sono fatto un pò convincere che esisteva una soluzione con regolazione continua , ma procedendo mi accorgo della deriva complicata e costosa .
Keyosz ( saluti ) non si nasconde le difficoltà e tu mi proponi di implementare un controllo tachimetrico.
In tutta questa "faccenda" elettrotecnici ed elettronici non hanno ancora trovato una condivisione di intenti . . . .

Ma ritorniamo al tuo intervento che offre spunti di chiarimento.
Incominciamo con il motore sincrono per cui tu giustamente ti chiedi , ma di che tipo di motore stiamo parlando ? asincrono? , sincrono ?
Ti rispondo con delle domande . . . .faccine/alien.gif
(Non mi piace fare domande per verificare se il mio interlocutore ha capito e tantomeno nascondere la mia vanità dietro alla sua presunta vanità ; queste cose le lascio . . . ai pavoni, per cui fatte le domande proseguo con le risposte che darei. . . faccine/sick.gif)

Potrei applicare un controllo di fase a frequenza fissa per variare la velocità di un sincrono ? . . . No
Quale differenza di fondo esiste tra un sincrono ed un asincrono ?

Nel motore sincrono ampie variazioni di coppia non producono variazione di velocità, il rotore gira rimanendo "agganciato" al campo magnetico rotante, la curva meccanica è una retta verticale in corrisspondenza della velocità fissa

Nel motore asincrono la velocità è sempre inferiore alla velocità del campo rotante altrimenti la coppia si annullerebbe, la curva meccanica ha due pendenze una in salita e l'altra in discesa.
La curva in salita che parte da velocità 0 fino a circa il 70% della velocità di sincronismo è instabile :
Il motore non può funzionare stabilmente in quel tratto in quanto un aumento di velocità comporta un aumento di coppia e viceversa.
Raggiunto il punto massimo della curva inizia il tratto stabile in discesa dove all'aumento di velocità corrisponde una diminzione di coppia e viceversa.
Grossolanamente quindi il funzionamento nel tratto stabile del motore asincrono non è molto diverso da quello del motore sincrono se non per la velocità dipendente (asincrono) o indipendente(sincrono) dal carico.
Un controllo tachimetrico inproponibile per un sincrono diventa scarsamente efficiente per un asincrono.
Lo statore del sincrono è uguale a quello dell'asincrono , cambia solo il rotore : a magneti o a gabbia di scoiattolo. evidentemente chi ha progettato la schedina elettronica del controllo in frequenza ha preferito il rotore a magneti per un esatta corrispondenza tra frequenza e regime di rotazione.

Se mi rileggo quasi mi spavento di quanto siamo lontani da quel semplice

Continuo a pensare che nessun "elettronico" mi sta aiutando ad ideare l'ipotesi di soluzione iniziale e mi rendo conto del perchè . . . non ci crede.

Per ora nessuno mi ha convinto dell'impossibilità di tale soluzione che sarebbe sicuramente semplice ed economica

Un saluto a tutti . . . faccine/sick.gif

P.S. incominciamo a ridurre a metà la velocità . . . sono disponibile a realizzare la prova

http://www.energialternativa.info/Public/NewForum/ForumEA/2/2/6/2/4/8/7/1254204705.jpg



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Inviato il: 6/10/2009,22:38

CITAZIONE (Libero51 @ 6/10/2009, 08:33)
Ciao Hike , ti ringrazio per la pazienza che dedichi.........
...................
Continuo a pensare che nessun "elettronico" mi sta aiutando ad ideare l'ipotesi di soluzione iniziale e mi rendo conto del perchè . . . non ci crede.

Heilà Libero, faccine/smile.gif
la pazienza è abbondante ..... è la fede che manca !! faccine/tongue.gif
Il termine "balzoni", che prima ho usato per indicare il comportamento di un asincrono pilotato per semionde non consecutive, è chiaramente improprio. Un controllista parlerebbe più correttamente di "kicking" per indicare un controllo che sembra far girare un albero motore a "calcioni", a scatti, nervosamente ..... male insomma. Non mi riferivo perciò ad una dinamica di controllo discretizzata, non continua ... a balzoni.
Ma .... tornando a noi, quello che scrivi è tutto vero ed il tuo obiettivo iniziale, quello di semplicità , mi era chiaro.
Diciamo innanzitutto che il tuo obiettivo non è nuovo, è stato argomento di lavoro per molti giovani progettisti elettrici ed elettronici negli anni passati. Il motore asincrono, anche se ormai concettualmente vecchiotto, si ostina a pensarsi personcina delicata e poco incline alla sottomissione ...... un rivoluzionario. Anche quando addomesticato, rivela insidie quali temperature o armoniche condotte troppo alte, per citare le difficoltà più frequenti.
Nella fattispecie, un controllo sensorless, inteso senza il feedback di un qualsiasi parametro fisico riconducibile alla velocità dell'albero motore, non è possibile.
Non vorrei che tu interrompessi le tue ricerche per quanto scrivo e sarei felice di leggere di qualche tuo successo. Anzi, di più ..... di quanto scrivo preferirei non ne tenessi affatto conto; io non è che sia proprio addentro l'argomento ...... io sono baby-sitter. faccine/sleep.gif
Ciao faccine/smile.gif


 

Libero51

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GigaWatt


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Msg:1276

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Inviato il: 7/10/2009,14:13

CITAZIONE (Hike @ 6/10/2009, 23:38)
. . . Nella fattispecie, un controllo sensorless, inteso senza il feedback di un qualsiasi parametro fisico riconducibile alla velocità dell'albero motore, non è possibile.
Non vorrei che tu interrompessi le tue ricerche . . .

Uela Hike , "non è possibile" è un pò drastico come baby-sitter . . . faccine/laugh.gif
Io ascolto sempre volentieri le opinioni altrui , ma non ti preoccupare , non mi hai convinto e se riuscirò nell'intento sarai tra i primi a saperlo .

Ciao . . . faccine/sick.gif

Da qualche parte , ho spiegato come funzionava il collegamento "in cascata" dei due motori asincroni accoppiati meccanicamente con le bielle delle vecchie locomotive trifasi.
Tale collegamento consentiva di ridurre a metà la velocità . . . dimezzando frequenza e tensione .

http://www.itisvinci.com/~sarti/trazione%20trifase.htm

Tanto per incominciare mi accontenterei di una cosa come questa che ridurrebbe ad un terzo la velocità del motore . . . mi manca lo scatolino quadrato . . . gasp faccine/sick.gif

http://www.energialternativa.info/Public/NewForum/ForumEA/2/2/6/2/4/8/7/1227426913.jpg

Un saluto a tutti . . . faccine/sick.gif



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NonSoloBolleDiA...

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PetaWatt


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Msg:13786

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Inviato il: 10/10/2009,08:00

Libero,
cos'è quel coso rettangolare?
Ciao
Bolle

faccine/biggrin.gif



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Chi sa raccontare bene le bugie ha la verità in pugno (by PinoTux).
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