Toerenregeling hoog koppel 12v DC motor

Hallo,

Ik probeer al enige tijd een toerenregeling voor een 12v DC motor uit een accuboormachine te maken welke een constant toerental kan behouden onder wisselende belasting. In feite de eigenschappen van het apparaat waar de motor in de eerste plaats uit kwam; een boormachine.

Bij de circuitjes die ik tot nu toe heb gemaakt, zakt het toerental zodra de motor enigzinds belast wordt en heeft hij weinig tot geen koppel. Ook heeft de motor bij lagere toerentallen de neiging om stil te vallen.

Nu heb ik de volgende schakeling gemaakt, en volgens de beschrijving is het exact wat ik zoek:
http://www.brighthubengineering.com/diy-electronics-devices/86517-build-a-dc-motor-speed-controller-circuit/#
http://www.brighthubengineering.com/diy-electronics-devices/...it/#imgn_0

Helaas blijf ik met dezelfde problemen zitten.
Daarnaast worden de transistoren T1-T4(2x TIP 122 & 2x TIP 127) zeer warm bij ondanks een zeer lage belasting op de motor. Aanvankelijk gebruikte ik vrij kleine koelblokjes voor deze transistoren, omdat ik niet verwachtte dat ze bij lagere amperages (1.5/2 ampere op licht belaste motor) veel warmte genereerden.

De enige aanpassing van mij zelf is een 4.7k lineaire potmeter op pin 11 van het IC i.p.v. het circuit dat in de bovenstaande regeling wordt gebuikt om het voltage te regelen.
Ik ben nog maar kort met electro bezig, maar dit zou volgens mij niets uit mogen maken.

Om de 230V AC om te zetten naar 12V DC gebruik ik een 100VA transformator 230V primair, 6V/9V/12V/15V/18V secundair.
Op de 9V AC uitgang heb ik een 6A brugcel gezet met een elco erachter om de voltage pieken af te vlakken.

Dit geeft me een spanning van ongeveer 12.5V DC.

Om de voedingspanning uit te sluiten als struikelblok heb ik de schakeling ook al direct aangesloten op een 12v accu, dit leverde geen verbetering op.

De hele schakeling is doorgemeten, en zou in theorie moeten werken.

Ik ben pas begonnen met electro en heb nog maar weinig ervaring, dus is het goed mogelijk dat ik iets over het hoofd heb gezien of verkeerde aannames heb gemaakt.

Advies en/of tips worden zeer op prijs gesteld.
Mocht er nog meer informatie nodig zijn hoor ik het graag.

Bij voorbaat dank!

VanHout

De eerste schakeling is wat mij betreft ook een flutschakeling, transistors zullen bij wat serieuzere motorstroom inderdaad gauw heet worden.
Zolang je geen terugkoppeling hebt hou je dat je toerental zal zakken bij zwaardere belasting.
Terugkoppeling kan met een opnemer op de as of middels een back-emf meting.

Volgens mij doet die schakeling precies wat hij theoretisch zou moeten doen: de spanning over de regelen, daarbij een boel vermogen opstoken in de transistors (1.4V * 2V = 2.8W voor 2 van de 4 transistors bij 100% pulsbreedte), en in ieder geval niet het toerental constant houden.

Ik ben het met Zonnepaneeltje eens: om het toerental constant te kunnen houden, zal dat toerental op een of andere manier gemeten moeten worden; een sensor (encoder, tacho, o.i.d.) op de as is een mogelijkheid, en een tegen-EMK metingen kan een goedkoop en mechanisch eenvoudig alternatief zijn. Beide opties zijn echter niet eenvoudig te realiseren, en hoewel dat wel met discrete componenten kan, wordt een microcontroller al snel de meest practische oplossing.

Een manager is iemand die denkt dat negen vrouwen in één maand een kind kunnen maken

In de Elex van september 1989 staat een leuk ontwerpje dat op de tegen EMK regelt, ontworpen door een kennis van mij :)

Overigens; Een schema dat niet normaal leesbaar is zou ik in beginsel liever links laten liggen.

[Bericht gewijzigd door Aart op 3 februari 2013 10:19:20 (22%)]

EricP

mét CE

Wat is er gebeurd met de oorspronkelijke regeling?

Dit project is meer een uitdaging en poging om ervaring op te doen dan een oplossing voor een praktisch probleem, dus eenvoud is geen vereiste.

De originele regeling bestaat uit een printje van zo'n 4cm2 waarbij de trekker van de machine een schuifje over een stripje op het printje laat schuiven. Ik heb geprobeerd hiervan de componenten op te zoeken en de schakeling te ontcijferen, maar dat liep helaas op niets uit.

Ik kon uberhaupt geen schema's of schakelingen zoals deze in accuboormachines gevonden worden vinden.
Niemand toevallig op de hoogte van de werking hiervan?

Bedankt voor de feedback, even kijken of hier verder mee kom.

Groeten,

VanHout

In mijn Bosch boormachine zit gewoon een schakeling met een 555 zoals de motorregeling die hier op de site staat.
Dus geen terugkoppeling, het toerental zakt bij zwaardere belasting, dat is ook bij andere accuboormachines het geval..

Precies, dat doen alle dergelijke accuboormachines die ik ken.

Overigens is er, behalve met een sensor of door de tegen-EMK te meten, nog wel een manier om de snelheid te bepalen; een DC motor met borstels trekt geen nette DC stroom, daar staat een rimpel op die veroorzaakt wordt door de collector. Door die stroomrimpel te isoleren van de DC stroom, is het dus mogelijk om de snelheid te meten, mits deze niet (bijna) 0 is, natuurlijk. Ik heb daar wel eens schakelingen en microcontroller projectjes voor gezien, en volgens mij heeft er ook wel iets dergelijks in de Elektuur gestaan, vele jaren geleden.

Het lastige daarvan is natuurlijk wel dat het PWM'en van een motor ook een stroomrimpel veroorzaakt, die gemakkelijk de meting verstoort. Daarbij is de frequentie van de stroomrimpel vrij hoog, wat het meten ervan niet eenvoudiger maakt.

[Bericht gewijzigd door SparkyGSX op 4 februari 2013 22:34:36 (17%)]

Een manager is iemand die denkt dat negen vrouwen in één maand een kind kunnen maken

Een GOEDE motor heeft een lage DC weerstand. Het toerental wordt dan grotendeels bepaald door de aangelegde spanning, en veel minder door het gevraagde koppel.

four NANDS do make a NOR . Kijk ook eens in onze shop: http://www.bitwizard.nl/shop/

Half waar; voor een groter koppel is ook een grotere stroom nodig, en DC en BLDC motoren zijn sterk inductief.

Een manager is iemand die denkt dat negen vrouwen in één maand een kind kunnen maken

Wat ik bedoel is: een motor met een DC weerstand van 1 ohm zal bij een 10VDC en een bepaald koppel 1A trekken. Dan blijft er 9V over voor de tegen-EMK en draait ie dus 9 * z'n KV getal aan toeren.

Een slechte motor heeft een DC weerstand van 5 ohm en draait nog maar de helft.

Een goede motor heeft een DC weerstand van 0.1 ohm en zal bij dat koppel dus nog 9.9 * z'n KV getal draaien. Ga je de het dubbele koppel vragen zal de eerste motor ongeveer 10% in toeren zakken, de slechte komt stil te staan, en de goede daalt slechts 1%.

Als je aanneemt dat je tot 80% rendement kan gaan, zou je die "goede" motor wel veel zwaarder kunnen belasten dan die andere twee.

four NANDS do make a NOR . Kijk ook eens in onze shop: http://www.bitwizard.nl/shop/

Uiteraard kun je met de motor met de lagere weerstand waarschijnlijk een hoger koppel halen, maar het is wel wat kort door de bocht; jouw eerste motor heeft bij 10V, 1 ohm en 1A een weerstandsverlies van 1V, dus blijft er 9V over voor de tegen-EMK PLUS de inductie, dus de U = L dI/dt. Bij een gegeven toerental is de commutatiefrequentie natuurlijk constant, dus als de stroom toeneemt, heb je een hogere spanning nodig om die grotere stroom in dezelfde tijd op te bouwen in een spoel.

Ik heb in het verleden met motoren gewerkt waarbij de inductie en tegen-EMK erg hoog waren vergeleken met de ohmse weerstand. Er is natuurlijk een verband tussen die twee; de tegen-EMK is recht evenredig met het aantal windingen bij een gegeven afgeleide van de velddichtheid, terwijl de inductie natuurlijk kwadratisch evenredig is met het aantal windingen, waarbij ik bewust negeer dat de inductie sterk afhankelijk is van de absolute veldsterkte, aangezien motoren vaak zodanig ontworpen worden dat ze vrij fors verzadigen. Bij andere motoren kan de inductie verwaarloosbaar zijn, maar dat is dus sterk afhankelijk van het ontwerp.

Overigens is een motor met een hogere weerstand wel gemakkelijker te regelen; neem nu jouw theoretische motor met een weerstand van 0.1 ohm (en neem aan dat de inductie relatief laag is); als de pulsbreedte of DC bus spanning met 1% zou toenemen, zou de stroom verdubbelen! Een closed loop regelaar voor zo'n motor zal dus zeer snel en stabiel moeten zijn. Je zou de spanningsval over de interne weerstand kunnen zien als de sluitpost om de som van de spanningen in de lus op 0 te krijgen; met een hele lage weerstand zou je dus een grote verandering krijgen in de stroom met een kleine verandering in een van de spanningen.

Overigens is de inductie ook gewenst om de stroomrimpel die wordt veroorzaakt door het PWM'en binnen de perken te houden; als de inductie te laag is, zou je op een hogere frequentie moeten gaan PWM'en om te voorkomen dat de rimpelstroom, en daarmee de I^2R verliezen en wervelstroom verliezen te groot worden. In een extreem geval zou de stroom tijdens het PWM'en zelfs steeds negatief kunnen worden.

Een manager is iemand die denkt dat negen vrouwen in één maand een kind kunnen maken

Op 6 februari 2013 00:25:19 schreef SparkyGSX:
Uiteraard kun je met de motor met de lagere weerstand waarschijnlijk een hoger koppel halen,

Wat ik probeer te zeggen is dat bij mijn "goede" motor, het toerental bij een verdubbeling van het koppel slechts 1% zal zakken terwijl de slechte motor stil gaat staan.

Hoe de inductie zich verhoudt t.o.v. een typische PWM frequentie weet ik niet. Noot aan gemeten. Sorry.

four NANDS do make a NOR . Kijk ook eens in onze shop: http://www.bitwizard.nl/shop/