Spoel aansturing

Kruimel

Golden Member

Zijn jouw scoops geaard? Wellicht zijn de aardes van de scoops doorverbonden. Zou niet verklaren waarom de transistor warm wordt, maar wel waarom je niets ziet.

Groet,
Kruimel

Lambiek

Special Member

Op 23 oktober 2015 11:50:44 schreef Kruimel:
Zou niet verklaren waarom de transistor warm wordt,....

Dat lijkt mij niet zo verwonderlijk toch. :)

Als je haar maar goed zit, GROETEN LAMBIEK.

@lambiek het is voor stage, hulp mogen we gewoon inschakelen.
Ik heb niet veel kennis van electronica en al zeker niet van low en high side sturen, gister zelfs pas voor het eerst van gehoord.
heb even een tekening gemaakt, zit ik zo de goede richting in te denken of gaat dit echt niet werken?

Lambiek

Special Member

Het is en blijft een school vraag, we mogen dus geen hapklare brokken aanbieden. Maar we mogen wel een zetje in de goede richting geven.

Als je een halve brug wilt maken, moet je niet de IR4427 gebruiken. Ik had al gezegd dat er in het artikel iets over een halve brug staat, even doorlezen dus.

Als je haar maar goed zit, GROETEN LAMBIEK.

oke nog meer een poging dan :D
als ik het goed begrijp moet het zo lukken? en wat moet er aangesloten worden op de SD?

Kruimel

Golden Member

Op 23 oktober 2015 12:12:53 schreef Lambiek:

Op 23 oktober 2015 11:50:44 schreef Kruimel:
Zou niet verklaren waarom de transistor warm wordt,....

Dat lijkt mij niet zo verwonderlijk toch. :)

Ik heb voor de grap het schema er eens bijgepakt en als de collector en de emitter allebei aan aarde liggen kan er alleen stroom lopen door een 560Ω weerstand door de basis. Dat zou niet heel veel dissipatie moeten veroorzaken in de transistor toch?

Groet,
Kruimel

edit:

Je bent op het verkeerde spoor. Wat je wilt is op deze manier niet te bereiken. Als je wil dat de stroom zo snel mogelijk ingeschakeld wordt heb je een hoge spanning nodig. Check, die heb je. Als je wil dat de stroom weer heel snel uit gaat heb moet je die diode juist niet hebben. Je wil dan dat er een zo hoog mogelijke tegenspanning op je spoel komt te staan. Een MOSFET is hier handiger om te gebruiken omdat die niet kapot gaan door overspanning (al gaan ze wel stuk als de dissipatie door overspanning te groot wordt), maar BJTs (zoals de TIP35A) wel. Je originele schakeling met een MOSFET in plaats van de transistor en zonder de diode zou wellicht beter moeten werken.

Om dit te laten werken moet je het eerst testen. Bouw de eerdergenoemde schakeling, alleen sluit de oscilloscopen niet aan. Die zijn geaard, net als de meest functiegeneratoren, en alle massa's zijn dus via het stopcontact met elkaar verbonden. Denk er over na wat dit met je schakeling zal doen! De massa van de scoop kan je wel aansluiten op de source van de MOSFET, want die is al geaard. Denk er even over na welke spanningen je nu makkelijk kan meten en wat je wil weten in je schakeling. Stel in eerste instantie de duty cycle van je functiegenerator laag in (5% of zo). Denk er over na waarom!

Groet,
Kruimel

[Bericht gewijzigd door Kruimel op vrijdag 23 oktober 2015 14:25:13 (54%)

Frederick E. Terman

Honourable Member

"gedoe" om je magneet uit te krijgen: Dat gaat niet zomaar: Dat kost tijd.

Als je spoel van 64mH en 2,8 ohm werkelijk 1kW opneemt, loopt er op dat moment 18,9A door. In het magnetisch veld heb je dus 11,4J zitten.
Wat is 'kort' vergeleken met 9ms? Stel dat je 5% acceptabel vindt, dan moet je deze energie in 0,45ms kwijtraken. Dat komt overeen met een gemiddeld vermogen van 25,4kW.

Dat is echter niet het hele verhaal. Als we uitgaan van een 'ontlaadtijd' van 5*L/R (net als bij de condensator, waar vaak 5*RC aangehouden wordt), dan moet één L/R-tijd dus 90µs zijn. Dat betekent een totale ontlaadweerstand van 711 ohm.
De beginspanning hierover wordt dan 13,4kV. Het vermogen is op dat moment 254kW totaal, waarvan dus 1kW in de spoelweerstand; 253kW moet je zelf opeten, ook al hoeft dat maar een korte tijd.

Je kunt je ook nog afvragen hoe je bij het inschakelen de stroom snel genoeg op die 18,9A krijgt. Als je daarvoor ook 5% van 9ms mag uittrekken, wordt de benodigde spanning 2,74kV (inclusief de spanning over de 2,8 ohm draadweerstand).
Je moet deze spanning wel op tijd verlagen als de gewenste stroom eenmaal loopt.

Wat jij wilt, is een zwaar vliegwiel steeds heel even op volle toeren laten draaien, zonder tijd voor op gang komen of afremmen. Dat kan, maar kost enorme krachten.

e: Eventuele rekenfouten zijn opzettelijk en bedoeld als oefening. ;)

Keramisch, kalibratie, parasitair: woordenlijst.org

Mijn bedoeling met high-side en low-side schakelen is dat je dezelfde situatie krijgt als bij een volledige brug waarvan je alle MOSFETs spert terwijl er nog stroom loopt door de (inductieve) belasting; er gaan dan 2 body diodes in geleiding, waardoor de belasting de voedingsspanning + 2x de spanningsval over een diode in tegengestelde richting krijgt, en daardoor dus veel sneller zijn stroom afbouwd dan wanneer je de last practisch kortsluit met een enkele diode.

In dit geval heb je 2 van de 4 MOSFETs van een volledige brug niet nodig, omdat je die toch nooit aan zet, en die kun je dus vervangen door 2 diodes.

Het ontladen van de spoel zal dan bijna even lang duren als het laden; het enige verschil is dat die 2 diodes nog in serie staan, en dat de ohmse weerstand van spoel nu meehelpt, in plaats van tegenwerkt.

Bedenk ook dat de inductie van die spoel veranderd (mogelijk zelfs een orde van grootte) wanneer die ijzeren bal aangetrokken wordt, omdat de magnetische padlengte veranderd, en daarmee de totale reluctantie.

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

Special Member

Op 23 oktober 2015 14:10:30 schreef Kruimel:
Ik heb voor de grap het schema er eens bijgepakt en als de collector en de emitter allebei aan aarde liggen kan er alleen stroom lopen door een 560Ω weerstand door de basis. Dat zou niet heel veel dissipatie moeten veroorzaken in de transistor toch?

Nee, het gaat mij om het totaal plaatje van het schema. Zoals ik al eerder poste is de stroom versterking van de TIP veel te klein, hij kan in die configuratie +/- 700mA schakelen. Het is dus niet verwonderlijk dat de TIP heet werd in de testopstelling. Dus dat gaat hem niet worden, vandaar dat ik opperde om een fet te gebruiken.

En hoe je dat gaat schakelen, dat kan op verschillende manieren. En met een scoop eraan kan je goed zien hoe het reageert. En dan bedoel ik een echte scoop.

Als je haar maar goed zit, GROETEN LAMBIEK.

Het schema met de halve brug is een stap in de goede rchting..... alleen: de spoel zet je IN de brug. Is er echt een 2.8 ohm weerstand of is dat het model voor de spoelweerstand?

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

@kruimel
bedankt voor de info! maar volgens mede gebruikers van dit forum zou het met alleen de mosfet niet lukken omdat dit niet snel genoeg is voor deze toepassing (de spoel mag maar 9 ms aan staan). In deze 9 ms moet de spoel pwm aangestuurd worden om er voor te zorgen dat deze geregeld wordt.

@rew het is overigens 3.2 ohm en dit is inderdaad de weerstand van de spoel. De tekening heb ik aangepast maar ik weet nog steeds niet wat er op SD aangesloten moet worden; in de datasheet staat hier logic input for shutdown, wat wil dit zeggen? en is het schema verder goed nu?

Ok. Bijna goed: Dan die diode weg. De spoel moet (en zal) kunnen terug leveren aan de voeding, anders duurt het een eeuwigheid (ongeveer 100x langer) voordat het magneetveld weer stopt.

Dan uitrekenen: 1/2 L I2 van de spoel moet in de voeding teruggeleverd kunnen worden.

Je zet dan een snelle condensator over de voeding en tolereert een spanningstoename van zeg 1V.

I = C dU/dt
P = U * I
E = P * dt

invullen geeft: E = U * C dU/dt * dt = U C dU.

C uitbouwen: C = E / U.dU = 1/2 L I2 / U.dU

Dat is dan de minimale Cwaarde waarbij je onder de vrij arbitrair gekozen "dU" kan blijven. (maar bijvoorbeeld als je mosfets 65V, zijn, en je denkt dat ze heel blijven met 60V op de voeding, dan kan je dus van 55V naar 60V, dus en dU van 5V tolereren.

Neem wel goede low-ESR condensatoren. Dat gedoe is zowiezo wel een beetje "gevoelig". Mogelijk moet je toch nog snelle diodes naast de mosfets plaatsen en evt. een snellere (nog lagere ESR) condensator in parallel.

Dit project gaat het: "als je dit schema maakt, dan werkt het" niveau te boven. Je zult vast eea aan "onvoorziene" problemen tegen komen, moeten debuggen en moeten oplossen.

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

in ieder geval bedankt voor de duidelijke informatie!
De mosfets die ik wil gaan gebruiken zijn de fb3307z mosfet's
en de diode de Diotec BY251
Met een dU van 1 kom ik uit op 0.01F:
(0.5*0.064*10)/51 = 0.01F = 10000uF
de condensator die ik hier bij vond heeft een ers van 0,7 bij 1Khz, geen idee of dit laag is...
kunnen de andere 2 condensatoren ook uitgerekend worden of moet ik voor deze gewoon een aantal uitproberen?
En de SD, kan ik deze aan aarde hangen?

Frederick E. Terman

Honourable Member

De IR2184 wordt door de fabrikant een half bridge driver genoemd. Hoe zal hij de aangesloten FETs dus aansturen? Wat betekent dat voor de voeding van de spoel?
(e: schoolvraag)

--
Bekijk nu eens eerst hoe snel de stroom toeneemt als je 'koud' 53V1 op de spoel gooit. Is dat snel genoeg binnen die 9ms?
Gaat het bij PWM sneller?

153V levert 1kW aan 2,8 ohm.

Keramisch, kalibratie, parasitair: woordenlijst.org

@frederick
De half bridge zal om en om een hoog naar de fets sturen... ik zie het probleem..
Hoe kan ik dit probleem dan oplossen?
Had eigenlijk niet gedacht dat deze aansturing zon groot probleem zou worden aangezien bijv. een elektromotor ook zo werkt op deze snelheden.

Ja, maar zo'n elektromotor hangt ofwel tussen de halve brug en ground of voeding, ofwel tussen 2 halve bruggen, als je de richting wilt kunnen omkeren.

Jij wilt niet zozeer de richting omkeren, maar de spoel wel tegengesteld kunnen aansluiten op de voeding, om deze snel te ontladen. Dat kan met 2 MOSFETs en een paar diodes, maar je mag zelf uitzoeken hoe je dat dan zou moeten aansluiten en aansturen.

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

Special Member

In het artikel over mosfets staat een voorbeeld, en denk daar nu eens twee diodes bij. Waar zouden die moeten komen.

OT:
@ SparkyGSX,
Ben je al aan testen toegekomen dit weekeinde?
/OT.

Als je haar maar goed zit, GROETEN LAMBIEK.

sparky zou je me iets meer kunnen helpen? ik zet mijn probleem op dit forum omdat ik er zelf geen verstand van heb en er zijn nu al een aantal mensen geweest die vertelde hoe het moest om er vervolgens achter te komen dat het toch niet werkt en ik begin langzaam achter te lopen voor de deadline..

Het is de bedoeling dat je zelf het werk doet, daar heb je immers ook een opleiding voor gehad, en een stage of afstudeerproject (wat is dit eigenlijk?) heeft als doel dat jij laat zien dat je een dergelijk probleem kunt analyseren en oplossen. Als wij hier je oplossing gaan voorkauwen, heb jij alleen bewezen dat je om hulp kan vragen, niet dat je het zelf kunt oplossen met een beetje hulp.

Kijk eens naar een plaatje van een DC motor in een H-brug (oftewel, 2 halve bruggen). Bekijk dan vooral even wat je moet doen om de motor een kant op te laten draaien (er zijn dan 2 MOSFETs aan), wat het pad van de stroom wordt als je 1 van die 2 MOSFET uitzet, en als je beide MOSFETs uitzet. Als het goed is, zul je dan ontdekken dat je niet perse alle MOSFETs nodig hebt, en tegelijk ook hoe je de MOSFETs die je wel nodig hebt, moet aansturen.

Ik wil je nog wel vertellen dat de IR2184 niet geschikt is, maar je mag dus zelf uitzoeken waarom dan.

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

als we naar de h brug in de bijlagen kijken en we vervangen de dc motor voor de spoel. wanneer we S1 en S4 schakelen zal er een spanning lopen over de spoel. dit is dan denk ik ook de reden dat de IR2184 niet geschikt is want deze maakt de uitgangen om en om hoog. ik snap dat je met een halve h brug de spoel kan schakelen ik snap alleen niet waarom de spoel dan wel snel aan en uit kan gaan. wanneer ik de volle h brug gebruik kan ik de polariteit van de spanning veranderen waardoor de spoel snel uit gaat.

nu weet ik niet of het ook werkt als ik de halve brug gebruik (dus S1 en S4) en beide dicht zet om spanning op de spoel te zetten en vervolgens S1 open schakel om de spoel snel uit te kunnen zetten maar dat maakt S4 eigenlijk overbodig..

Zou je me een tip in de goede richting kunnen geven want ik weet hoe een halve h brug werkt ik weet alleen niet hoe deze mij kan helpen om de spoel snel (0,5ms aan 0,5ms uit) aan en uit te kunnen zetten.

Wanneer je een blusdiode over een spoel zet dan zal deze spoel langer bekrachtigd blijven omdat er bij uitschakelen daardoor dan een stroom blijft lopen.
Wil je dat de spoel sneller schakeld, dan zul je een zenerdiode in serie met de blusdiode moeten zetten. Denk er wel aan dat de schakel transistor of fet deze spanning ook zal moeten kunnen hebben.
Hoe hoger de zener spanning deste sneller de spoel afschakeld.

Frederick E. Terman

Honourable Member

Hoe hoog de benodigde spanningen zijn heb ik al eerder voor je uitgerekend (ik ging toen van 0,45 ms uit).
Om in 0,5 ms de stroom van 0 op 18,9A te krijgen heb je ruwweg 2,4kV nodig, plus nog wat extra (oplopend tot 53V) voor de weerstand. Aan het eind van de 0,5 ms wel terugschakelen naar 53V.
Om met tegenspanning in dezelfde tijd de stroom weer op nul te brengen, moet je dezelfde spanning omgekeerd aanleggen (en ook weer op tijd uitschakelen).
Dat is gewoon een natuurwet, en daar zijn geen trucjes omheen. Het maakt niet uit waarmee je schakelt.

Zonder tegenspanning, maar gewoon door 'uitschakelen' de stroom in 0,5 ms terugbrengen tot (praktisch) nul levert nog veel grotere spanningen op.

Door PWM'en van de 2,4kV kun je met dezelfde inschakeltijd natuurlijk kleinere stromen kiezen. Na 0,5 ms met dezelfde PWM-instelling de 53V PWM'en, òf de PWM-instelling 45,6x zo laag zetten.

Keramisch, kalibratie, parasitair: woordenlijst.org

Ja, dat te TS die 450us niet gaat halen, als die spoel echt 64mH is lijkt me duidelijk, maar eigenlijk geloof ik die 64mH nog steeds niet.

@mississippi: een zenerdiode is een van de vele mogelijkheden. Er zijn nog andere, zoals een weerstand in serie met een gewone diode, of de spoel ompolen en daarmee de energie terug de voeding in dumpen, en die mogelijkheden zijn ook in diverse vormen te combineren.

Op 26 oktober 2015 17:23:58 schreef ELECTRO123:
als we naar de h brug in de bijlagen kijken en we vervangen de dc motor voor de spoel. wanneer we S1 en S4 schakelen zal er een spanning lopen over de spoel. dit is dan denk ik ook de reden dat de IR2184 niet geschikt is want deze maakt de uitgangen om en om hoog.

Correct! Zie je, we komen er wel op deze manier, en zo leer je er ook nog wat van.

Jouw plaatje is eigenlijk net even te simpel, deze is beter: http://modularcircuits.com/blog/wp-content/uploads/2011/10/image7.png
Deze is getekend met MOSFETs, inclusief body diodes, en die zijn belangrijk.

Wat weet je van spoelen? Als je de stroom plotseling onderbreekt, wat gebeurd er dan? Anders gezegd, wat gebeurd er met de spanning over en de stroom door de spoel?

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

@sparkyGSX
ik weet dat wanneer je een spoel aanstuurt er in de spoel een tegen EMK gaat werken waardoor de laadcurve afgevlakt wordt en wanneer de spoel plots uitgeschakeld wordt dan bevind er nog energie in de spoel die niet direct weg gaat waardoor de spoel een soort spanningsbron wordt. toch?

@frederick e. terman
ik begrijp dat ik een hoge spanning nodig heb om de spoel snel aan te kunnen krijgen. Hoe ik dit voor elkaar moet krijgen is een compleet ander verhaal, hoe kan ik er voor zorgen dat er 2.4Kv gaat lopen wanneer ik de spoel aanstuur of hoe werkt dit precies?

Frederick E. Terman

Honourable Member

Om in 64mH in 5ms 18,9A te laten lopen is ruim 2,4kV nodig (plus maximaal 53V voor het weerstandsdeel van 2,8Ω).
Die spanning moet je dus gewoon op de spoel zetten, daar is geen andere oplossing voor. U = L dI/dt.
Heb je zo'n hoge spanning niet, dan moet je genoegen nemen met een lagere stroom of een langere inschakeltijd.

@SparkyGSX twijfelt of jouw spoel inderdaad wel 64mH is. Als hij gelijk heeft, en de spoel is in werkelijkheid kleiner, dan is de benodigde spanning natuurlijk evenredig kleiner.
Weet je de waarde met zekerheid? Hoe is de spoel geconstrueerd (aantal windingen, vorm, afmetingen, kern)?
Voor de meeste vormen is wel de een of andere formule bekend.

Keramisch, kalibratie, parasitair: woordenlijst.org