Driver 3 fase motor

De Lenze frequentieregelaar die ik laatst open gemaakt heb (was opgeblazen) had een IR2133 als MOSFET driver voor 6 IGBTs, die werd aangestuurd door een processor (type weet ik niet meer).

Ik denk dat er niet veel gebruik wordt gemaakt van kant-en-klare IC's, omdat je dan toch minder controle hebt, en minder ruimte voor slimme trucjes dan wanneer je een eigen processor hebt die je tot in het kleinste detail precies kunt laten doen wat je wilt.

Die heb ik ook nog niet gezien. Overigens heb ik ook nog nooit een frequentie gezien die gedurende de periode variabel was. Voor normaal gebruik is die zo'n beetje 3kHz, als het stiller moet kun je tot bv 16kHz gaan. Als er teveel koppel gevraagt gaat worden schakelen de meeste drives automatisch weer op een lagere taktfrequentie terug.

Een totaaloplossing in een chip, en daar een eindtrap achter? Ben ik ook nog niet tegengekomen. En dan zouden frequentieomvormers er plots ook heel simpel uitzien vanbinnen.

Zaken waar je al niet buiten kan: Ingangsfilter (spoelen/condensatoren), ingangsgelijkrichting al dan niet driefasig, elco's voor de afvlakking, dan heb je nog maar de DCbus. Eindtrappen zijn zowel uit losse IGBT's of als modules inzetbaar. Spreken we nog niet over beveiligingen zoals stroommeettrafo's, ontkoppeling tegen storingen, drivertrappen, besturing, meestal een µP of µC.

- - big bang - -

Op 30 juni 2008 22:45:31 schreef big bang:
Een totaaloplossing in een chip, en daar een eindtrap achter? Ben ik ook nog niet tegengekomen. En dan zouden frequentieomvormers er plots ook heel simpel uitzien vanbinnen.

De low budget FO's zien er ook tamelijk simpel uit. Het complete vermogensdeel zit in een enkel blokje van 20x20x5mm: dat is gelijkrichter en IGBT's in één. Een klein blauw blokje stelt het filtertje voor, paar condensatoren en een klein controllerbordje met wat toetsjes en een simpel display, kastje erom en dat is het wel.
De kleinsten kosten nog maar net over de 100 euro inkoop. Wie wou er nog wat zelf bouwen?;-)

Er zijn IC's voor handen die een 3 fasig signaal genereren. In de meeste videorec's wordt de head 3 fase aangestuurd. Ik wou dit toepassen om een 200Hz 48v voeding te bouwen maar de IC's hebben telkens 3 hall-sensor poorten en daar wist ik geen blijf mee omdat de voeding handgereedschap moest aandrijven en deze geen hall sensoren konden bevatten. Ontwerp dus aan de kant geschoven tot er ergens misschien nog een hint uit de lucht valt.
Mvg.

Alvast bedankt voor de reacties op dit topic.
Ik zou een IGBT module gebruiken van Infineon. Deze is reeds aangekocht. Het gaat over de BMS50GB120DN2. Vce max= 1200V en Ic max 78A.

Op 30 juni 2008 23:12:35 schreef jerome:
Er zijn IC's voor handen die een 3 fasig signaal genereren. In de meeste videorec's wordt de head 3 fase aangestuurd. Ik wou dit toepassen om een 200Hz 48v voeding te bouwen maar de IC's hebben telkens 3 hall-sensor poorten en daar wist ik geen blijf mee omdat de voeding handgereedschap moest aandrijven en deze geen hall sensoren konden bevatten.
Mvg.

Weet je nog het type IC dat je toen had?

Ik heb een chip gevonden maar weet niet goed of deze wel optimaal is, het gaat over de UC3625. In de titel wordt altijd gesproken van "Brushless DC motor", iemand een verklaring?

Bij microchip hebben ze met de dsPIC nu de familie motor control. Er zijn verschillende Application Notes beschikbaar maar gezien ik nog nooit met de dsPIC heb gewerkt twijfel ik over het gebruik ervan. Ik heb er een korte cursus over gehad maar dat is ook alles. Iemand meer ervaring met de dsPIC-motor control?

Alvast bedankt voor de antwoorden!
Mvg.

Bij een brushless DC motor hebt je (bij mijn weten) altijd een terugmelding nodig in de vorm van hall sensors, een encoder, resolver o.i.d. om de juiste commutatie te kunnen bepalen. Dit is dus een closed-loop systeem.

Een frequentieregelaar is een open-loop systeem; er zijn geen sensoren aangebracht op de motor om de positie te meten. Soms worden er wel trucjes uitgehaald met het meten van de tegen-EMK in de verschillende spoelen.

Als je hier geen ervaring mee hebt, zou ik toch maar heel voorzichtig zijn, want bij dergelijke vermogens zijn kleine foutjes niet mogelijk, alleen catastrofale.

Als je die IGBTs niet goed aanstuurt, doordat je er een bijvoorbeeld niet goed open stuurt, of een verkeerde combinatie zodat je een shoot-trough krijgt, wil je echt niet in de buurt staan van die IGBT.

Ik hoop toch maar dat dit hobby is, en geen opdracht voor je werk of zo?

Op 1 juli 2008 11:23:43 schreef SparkyGSX:
Een frequentieregelaar is een open-loop systeem; er zijn geen sensoren aangebracht op de motor om de positie te meten. ...

Closed loop kan wel op de meer intelligente drives natuurlijk.

Dan noemt met dat een "servo".

De grens tussen een AC servoregelaar en een frequentieregelaar is een beetje onduidelijk, maar over het algemeen zijn frequentieregelaars open-loop systemen, die de motorstroom als enige feedback gebruiken om fouten te detecteren. Servoregelaars hebben per definitie een feedback systeem en een PID kring (of iets soortgelijks).

Wat ik van de TS begrijp, is dat hij een open-loop frequentieregelaar wil maken. Dit kan natuurlijk gebruikt worden als eindtrap voor een andere regelaar, die dan niet beter weet dan dat hij een DC motor aanstuurt.

Op 1 juli 2008 14:15:54 schreef SparkyGSX:
Dan noemt met dat een "servo".

Nee, om de een of andere reden toch niet. Het blijven gewone draaistroommotor. Een AC servo, tegenwoordig het meest gebruikt, heeft magneten in de rotor.
Maar feitelijk heb je wel enigszins gelijk natuurlijk.

Je kunt een gewone draaistroommotor ook als servo gebruiken, als je er een encoder o.i.d. op zet. Het lijkt me dat je zoiets dan ook een "servo" mag noemen.

Een motor zonder borstels, met wikkelingen op de stator en een magnetische rotor, lijkt mij gewoon een brushless DC motor, eigenlijk, maar het is mij dus niet helemaal duidelijk hoe dat nou zit.

Ik heb ook altijd gedacht dat een AC servo gewoon een kooianker had, in plaats van magneten.

Persoonlijk vindt ik iets een servoregelaar als het een torque mode, speed mode, en positioning mode heeft, anders niet.

Een servoversterker heeft eigenlijk niet per defenitie een positiecontroller in zich. De luxere wel, beperkt, en kunnen bv indexen. De nog luxere hebben alles on-board.

De keuze tussen torque en speed mode heeft een standaard FO eigenlijk ook altijd al in zich, dus ook voor gewone draaistroommotoren.

Een kooiankermotor met encoder noemt men geen servo, dat is een kwestie van defenities en wellicht dan ook niet helemaal terecht maar die missen nou eenmaal de dynamiek van een echte servo.

Een AC servo lijkt qua bouw en werking idd sterk op een brushless DC motor, maar is dat niet. De aansturing is toch echt anders.

Servo en servo... Ik weet wel waar jullie allebei naar toe willen. Er is een verschil tussen servo en servo.
De term "servo" wordt, als het specifiek over aandrijvingen gaat, gebruikt voor de motor, een servomotor. Dat kan de brushless AC of DC zijn, het is een servoaandrijving.
Meer algemeen heeft de term "servo" ook nog de betekenis, een closed loop systeem te zijn, dit hoeft niet noodzakelijk een elektrische aandrijving te zijn, elk teruggekoppeld systeem dat een fout wegregelt tussen instelwaarde en bekomen waarde is "servosysteem" te noemen. Dat kan bvb. een persluchtsysteem zijn, of hydrolisch, weet ik wat. Door een opnemer, zijnde hoekencoder, drukmeter, hallsensor, gewichtmeting door loadcel..., kan de loop gesloten worden.

Een slecht voorbeeld hiervan is een servostuur in de auto, die helpt wel bij het draaien, maar regelt in feite niet het verschil weg tussen ingestelde en bekomen waarde. Het zou beter altijd een stuurbekrachtiging heten.

Je kan een FO gebruiken met kooianker en encoder, das dan een soort servosysteem maar nog geen servomotor.

Op 1 juli 2008 14:57:44 schreef SparkyGSX:
Een motor zonder borstels, met wikkelingen op de stator en een magnetische rotor, lijkt mij gewoon een brushless DC motor, eigenlijk, maar het is mij dus niet helemaal duidelijk hoe dat nou zit.

Ik heb ook altijd gedacht dat een AC servo gewoon een kooianker had, in plaats van magneten.

Over dat verschil heb ik al eens een epistelke geschreven in Info over servo en meerdere toeren draaien. achteraan.

- - big bang - -

@Big bang: dat had ik toen inderdaad ook al gelezen, maar het is me nog steeds niet duidelijk wat nu het verschil is.

Je schrijft eigenlijk: een BLAC is een motor met een permanent magnetische rotor en spoelen op de stator, en een BLDC ook, of lees ik dat nou verkeerd?

Is een BLDC motor een soort van stappenmotor, met tanden op de rotor en stator, of zo?

Ik snap ook niet echt waarom een kooiankermotor minder nauwkeurig zou zijn als een BLDC of BLAC, zolang je maar een terugkoppeling hebt van de rotor, kun je toch gewoon compenseren voor de slip?

(berichtje eerst per ongeluk in het verkeerde topic gepost, misschien dat die nu op slot kan)

Ik heb hier de elektor jan 2008 liggen. Daar staat een artikel in van Dr .stephan chmielus ,fairchild semiconductor ,germany

Hier worden die chips motion spm modules genoemd.

Het artikel gaat over hoe de elektronica huishoudelijke apparaten en alles wat een motor bevat zuiniger kan maken.

Een module word met name benoemd

Motion - smart power module - FSBxyCH60B

3 /30A 600V
2500V isolatie

Dus kijk eens bij fairchild op de site.

Ze kunnen beide idd. een permanent magnetische rotor en een gewikkelde stator hebben. Een stappenmotor die stapt hoort bij de familie van BLDC.
Tussen BLAC en BLDC is er in sturing wel een wezenlijk verschil, het abrupt in en uitschakelen van wikkelingen met DC of sinusstroomgestuurde wikkelingen.

Een kooiankermotor is wel degelijk minderwaardiger als nauwkeurige positieregelaar. Hij kan natuurlijk teruggekoppeld worden door de positieterugmelding. Maar die is zeker niet dynamischer en nauwkeuriger dan een echte servomotor. Vergeet niet dat het principe van een kooianker berust op ankerinductie. Het kooianker (kortsluitanker) induceert wat er in de stator wordt gestoken. Je moet dus eerst de stator uitsturen om de ankerreaktie te kunnen bekijken via een encoder om daarop in de FO op te anticiperen. Die latentie is al een eerste minpunt in dynamiek. Bij een servomotor is de rotor permanent magnetisch, de reaktie is er direct.

Verder hebben servo's de naam te hebben uitgenomen sterk en koppelkrachtig te zijn. Ook bij een kleine bouwvorm.
De reden is niet ver te zoeken, servomotoren zijn slank en zeker lang van vorm. Ik bedoel, in doorsnede klein bij een grote lengte. Dat heeft gevolgen, daar de ontwikkelde krachten rechtevenredig zijn met B l i, die B is groot te maken door de sterke permanente magneten (NeoDymium) en door de lange lengte neemt l ook significant toe, de lengte ven de geleider in het magnetisch veld. Om een massa te versnellen heb je kracht nodig, F=m*a en die kracht is wel aanwezig.

De beperke rotordoormeter heeft ook nog een belangrijk voordeel: de inertie blijft laag, dus geen logge rotor die traag reageert. Dus de dynamiek heeft daar voordeel bij.

Een derde punt is, dat servo's gemakkelijk op een plaats kunnen vastgehouden worden, en ook moeiteloos traag kunnen draaien, bij kooiankers durft de temperatuur al wel eens oplopen bij trage toerentallen en stilstand vasthouden.

- - big bang - -

Ok, dat wordt al duidelijker.

Is een BLDC motor, zoals die bij industriële servo's wordt gebruikt, dan eigenlijk een stappenmotor met maar 3 stappen in een omwenteling, of zijn dat er meer? Ik neem aan dat deze dan ook met in sinusvormige PWM wordt aangestuurd?

Is de stroom bij een BLAC motor echt sinusvormig, of is dat ook gewoon PWM? Dat laatste lijk me wel logisch, anders sta je natuurlijk enorm veel energie te verstoken in de stuurtrappen.

Nou grote klap, dat had niemand mooier kunnen vertellen.

Kleine aanvulling;
Die mooie lange en slanke AC servo's zijn soms ook wel eens kort en dik, speciaal voor toepassingen waar massa's koppel nodig zijn.

En sparky:
industriele servo's zijn voor 99% AC servo's, geen DC.

[Bericht gewijzigd door GJ_ op dinsdag 1 juli 2008 19:48:58 (14%)]

Hallo,

Even terugkomend op een van de eerste vragen.
Er bestaan wel degelijk modules welke stuurlogica en IGBT('s) in een behuizing omvatten.
Een voorbeeld hiervan zijn de IPM's (Intelligent Power Module) van bijvoorbeeld Mitsubishi waarvan hier een aantal datasheets.

Deze dingen worden ook gebruikt in de servo versterkers van industriele robots.

@TS is zoiets wat je bedoelde.

Verder als aanvulling op big bang nog het volgende.

De BLDC en de AC versie zijn in de basis een synchrone motor maar dan zoals eerder gezegd permanente magneten in de rotor. De voortschrijdende techniek (zeer sterke permanente magneten) heeft het ouderwetse synchroonmotor systeem met gelijkgerichte AC spanning t.b.v. van de rotormagneten weten te vervangen.

De constructie van de BLDC en de AC versie is eigenlijk hetzelfde. De wijze van commutatie is echter verschillend.
Inderdaad de bldc maakt gebruik van z.g.n. blokcommutatie voor het opwekken van het draaiveld wat eigenlijk wil zeggen dat de 3 fase spoelen worden aangestuurd met een blokgolf welke eenvoudig gezegd 120graden t.o.v. elkaar verschoven zijn.
Om de rotor en het gegenereerde draaiveld op elkaar aan te passen moet men wel de positie van de rotor kennen wat kan plaatsvinden door bijv. een envoudige encoder zoals een halsensor (aantal poolparen van de motor zijn bekend) of sensorloos d.m.v. veldmeting.

Bij de Brushless AC motoren maakt men gebruik van sinus commutatie om o.a.het geleverde koppel in een rotatie optimaal/constant te kunnen houden (wanneer leverd een motor het maximale koppel).

De sinuscommutatue vraagt een naukeurige waarde van de rotor positie. Daarom worden deze AC versies vaak standaard voorzien van een echte encoder tegenwoordig ook van gedigitaliseerde resolvers.

Freescale, Microchip en Atmel hebben veel appnotes over dit thema met vaak eenvoudige duidelijke theoretische uitleg.

Veder nog een duidelijke beschrijving hier

@GJ_: geldt dat ook voor de kleinere motoren (<1kW)?

@Belleblaas: dat is wel een helder verhaal.

Begrijp ik het nou goed dat een BLDC motor eigenlijk een stappenmotor is, met weinig stappen per omwenteling, en zonder tanden op de rotor en stator om rimpel in de koppelkromme te verminderen?

En is bij een BLDC motor altijd maar 1 fase bekrachtigd, terwijl een BLAC motor een 3 fase SPWM aansturing krijgt, steeds 120 graden verschoven (draaistroom, dus)?

Als het verschil alleen in de software van de aansturing zit, kan ik me voorstellen dat BLDC niet of nauwelijks meer gebruikt wordt, als BLAC duidelijke voordelen heeft.

Maar betekend dat dat je dezelfde motor kunt gebruiken in een BLDC of BLAC systeem?

Zou het mogelijk zijn om de signalen van een sin/cos resolver te gebruiken als referentiespanning voor een hardware PWM generator, en op die manier een BLAC motor te laten lopen? Dus de commutatie rechtstreeks koppelen aan een resolver, die 90 graden verschoven zit op de motoras?
Als er een voorziening is om de referentiespanning extern te beïnvloeden, zou dat een primitieve BLAC regelaar zijn met alleen een koppel regeling.

Een gek kan meer vragen dan 10 wijzen antwoorden...

Op 2 juli 2008 09:01:53 schreef SparkyGSX:
@GJ_: geldt dat ook voor de kleinere motoren (<1kW)?

Ja hoor. Ik heb hier zelfs een schattig 100W ac servo liggen. Overigens spreekt men bij servo's meestal niet over watt's maar over Nm's.

Ow ja, dat schattig is betrekkelijk. Als je niet oppast draait ie toch een fraaie wokkel van je vingers;-)

[Bericht gewijzigd door GJ_ op woensdag 2 juli 2008 09:06:23 (16%)]

Als het verschil alleen in de software van de aansturing zit, kan ik me voorstellen dat BLDC niet of nauwelijks meer gebruikt wordt, als BLAC duidelijke voordelen heeft.

BLDC word heel veel gebruikt, de aansturing is simpel en dus goedkoop.
bijna alle DC ventilatortjes zijn BLDC.

Ow ja, dat schattig is betrekkelijk. Als je niet oppast draait ie toch een fraaie wokkel van je vingers

je moet ook niet overal met je vingers aan zitten.

Ja, ok, maar ik bedoelde dus in industriële servo's.

Klopt, men spreekt meestal van newton-meters in plaats van watts, maar als werktuigbouwer kan ik meer met vermogen dan met koppel (energie vs. kracht). In veel gevallen moet je iets versnellen of optillen, en dan gaat het toch om de energie die je kunt leveren. Het koppel kun je aanpassen met een overbrenging, dat is niet zo boeiend.

Je kunt natuurlijk ook koppel en maximaal toerental specificeren, maar dat is gewoon een verkapte specificatie van het vermogen. Als je maar 2 van de 3 weet is het goed.

Op 1 juli 2008 19:47:56 schreef GJ_:
Nou grote klap, dat had niemand mooier kunnen vertellen.

Kleine aanvulling;
Die mooie lange en slanke AC servo's zijn soms ook wel eens kort en dik, speciaal voor toepassingen waar massa's koppel nodig zijn.

En sparky:
industriele servo's zijn voor 99% AC servo's, geen DC.

Heh, bedankt voor het compliment.
En er zijn wel dikke korte servo's, maar die zijn dan weer door blijkbaar een eigen techniek van wikkelen en hoeveel wikkelingen leggen in staat een groot koppel te leveren. Ze hebben ook weer meer inertie, eenvoudig gezegd meer 'vliegwielfunctie' en zijn dan ook weer niet superdynamisch, de regelparameters zullen dan ook waarschijnlijk weer wat anders liggen. In de regel komen de lange slanke toch zeer veel voor.

Idd, servos zijn in staat verschrikkelijke koppels te leveren, zeker de grote industriële, zeker als er nog een reduktor opstaat. Je staat soms versteld van wat zo'n ding kan. De grootste robot op het vorig bedrijf was een 2ton lineaire robot, bolt over een Xas van ongeveer 18m, werd getrokken door 2 paralelle servo's van, ik schat 14cm doormeter en 35cm lang. Dat ding kan accelereren aan 2.5m/s². Probeer maar eens met een vorkliftje van 2t.
Het was trouwens materiaal van Hauser Parker Hannifin, de naam die in Belleblaas zijn link ook voorkomt.

BLDC komt veel voor in kleinere zaken zoals idd. blowers/fans, modelbouw (vliegtuigrotortjes), stappenmotoren e.d.
Industrie is idd. over heel de lijn BLAC, al worden sommige BLAC soms uitgescholden voor BLDC.

Op 1 juli 2008 19:45:43 schreef SparkyGSX:
Is de stroom bij een BLAC motor echt sinusvormig, of is dat ook gewoon PWM? Dat laatste lijk me wel logisch, anders sta je natuurlijk enorm veel energie te verstoken in de stuurtrappen.

Lineair aansturen is ondoenbaar, vanwege dissipatie.
Die sinusvormige stroom wordt opgewekt door een SPWMprincipe, sinusPWM, door je PWM sinus te moduleren gaat de spanning over de wikkelingen wel bij elke PWMslag van 0 naar max. en terug, maar de gemiddelde stroom door de spoel kan je sinusvormig krijgen, door de spoelen verschoven in fase met een sinusstroom aan te sturen krijg je een vloeiende beweging en een vloeiend koppel.

Nog iets over positieterugmelding, de servos waar ik vroeger mee te maken had, waren alle voorzien van ingebouwde resolver. Dat heeft lange tijd geheerst vanwege de onovertroffen resolutie. Het is wel een incrementele encoder. Maar de gewone losse encoders zijn met de tijd ook verfijnder geworden en worden, naar ik hoor zeggen, ook meer toegepast, dus je kan -in principe- ook hoge resolutie encoders (zowel absolute als incrementele) gaan toepassen, als je servoregelaar daar mee om kan gaan.

- - big bang - -