DC motor PWM frequentie en torque of koppel?

die impedantie berekening klopt ook niet helemaal volgens mij

12v/37.2ohm = 0.32 ampere (en niet mA)

dus 320mA

Om te voorkomen dat je foute conclusies trekt uit je metingen een advies: Zorg er voor dat reeks frequenties waarbij je gaat meten voldoende ver doorloopt, zeg 50 kHz bij zo'n klein motortje. Uiteraard moet daarbij een voldoende snelle vrijloopdiode worden gebruikt. Je zult dan zien dat het koppel bij hogere frequenties weer toeneemt. De motorstroom gaat dan over van een discontinues current over in een continues current mode.

Er klopt helemaal niets van de beredeneringen; je vergeet de tegen-EMK, en die is op hogere snelheid dominant.

Omdat PWM heen en weer schakelt op een bepaalde frequentie is er torque ofwel koppel verlies doordat de impedantie van de spoel van de motor de stroom enigszins afvlakt, zoals een condensator dit doet voor spanning.

Nu weten we allemaal dat een motor torque/koppel verliest als hij stroom verliest

Dat is gewoon niet waar; de inductie van de motor is nauwelijks relevant, zolang je er maar voor zorgt dat de stroom niet terug kan vallen naar 0, en je dus in continue stroom bedrijf blijft. Een spoel verzet zich niet tegen stroom, maar tegen veranderingen in de stroom; als je PWM frequentie hoog genoeg is, zal de stroom bijna constant blijven. Daarbij is de inductie van de spoelen over het algemeen zo klein dat de weerstand en tegen-EMK een veel groter effect hebben op de klemspanning dan de inductie.

@ Timberleek: Spelfout verbeterd

@ Freddy: Ik heb de motor niet gemeten in bedrijf, ik wilde dit probleem wiskundig aanpakken om een betere richtlijn te krijgen hoe ik em het beste aan kan sturen en dan testen.

@ Freddy & Sparky: Ik begrijp niet hoe hij bij hoge PWM frequenties zijn koppel weer terug kan krijgen omdat de gemiddelde spanning en stroom toch evenredig met de DutyCycle afnemen? 50% van de tijd aan betkend toch maar 50%stroom+spanning=50%koppel of zie ik wat over het hoofd. Het kan dan wel continues current zijn, maar dat betekend niet dat die stroom maximaal is bij een lagere dutycycle.

In ieder geval alvast bedankt voor de reacties, maar ik ben er nog niet helemaal uit

owja over dat tegen-EMK, die is toch niet van toepassing bij een stall-situatie? (motor aanzetten terwijl je hem tegenhoud) Hier heeft het motortje de meeste koppel en stroom.

[Bericht gewijzigd door DominiqueB op zaterdag 11 september 2010 10:26:13 (11%)]

Inderdaad, tegenEMK is niet van toepassing bij "stall" en "0 RPM".

Stel je doet 10% PWM. Enerzijds, is de gemiddelde spanning dan 10% van de ingangsspanning, en de stroom ook maar 10%, dus zou ie maar 1% van het vermogen krijgen. Anderzijds staat ie 10% van de tijd aan, dus zou ie 10% van het vermogen moeten hebben. Denk daar eens over na. Misschien helpt het. (ik weet het niet, sorry).

Op 11 september 2010 10:22:11 schreef DominiqueB:

@ Freddy: Ik heb de motor niet gemeten in bedrijf, ik wilde dit probleem wiskundig aanpakken

over dat tegen-EMK, die is toch niet van toepassing bij een stall-situatie? (motor aanzetten terwijl je hem tegenhoud) Hier heeft het motortje de meeste koppel en stroom.

en daar gaan we weer... we gaan het wiskundig aanpakken maar hebben geen flauw benul hoe een motor zich echt gedraagt. ga eens meten aan een motor. je zal heel snel zien dat je wiskunde je in de steek laat. er spelen allerhande factoren een rol afhankelijk van het toerental en ook de constructie van de motor. eenmaal je de juist eformules hebt zul je zien dat die veeeel complexer zijn dan je dacht. om je een idee te geven : de DC weerstand in de motor geeft je ook een verlies ( en dat is niet onbelangrijk. een vand e problemen is dat koper koud en koper warm een heel andere weerstand hebben... een warme motor is 20% anders in dcr dan een koude... )

als je alle vergelijkingen oplost en herleid dan zul je tot de conclusie komen dat pwm frequentie , spanning en alle andere dingen niet beheersbaar zijn omdat het een het andere onderuit trekt. de enige constant is de STROOM door de motor.

je ganse regelsysteem moet gebaseerd zijn op die stroom. al de rest heft zichzelf dan op.

Ok, als dit waar is wat jij zegt, kan je me dan ook vertellen of een motortje nou wel of geen koppel verliest als je de snelheid verminderd?
Bedankt i.i.g.

Koppel heeft een directe relatie met vermogen.....

Op 11 september 2010 17:31:27 schreef theove:
Koppel heeft een directe relatie met vermogen.....

Dat is niet wat ik vroeg

Op 11 september 2010 17:14:39 schreef DominiqueB:
Ok, als dit waar is wat jij zegt, kan je me dan ook vertellen of een motortje nou wel of geen koppel verliest als je de snelheid verminderd?
Bedankt i.i.g.

je kan torque niet vertalen naar snelheid.

een harddisk motor start vanuit stilstand met een konstant koppel ongeacht van het toerental. Torque is eigenlijk 'torsie kracht'. torque ontstaat doordat en er een delta is tussen het veld in de rotor en het veld inde stator. de grootte van die delta is de torque.

hoe je de delta instelt hangt van enorm veel factoren af. alles zit in die vergelijking : dc weerstand, tegen emk , toerental , temperatuur , veld wat reeds opgebouwd is.

het rotte is dat een van het andere afhangt. temperatuur beinvloed dc weersand en veld (koper weerstand veranderd maar ok de mogelijk van het kern materiaalom flux vast te houden verandert) tegen emk hangt van snelheid en flug af die dan weer temp fhankelijk is..

en gans die zwik is dan nog afhankelijk van de mechanische opbouw van de motor... verschillende types motr gedragen zich anders...

de enige manier om een motor correct te besturen is om het toerental te meten en te kijken of je bent waar je moet zijn. indien niet : stroom in de motor pompen en een fractie van een seconde later terug meten.

als het helemaal correct moet zul je elke commutatie moeten meten.
(dat is hetgeen gebeurt in harddisk motors.) we weten wanneer het veld moet passeren. we openen een window en kijken waneer de zero cross werkelijk gebeurt. en dan doen we de volgende commutatie. als een van de externe factoren verandert (temperatuur , dc weerstand en dus ook spoelstroom , tegen-emk die dan ook weer het vermogen om stroom te pompen limiteert) dan zal de zero cross niet precies gebeurt zijn waar we gedacht hadden. de regellus stuurt dan bij (stroom up of stroom down). de opdracht is de delta tussen predicted en actual zo klein mogelijk te krijgen.

de stroom pomp zelf is geen pwm. het resultaat van de operatie lijkt op een pwm signaal. als je naar dat signaal kijkt met een scoop denk je : ach dat is enkele een puls pauze tijd die ze instelln. klopt niet. we hebben een comparator die motorstroom meet. als stroom omhoog moet stellen we de dac anders in. transistor aan : stroom rampt op ; wanner die ingestelde waarde bereikt : transistor af.
het resultaat is een pwm maar die pwm is gestuurd , niet stomweg opgewekt aan de hand van een tabelletje of een for - next lusje.
het volstaat niet om even blind 'een pwm sweepje' te doen. wat als de belasting op de rotor verandert ? jij maakt een wagentje. denk je dat je met dezelfde pwm sweep het zelfde resultaat gaat halen als je dat wagentje in een berg zand zet of op een asfaltbaan ? (en dat is er vanuitgaande dat je wielen niet doordraaien ... )

[Bericht gewijzigd door free_electron op zaterdag 11 september 2010 17:56:50 (26%)]

Nee daar ben ik zeker van dat het niet het geval is, maar mijn vraag is eigenlijk heel simpel, ongeacht welk DC motortje je hebt, ze zullen zich in grote lijnen wel hetzelfde gedragen, de ene zal wat meer opwarmen en de ander zal wat meer last hebben van het tegen-veld, dat snap ik maar in de regel, hoe kan je de snelheid verminderen zonder koppel te verliezen als je het motortje op dezelfde manier belast?

Op 11 september 2010 17:55:52 schreef DominiqueB:
hoe kan je de snelheid verminderen zonder koppel te verliezen als je het motortje op dezelfde manier belast?

er is geen 'regel'. trouwens hetgeen jij vraagt slaat nergens op.

voor een constante snelheid geldt dat torque nul is...
er is alleen torque als de motor energie moet leveren. met andere woorden als je de rotor 'sneller' wilt laten draaien dan de belasting op dit moment draait.

ik snap je vraag dus niet. torque heeft niets te zien met absolute snelheid.
Torque heeft te zien met 'delta snelheid' en 'hoe snel wil je van x naar y geraken (acceleratie)

als je van 100 naar 200 toeren moet in 1 seconde dan heb je daar zoveel newton-meter voor nodig ( x toeren is zoveel meter per seconde. acceleratie is meter per seconde kwadraat. die boel moet je vertalen en uitvlooien hoveel 'energie' je moet toevoegen en na veel tussenstappen en conversies kan je dat uiteindelijk weer herleiden naar electronen per seconde (amperes).
maar dat kan alleen voor een momentopname. van zodra je die nieuwe stroom aanlegt verandert gans dat systeem weer en kan weer gaan rekenen.

je gaat dat over tijd moeten integreren en een zelfzoekend systeem bouwen. een andere oplossing is er niet. Meten , rekenen , actie , meten , rekenen , actie... tot in het oneindige

FE, koppel is niet alleen nodig om de boel te versnellen, maar ook om mechanische arbeid te verrichten aan de uitgang. Ik begrijp dat jij veel met harddisk-motortjes aan het "spelen" bent, maar er zijn ook motoren die een as naar buiten hebben om mechanische arbeid te verrichten.

De motorformules die ik ken benaderen het gedrag van een motor door te stellen dat het geleverde koppel gewoon lineair afhankelijk is van de stroom. T = kT * I.

De stroom is: I = (V - Kv * rpm ) / Ri

Correctie op mijn vorige post: Ik heb net een meting verricht bij een PWM-frequentie reeks van 100 Hz tot 30 kHz en een constante duty-cycle van 20%. Het koppel is bij alle frequenties redelijk vergelijkbaar groot. De piekstromen zijn bij lage frequenties waar de de stroom impulsvormig is erg groot.
Bij een sweep van hoog (30 kHz) naar laag (100 Hz) zie je het onbelaste toerental oplopen vanaf het punt waar de stroom overgaat van continu naar discontinu bedrijf. Boven deze frequentie (in dit geval 9 kHz) is het toerental onafhankelijk van de frequentie.

Een antwoord op de vraag of het koppel afneemt bij kleinere duty-cycles: ja.

@rew: Je verwaarloost de L dI/dt. Op zich kan dat wel, maar voor de volledigheid zou ik het toch vermelden. Tegelijk is de Kv factor niet constant, maar afhankelijk van de rotorpositie. Voor een gemiddelde kun je wel de RMS waarde hiervan gebruiken.

Overigens is het netter om de hoeksnelheid in rad/sec te gebruiken, in plaats van omwentelingen per minuut. Vermogen is de koppel keer de hoeksnelheid en zo.

@TS: Bij 100% duty-cycle heb je weliswaar de grootste stroom, en daarmee ook het grootste koppel, maar als je alles een beetje goed gedimensioneerd hebt, is de stroom dan veel te groot voor de motor, en zal deze in korte tijd oververhit raken. Als je het goed dimensioneerd, kan je motor over een groot bereik een constant koppel leveren. Als je de werkspanning van de motor gelijk kiest aan de beschikbare spanning, zal het beschikbare koppel al vanaf snelheid 0 gaan afnemen.

Op 11 september 2010 18:13:11 schreef rew:
FE, koppel is niet alleen nodig om de boel te versnellen, maar ook om mechanische arbeid te verrichten aan de uitgang. Ik begrijp dat jij veel met harddisk-motortjes aan het "spelen" bent, maar er zijn ook motoren die een as naar buiten hebben om mechanische arbeid te verrichten.

De motorformules die ik ken benaderen het gedrag van een motor door te stellen dat het geleverde koppel gewoon lineair afhankelijk is van de stroom. T = kT * I.

De stroom is: I = (V - Kv * rpm ) / Ri

klopt. mijn motoren hebben alleen torque bij het optrekken naar bedrijfs rpm. daarnaa ist gedaan.

maar Ri is gene constante... ene warme of kouwe wikkeling scheelt nogal ( ik heb er die van 8 ohm naar 12 ohm gaan ... als je maar 12 voltr om stroom mee te maken... das ene redelijk groot verschil.

@fe: Jij zit state-of-the-art met dat soort dingen te werken. Het niveau is hier wat lager. Dus Ri = ongeveer 10 zal in jou voorbeeld prima voldoen. We hebben hier toch ook een Jeroen die een BLDC sturing aan het maken is. Die gebruikt 50A FETs terwijl z'n motor max 10 zal trekken....

@sparky. RPM/V is vaak gegeven, rad/s/V veel minder vaak. Maar SI wel de juiste eenheid.

TS heeft 6900 RPM bij 12V, dus een RPM/V van 575.
Da's 9.5 omwentelingen per seconde/volt. Iedere omwenteling is 2pi rad. dus 60 rad/s/V. Toch?

1.2 kg.cm koppel is 0.012 kg m koppel, en dus 0.12 Nm koppel. Toch?

Laten we hem met dat koppel op 5000 RPM draaien, krijgen we:

0.12 Nm * 523 Rad/s = 62W.

Dat vind ik wat veel voor een motor die electrish 12 * 0.24 = 2.88W opneemt. Wat doe ik verkeerd? Of kloppen de specs niet?

@rew: bijna; voor de volledigheid kun je nog het aantal poolparen opnemen, zodat je met de elektrische frequentie rekent i.p.v. de mechanische. Verder geheel correct.

Die 240mA was opgegeven bij 12V, 5340rpm en 1.2kg.cm.
1.2km.cm is inderdaad 0.12Nm, en 5430rpm is 559rad/sec, dus het mechanische vermogen zou daarmee op 67W komen.

conclusie: de specs kloppen niet.

Sparky, Bij mijn DT750 zie ik 12 electrische polen en 14 magneten. Dan reken ik dus liever met 12, dan met 14, toch?

(ehh 6 paren ipv 7! ).

Samenvattend voor Dominique, de belangrijkste factor in het koppel is de stroom. Moderne motoren zoals de bovengenoemde DT750 zouden bij 12V en een DC weerstand van 0.1 ohm een stroom gaan voeren van 120A als ie stilstaat. Dat is ver boven z'n specs: max 18A.

Precies: de motor zal 1x mechanisch rond gaan voor elke 6 elektrische omwentelingen. De elektrische hoeksnelheid is daardoor ook 6 keer hoger.

Aangezien de kortsluitstroom bij 12V veel hoger zou zijn dan de maximaal toelaatbare stroom, zal de regelaar die moeten beperken. Dat betekend, dat effectieve spanning omlaag moet, en daarmee ook de DC stroom zakt. Tot het punt waar de DC spanning niet meer toereikend is om die 18A er door te krijgen, zal het ding een constant koppel kunnen leveren; dit is afhankelijk van de fasestroom, en die blijft constant op 18A.

Ok, bedankt voor de reacties en uitleg allemaal, ik moet me er maar bij neerleggen dat er koppelverlies is als je de snelheid wilt omlaag brengen door middel van elektronische aansturing.

Hoe kan ik de stroom het beste beperken? Ik weet de inwendige weerstand van de motor niet. dus ik kan wel een weerstand van 10ohm in serie zetten zodat de stroom max 5/(10+Ri)= 500mA - stroombeperking van Ri. maar dan heb ik ook een vermogens verlies van +\- 5watt en kan ik de motor niet volluit laten draaien als hij eenmaal op toeren zit

Ik dacht er zelf aan om dit te doen met een NPN-transistor met een weerstand aan de basis(+\-400omh), het motortje aan de +12v en de Collector en de Emitter aan de GND, als ik dan een ingangsignaal gebruik van 0-5V bij de Rb, kan ik toch gewooon de stroom regelen. Iets zegt me dat dit niet zo simpel kan zijn. Ik weet dat de stroom hoger zal zijn aan het begin van het schakelen, dat is niet erg.
Zou dit een geschikte oplossing zijn om het motortje d.m.v. pwm aan te sturen en dit als stroombegrensing bij opstarten te gebruiken?

Link naar site: http://transistor.20m.com/transistor2.html