PWM versus sprzężenie zwrotne: Jak efektywnie regulować obroty wrzecion CNC?

Wed May 24, 2017 8:37 pm   

Witam,

Dostrzegam iż powszechnie stosuje się modulację PWM regulowania obrotów
silników wrzecion obrabiarek CNC. Stosuje się falowniki oraz silniki
elektryczne o mocach rzędu pralki by móc wyrzeźbić coś np. w miękkim
aluminium. Zastanawia mnie słuszność podejścia bez stosowania sprzężenia
zwrotnego. Otóż im mniejsze obroty regulowane za pomocą PWM tym mniejszy
jest również moment obrotowy silnika. Jeśli potrzebujemy frezować z
niską prędkością obrotową, a silnik małej mocy docelowo ma np. 12000
obr/min, to dajemy niskie wypełnienie sygnału. Przy takim podejściu
silnik zatrzymuje się od samego patrzenia na niego. Nadrabia się tą
utratę podnosząc moc silników do kilowatów.

Jakie są Wasze doświadczenia w tej kwestii? Czy jest sens budować
cyfrowy stabilizator prędkości obrotowej silnika o mniejszej mocy czy
też zastosować standardowe podejście: wrzeciono napędzane kilowatami i
falownik do tego?

--
Pozdrawiam,
Marek

Thu May 25, 2017 10:12 am   

W dniu 2017-05-24 o 22:37, Marek S pisze:

Zrobiłem zasilacz na TPIC2101, działa bardzo dobrze. Ale to tylko 100W.

P.P.

Thu May 25, 2017 1:37 pm   

W dniu 25.05.2017 o 13:56, Adam Wysocki pisze:

Oczywiście, fajnie to wygląda na oscyloskopie. Do tego jest ta kostka.
Jedynym ograniczeniem jest napięcie zasilania, ale to daje się obejść
(mój zasilacz daje 25V bez obciążenia, silnik 12V 100W, przy dużym
obciążeniu napięcie na nim dochodzi do 18V, potem sterownik wyłącza
zasilanie z powodu zbyt dużego prdu).

P.P.

Thu May 25, 2017 1:56 pm   

Paweł Pawłowicz <paw-p@wnoz.up.wroc [kropka] pl> wrote:


Tylko czy mozna zrobic na nim feedback, zeby zwiekszyl wypelnienie PWM jak
silnik jest bardziej obciazony?

--
[ Email: a@b a=grp b=chmurka.net ]
[ Web: http://www.chmurka.net/ ]

Thu May 25, 2017 8:30 pm   

I to jest dobra podpowiedź.
Jak chcesz mieć duże obroty, a jednocześnie sensowny moment przy małych,
to poza zmianą gwiazda-trójkąt, czeka Cię założenie przekładni.
Popularne są 2 biegowe, zębate o dziwo.

Co do sprzężenia zwrotnego (np: z enkodera na osi wrzeciona), to nie
załatwia ono całkowicie problem utrzymania stałej prędkości obrotowej. Z
czegoś trzeba wziąć uchyb, a to oznacza, że obroty lekko pływają przy
zmianach obciążenia. Na znanych mi frezarkach, przy obrotach na poziomie
20rpm (testowo) i łapaniu wrzeciona rękoma (nie polecam jak się nie wie
jak bezpiecznie to zrobić - można przeguby stracić!) można doprowadzić
od chwilowego zatrzymania wrzeciona. Szczególnie przeszkadza to przy
gwintowaniu na sztywno albo wytaczaniu, albo... :)

Miłego.
Irek.N.

Thu May 25, 2017 8:45 pm   

W dniu 24.05.2017 o 22:37, Marek S pisze:

Tak sobie luźno pomyślałem - może zamiast falownika i silnika
asynchronicznego dać silnik szeregowy i chopperem go popędzać - przy
małych obrotach będzie miał bardzo duży moment, przy dużych - niewielki.
I jeszcze można mu regulować prędkość osłabianiem pola wzbudzenia. Jak w
lokomotywach ;)

--
Pozdrawiam
Jakub Rakus

Thu May 25, 2017 9:38 pm   

Marek S <precz@spamowi.com> wrote:

Doswiadczenia nie mam. Ale teoria mowi ze przy sterowaniu
falownikiem moment obrotowy jest w przyblizeniu staly.
Wiec jak wysokobrotowy silnik bedzie pracowal na malych
obrotach to bedzie mala moc, duzo mniejsza niz przy
duzych obrotach. Czyli przy malych obrotach prawdopodobnie
potrzebujesz wieksza moc (i wiekszy moment) niz ta ktora
moze dac maly silnik wysokoobrotowy puszczony na male obroty.
Innymi slowy jesli chcesz miec mozliwosc pracy na duzych
obrotach i sensowna moc przy malych to nie unikniesz
kilowatowego silnika. Lepszy stabilizator moze troche
podniesc moment, ale nie z wiele bo jak przesterujesz to
blachy wejda w nasycenie. Tzn. dla danego silnika
masz maksymalny moment ktory mozesz z niego uzyskac
i ten moment slabo zalezy od predkosci obrotowej.

--
Waldek Hebisch

Thu May 25, 2017 10:27 pm   

Dnia Thu, 25 May 2017 22:30:45 +0200, Irek.N. napisał(a):

Akurat w przypadku silnika asynchronicznego to jest kiepska rada.

A od silnika trzeba zaczac - co to za typ ?


Chodzi mi po glowie przekladnia elektryczna.
Cewki wielosekcyjne i przelaczane rownolegle/szeregowo.

Ale to raczej pomysl na silniki DC z komutatorem - i musialby
przelacznik byc na wirniku.
Ciekawe, czy to by bylo lepsze niz PWM.
No i ciagle spelnia zasade stalego momentu, a wiec spadajacej mocy.

Na AC tez by sie nadal, ale jako dodatkowy, bo ciagle potrzebny
falownik do zmiany czestotliwosci.


Trzeba lepszy regulator :-)


.... frezowaniu, jak chcial OP ?

J.

Fri May 26, 2017 10:54 am   

W dniu 2017-05-24 o 22:37, Marek S pisze:

silniki
Jężeli masz na myśli typowe falowniki to mylisz pojęcia, PWM służy do
kluczowania tranzystorów mocy po to aby zminimalizować straty na nich,
silnik dostaje sinusa o amplitudzie i fazie proporcjonalnej do momentu i
obrotów.


zwrotnego. Otóż im mniejsze obroty regulowane za pomocą PWM tym mniejszy
Już od dawna falowniki nie sterują silników w sposób prosty, falownik
oblicza położenie wirnika, mimo że nie widać sprzężenia to doskonale wie
jakie ma obroty i steruje momentem, to tzw sterowanie polem.



obr/min, to dajemy niskie wypełnienie sygnału. Przy takim podejściu
silnik zatrzymuje się od samego patrzenia na niego. Nadrabia się tą
utratę podnosząc moc silników do kilowatów.
Ale to tylko wynika z tego że moment silnika wynika z uzwojeń i
wielkości stojana i wirnika, a że w nowych maszynach nie stosuje się
przekładni to rośnie wielkość silnika.


Nic ci to nie da, nie wydusisz z silnika większego momentu, moment jest
prawie stały w prawie całym zakresie obrotów, to tylko moc się zmienia,
przekładnia pasowa da Ci większy moment.



--
Pozdr
Janusz

Fri May 26, 2017 2:40 pm   

W dniu 26.05.2017 o 15:39, Adam Wysocki pisze:

Nie tylko, także spadku napięcia zasilającego, jest to opisane w pdf'ie.


I to jest bardzo dobrze zrealizowane w tej kostce. Problem polega na
tym, że kostka wyłącza się przy wzroście napięcia zasilania powyżej 18V.
Ominąłem to podłączając zasilanie przez zenerkę 10V, przy pinie
zasilania kostki jest 100nF ceramik i 4.7uF elektrolit. Za czujnik prądu
robi kawałek przewodu, trochę to partackie, ale działa.


Stracisz dwa tygodnie na dobieranie parametrów regulacji, a i tak nie
uzyskasz tego, co daje ta kostka.

Pozdrawiam,
Paweł

Fri May 26, 2017 2:55 pm   

W dniu 2017-05-24 o 22:37, Marek S pisze:

Chyba nie rozumiesz problemu. Jeśli potrzebujesz taktować silnik wysoką
częstotliwością, żeby uzyskać 12 kRPM, to musi mieć on odpowiednio małą
indukcyjność uzwojeń, bo inaczej indukcyjność zadziała jak filtr
dolnoprzepustowy i będziesz mieć prąd stały a nie szybkozmiennny :)

Natomiast mała indukcyjność = duża moc przy 50 Hz. Chyba o to chodzi z
tym "podnoszeniem mocy"?

Teraz robię przy silnikach SRHT (Slow Revolution High Torque) i tam jest
ten sam problem, tylko że w drugą stronę.

Fri May 26, 2017 3:39 pm   

Paweł Pawłowicz <paw-p@wnoz.up.wroc.pl.> wrote:


A jak mierzy obciazenie silnika? Pomiar napiecia na drenie?


Ja mam silnik 18V, mocy nie znam ale pewnie ok. 100W (jest z wkretarki).
Nie potrzebuje az tyle, zasilam go na razie z 12V i PWM na 555, ale chce
zrobic sterownik ze stabilizacja obrotow - czyli jak obroty spadna, to ma
tak podbic wypelnienie, zeby zachowac ustawione (i odwrotnie).

Na razie mam w glowie uklad z hallotronem.

--
[ Email: a@b a=grp b=chmurka.net ]
[ Web: http://www.chmurka.net/ ]

Fri May 26, 2017 3:53 pm   

W dniu 2017-05-26 o 12:54, Janusz pisze:



Hej,

Być może nie do końca ogarniam temat. Sam w swojej CNC mam PWM, które
bezpośrednio wychodzi na silnik. W zasadzie tylko ta obserwacja
spowodowała niewłaściwą interpretację działania falownika. Tak czy owak
pozostaje kwestia sprzężenia zwrotnego. Obojętne czy sinus, czy kwadrat
trafia na silnik (dodam dla innych, że mam silnik 48V i 200W, zamierzam
zastosować 500W) to i tak oczekiwałbym jakiejś kompensacji obrotów w
takt oporów pracy wrzeciona CNC.


Serio? Nie spodziewałem się tego. Jak jest zatem realizowany feedback?


Szczególnie w wysokoobrotowych, które są potrzebne w naszej branży...
Ale logicznie nie za bardzo mogę pogodzić się z taką interpretacją. Otóż
jeśli np. chcemy uzyskać przykładowo 500 obr/min z silnika 12000 obr/min
to danie silnikowi "kopa" gdy osiąga on np. 490 obr/min pod narastającym
obciążeniem jest bezcelowe?

--
Pozdrawiam,
Marek

Fri May 26, 2017 5:49 pm   

W dniu 2017-05-26 o 17:53, Marek S pisze:

bocznikowy albo coś koło tego. Dla takich silników trzeba tacho.

Dla bocznikowych tacho dla 3F falownik mierzy sobie prądy w gałęziach i
wg tego i dość skomplikowanego algorytmu steruje.

nominalna częstotliwość ich zamiast 50hz jest np 400hz albo i więcej.



--
Pozdr
Janusz

Fri May 26, 2017 6:06 pm   

W dniu 2017-05-26 o 16:55, SnCu pisze:


Hmmm, zgodzę się z Tobą, że nie analizowałem problemu pod tym kątem. Ale
to nie rozwiązuje moich wątpliwości szczególnie, że PWM przy pełnej mocy
zamienia się w DC. Wyjaśnię, że obecnie mam właśnie silnik DC. Rozważam
w wątku użycie AC oczywiście.

Tak więc nie bardzo qmam dlaczego silnik DC (nominalnie 12k obr)
pracujący pod obciążeniem przy jakimś wypełnieniu PWM daje obroty
powiedzmy 490 (żądamy przykładowo 500), zmieniając wypełnienie PWM do
100%, czyli DC, nie dostarczy mu mocy do podniesienia obrotów do żądanej
wartości...

Właśnie też przeczytałem, że kolega Janusz zastosował specjalizowany
układ TPIC2101 do stabilizacji obrotów. Skoro produkuje się takowe, to
chyba jednak coś uzasadnia ich istnienie na rynku?

--
Pozdrawiam,
Marek