Jak obliczyć wypełnienie PWM dla stabilizacji mocy przy zasilaniu 24V i 48V?

Sat Apr 13, 2013 1:38 am   

Otóż chodzi o stabilizację mocy ;

jest sobie obciążenie (dla ułatwienia weźmy rezystancyjne - czyli
żarówkę ). Żarówka jest normalnie zasilania z 24V.

I teraz, chodzi o to, żeby przy zwiększaniu napięcia zasilania (powyżej
tych 24V) utrzymać stałą moc - czyli żeby żarówka świeciła "tak samo".
(w rzeczywistości będzie to silnik DC).

Do tego celu mamy mosfeta, który jest sterowany PWM w zakresie 0-255
(czyli 8 bitów rozdzielczości).

No i tak = w momencie, kiedy mam Uwe=24V, to tranzystor jest załączony
na stałe (pwm=255).

Kiedy Uwe > 24V, to należy wypełnienie pwm odpowiednio zmniejszyć.
W tym celu należy jakoś wyliczyć , o ile należy to pwm zmniejszyć.

No więc, żeby to obliczyć robię tak :

Zakładam, że dla 2 razy większego napięcia moc wydzielona będzie 2 razy
większa. Czyli dla 48V wypełnienie powinno wynosić 128. Wtedy obciążenie
powinno otrzymać 50% mocy - czyli niby powinna żarówka świecić jak dla 24V.

No to, wychodzi na to, że "nadwyżka" napięcia zasilającego
w zakresie 24V-48 powinna odpowiednio zmieniać wypełnienie PWM od 255 do
128 (zmiejszamy pwm z wzrostem zasilania).

Czyli, że na 1V "nadwyżki" wypada ok. 5 jednostek. Znaczy - przykładowo
dla Uwe=30V PWM powinno wynosić:

30-24=6V "nadwyżki"
6*5 = 30
255-30=225.

Ale - niestety, to nie działa prawidłowo.
Dopiero kiedy pomnożę ten "Współczynnik" przez 3 (czyli w tym przypadku
zamiast 5 przyjmę 15 na 1V), to żarówka podłączona do wyjścia układu
świeci z tą samą jasnością niezależnie od napięcia wejściowego.

Ale to oznacza, że 50% wypełnienie jest nie dla 48V a już dla ok. 32V
No więc - zupełnie coś się nie zgadza "z teorią".

O co kuśwa chodzi ?

Sat Apr 13, 2013 2:12 am   

Czyżby winna była charakterystyka napięciowo-prądowa żarówki ?
Bo zgodnie z krzywą z tego wątku :

http://www.elektroda.pl/rtvforum/topic1115010.html

to by chyba mniej więcej tak wychodziło właśnie...

Ale - jaka może być teoretyczna charakterystyka silnika DC ?
Oczywiście, można empirycznie dostosować współczynniki, ale to mi się
mnie podobuje...

Dla jasności - nie chodzi o jakąś "super-stabilizację", rzecz w tym ,
żeby "na ucho" silnik chodził w miarę ze stałą szybkością - czyli
dokładność pewnie rzędu kilku-kilkunastu procent.

Sat Apr 13, 2013 7:09 am   

W dniu 2013-04-13 03:38, sundayman pisze:

A nie można zmierzyć co jest na wyjściu? Na przykład uśrednione
napięcie, albo prąd, albo wprost obroty na silniku. I sygnałem błędu
stabilizujesz pracę PWM.


--
pozdrawiam
MD

Sat Apr 13, 2013 8:31 am   

Dnia Sat, 13 Apr 2013 03:38:57 +0200, sundayman napisał(a):

Silnik sie inaczej steruje niz zarowke :-)


Najpierw nalezy zdefiniowac i wyliczyc co to znaczy "stala moc"


Dla rezystora moc wynosi P=U^2/R. Wiec przy 2x wiekszym napieciu jest
4x wieksza i nalezy dac wypelnienie 1/4.
Zarowka ma rezystancje zmienna .... a nie, przy stalej mocy swieci tak
samo i mozna potraktowac jako stala.

Zaleznosci przy silniku sa bardziej skomplikowane.
Na pewno chcesz stala moc ? Moze stale obroty, albo staly moment .. i
normalny regulator dajemy, z impulsatorem, albo normalna przetwornice
step-down z dlawikiem, i wychodzi nam upragnione 24V :-)

J.

Sat Apr 13, 2013 12:00 pm   

no w sumie to źle napisałem - stałe obroty chcę.
W grę wchodzi tylko taka reglacja PWM , bo elektronicznie to już nie do
zmiany, mogę tylko ingerować w soft.

Więc żadne sprzężenia zwrotne od silnika nie mogą być, bo ich nie mogę
zrobić. Ale jak napisałem - nie chodzi o dokładną stabilizację, ot -
żeby to mniej więcej trzymało stałe obroty właśnie.

Sat Apr 13, 2013 12:46 pm   

W dniu 2013-04-13 14:00, sundayman pisze:

Ale możesz zrobić sprzężenie zwrotne od napięcia wyjściowego. Lub lepiej
prądu.

Ale jak napisałem - nie chodzi o dokładną stabilizację, ot -

Skoro tą metodą nie wychodzi ci nawet "mniej więcej" to zrób sensowną
metodą.


--
pozdrawiam
MD

Sat Apr 13, 2013 12:55 pm   

nie mogę, ponieważ sprzętowo nie ma takiej możliwości.
Na wyjściu mam tylko mosfeta sterowanego z MCU, nic nie mogę dodać.
Nie mogę dołożyć nawet 1-go opornika - niestety nie było to przewidziane
w projekcie, i teraz tylko metody softwareowe pozostają.
Oczywiście , ze świadomością ograniczeń.


Ale wyjdzie - za chwilę podłączę silnik, i zobaczę, jak jest z silnikiem
a nie żarówką. Czytałem, że silniki DC z magnesem trwałym mają mniej
więcej liniową charakterystykę. Zobaczymy.

Chodziło mi o to, czy prawidłowo rozumuję, że przy 2 * większym
napięciu, wypełnienie 50% powinno dać mi tą samą jasność świecenia
żarówki. Jak widać, żarówka jest mocno nieliniowa, i się nie sprawdza
jako test w tym przypadku.

Sat Apr 13, 2013 1:09 pm   

Dnia Sat, 13 Apr 2013 14:00:36 +0200, sundayman napisał(a):

Silnik komutatorowy DC z magnesem trwalym ma prosty model,
przynajmniej ten podstawowy.

M - moment, n obroty, R - rezystancja wirnika, U napiecie zasilania,
E - napiecie indukowane w wirniku, I - prad zasilania

M=k1*I
E=k2*n
I=(U-E)/R

k1 i k2 - stale silnika, w dodatku zwiazane ze soba, bo moc musi sie
zgadzac :-)

Z tego dalszy wniosek n=aU-bM (a, b - stale silnika).
Czyli obroty nie sa stale, tylko (liniowo) zalezne od obciazenia.

Jak obroty maja byc stale, to najlepiej zmierzyc je bezposrodnio, i
stabilizowac regulatorem.

A jesli maja byc w miare stale a zmierzyc absolutnie nie ma jak ...
mozna stabilizowac E. Ktore jest rowne U-IR. Tak dzialaly stare
magnetofony i zajmowalo to 2 tranzystory, no gora 3 :-)

Przy PWM dochodzi napiecie z indukcyjnosci i zmierzyc nie jest latwo.
Trzeba ambitnie usredniac.
No chyba ze ... w fazie wylaczenia poczekac az prad spadnie do zera.
I wtedy zmierzyc napiecie na silniku wprost :-)

A moze po prostu jak normalny czlowiek 21w uzyjesz BLDC :-)

No bo z drugiej strony - jak pisalem, zwykla przetwornica step-down, i
otrzymasz 24V, a silnik sie bedzie krecil jak zwykle (czyli zaleznie
od obciazenia)

J.

Sat Apr 13, 2013 1:33 pm   

Nic nie mogę użyć innego niż jest, bo chodzi o modyfikację istniejącego
rozwiązania, i to w kilkudziesięciu egzemplarzach.


teoretycznie mógłbym to zrobić, dokładając przetwornicę na "wyjściu",
ale to nie jest korzystna sytuacja (brak miejsca, dodatkowe koszty, itp).

Mając możliwość regulacji PWM tylko kosztem zmiany software, jest to
najlepsza "ekonomicznie" opcja, chociaż oczywiście wiadomo, że niezbyt
precyzyjna.

Obciążenie silnika jest stałe. Jan napisałem, wahania rzędu 10%
szybkości nie są problemem , więc po prostu podłączę silnik, i zobaczę
jak on się zachowuje. W razie potrzeby zrobię charakterystykę, i
odpowiednio zmodyfikuję współczynnik wypełnienia.

De facto chodzi o zakres napięć wejściowych silnika 24-30V.
Czyli nie jest to bardzo szeroko.

Sat Apr 13, 2013 2:14 pm   

W dniu 2013-04-13 03:38, sundayman pisze:

Texas robi do tego kostkę TPIC2101. W zasadzie jest na "samochodowe
12V", ale daje się dostosować do wyższych napięć. Zrobiłem na niej
zasilacz do wiertarki do płytek z dziwnym silnikiem za 17V. Bardzo
sympatycznie działa :-)

Pozdrawiam,
Paweł

Sat Apr 13, 2013 7:16 pm   

Zrobiłem sobie charakterystykę tego silnika - zasadniczo , przynajmniej
w tym zakresie, w którym zmierzyłem (24-30V) jest w miarę liniowa.

Dla U=24V są 32,94 obr/min
Dla U=30V są 42,12 obr/min

Czyli podwojenie ilości obrotów przypada na 45.5 V


Kiedy pomnożę uzyskany z poprzednich obliczeń współczynnik przez 2, to
silnik w zakresie 24-30V zachowuje stałą prędkość.

Ale skąd akurat 2 ? Czy po prostu każdy silnik ma własną
charakterystykę, i nie ma innego wyjścia (bez sprzężenia) niż po prostu
dostosowanie empiryczne do danego typu silnika ?

Nie jest to akurat tutaj problem, bo silniki są takie same, no ale
nie jest to zbyt eleganckie rozwiązanie...