ringkern trafo vraag - mbt voltage

[Hamish]

Ik heb een tal oude ringkern transformatoren op de kop weten te tikken.
De specs / opdruk:

PTT
42V - 60 VA
220V

Na gelijkrichting mbv een brugcel en wat flinke condensatoren meet ik nu -zonder belasting- ~64v dc
Onder belasting daalt het voltage naar ~57v dc. Mijn belasting bestaat uit een driver&stappenmotor
Die driver is gebaseerd op een LMD18245 van National Semiconductor. De datasheet van dit IC vermeldt het volgende:
(2 stuks per driver).

code:

Absolute Maximum Ratings (Note 1)
If  Military/Aerospace  specified  devices  are  required,
please contact the National Semiconductor Sales Office/
Distributors for availability and specifications.
DC Voltage at:
OUT 1, V CC , and OUT 2 +60V
COMP OUT, RC, M4, M3, M2, M1, BRAKE,          +12V
DIRECTION, CS OUT, and DAC REF
DC Voltage PGND to SGND ±400mV
Continuous Load Current 3A
Peak Load Current (Note 2) 6A
Junction Temperature (T J(max) ) +150˚C
Power Dissipation (Note 3) :

Note 1:  Absolute Maximum Ratings indicate limits beyond which damage to the device may occur. Electrical specifications do not apply when operating the device
outside the rated Operating Conditions.

De stappen motor is in de praktijk altijd aangesloten op de driver, echter de spoelen zijn niet altijd bekrachtigd tenzij brake/enable (op driver) aan is. Die driver heeft overigens een step/dir/brake aansturing.
Mijn vragen zijn de volgende:
- De driver en dus driver-IC's krijgen soms 64v dc voor hun kiezen. Is dit schadelijk?
- Op welke manier kan ik het voltage een volt of 10 omlaag krijgen, zeg naar 55v dc max, indien nodig?

[edit/taal]

[aatos]

Hamish schreef op donderdag 13 mei 2010 @ 16:09:
- De driver en dus driver-IC's krijgen in soms 64v dc voor hun kiezen. Is dit schadelijk?

Ja en nee; je zit een beetje over spec maar er is een grote kans dat het lang goed gaat. Aan de andere kant kan de boel elk moment doorbranden.

- Op welke manier kan ik het voltage een volt of 10 omlaag krijgen, zeg naar 55v dc max, indien nodig?

Een paar dikke diodes in serie zetten.

[guus.assmann]

Absolute maximum betekend dat je hier beslist niet boven mag komen.
Doe je dat wel, dan gaat het vrijwel zeker kapot.

Bij een ringkern trafo zit de secundaire wikkeling mooi aan de buitenkant.
Een paar wikkelingen er af is niet zo moeilijk en volgens mij de beste oplossing.
Diodes in serie werkt wel, maar 10 stuks is pas 7V á 8V en is verlies (Warmte)

Je zou ook een paar extra wikkelingen op de trafo erbij kunnen maken.
Die zet je dan in serie met de bestaande wikkeling, maar zo dat de spanningen elkaar tegenwerken.

[Part]

Als je een 42V transformator over hebt dan kun je deze ook gebruiken om de 230V te verlagen naar +/- 190 volt.

Dan kom je uit op een spanning van ongeveer 52 volt.

[Hamish]

@Guus

Zo ziet 't eruit:

De trafo is ingelijmd (gesmolten) in een plastic omhulsel. Dat zou ik moeten slopen wil ik aan de windingen iets kunnen wijzigen. Diodes in serie, ondanks dat ik daarmee gewoon energie opstook en weggooi, zou praktischer zijn.

@Part

Ik snap niet wat je bedoelt, ik heb er 3, en heb er voorlopig 2 in gebruik.
Kun je me uitleggen wat je bedoelt?

[Part]

Je kan de uitgang van 1 transformator in serie zetten met de 230 volt netspanning.
Afhankelijk hoe je hem aansluit krijg je dan 272 volt of 188 volt.

Gebruik je deze 188 volt om je volgende transformator te voeden dan krijg je een lagere uitgangs spanning. Na gelijkrichting kom je dan uit op ongeveer 52 volt.

De constructie van de transformatoren die jij gebruikt maakt het echter wel lastig om dit veilig uit te voeren.

[Hamish]

@part - jij bent snel

Bedankt voor je uitleg. Ik snap 't nu.

Bananenstekkers zijn inderdaad niet de meest veilige manier van aansluiten. Er gaat ook nog een stukje krimpkous omheen om 't in ieder geval niet open en bloot te laten. (schroefje en gat)

Dan worden 't diodes.

Is dit (MUR860 - 600V, 8A) een type wat bruikbaar is , als ik ze aan ga schaffen? Door de bouwfactor lijkt me deze in ieder geval goed passief te koelen met een koelrib. Hoewel ik niet snap waarom de datasheet van dit ding aangeeft dat zowel een pootje als het montage flupje de cathode zijn. Dan lijkt 't me niet erg slim om alle cathodes met 1 strip aluminium te verbinden.


Anders wellicht deze (BY-251 - 200V 3A).

Dan fabriek ik wel een goed koellichaampje ervoor.

[ReneK]

Ik weet niet hoeveel stroom je schakeling + stappenmotor verbruiken, maar je moet misschien wel aardig wat energie verstoken als je het met diodes doet. De oplossing van Part met een tweede trafo is wat dat betreft wel zo gunstig.

Als warmte geen probleem is, kan je ook denken aan het gebruik van een zwevende regulator (bijvoorbeeld een LM317). Daar is alleen de max. Vin - Vout van belang, en kan je best hoge ingangsspanningen verwerken. Je hebt dan tevens een gestabiliseerde output.
Als alternatief kan je ook een NPN power transistor gebruiken met een weerstand + zenerdiode ervoor. Dat is gemakkelijker te koelen dan zo'n hele serie diodes.

[Hamish]

@Rene: Da's een interessant IC. Ziet eruit als een veel elegantere oplossing dan het 'zomaar' opstoken van het surplus aan voltage. Ik snap nu wel wat de LM317 doet, maar niet hoe. Misschien dat je dat hier uit kan leggen.

Ik heb de datasheets (mijn lokale kopie) d'r bij gepakt. En, op zoek naar nog wat meer info, kwam ik deze pagina van Martin E. Meserve tegen.
Onder 't kopje 'Power Supplies' staat zowel 't ontwerp van een ongereguleerde voeding als een op een LM317 gebasseerde voltage regelaar. De javascript calculators op die pagina maken het erg eenvoudig de berekeningen te doen. Mbt tot de LM317 staat er een keurige calculator die de waarden van de weerstanden en condensatoren kan berekenen. Echter, bij stromen boven de 1.5A, de maximale stroom die een LM317 kan leveren, wordt 't circuitje is complexer, en de calculators doen dat (nog?) niet.

Nadat ik de de voedings-calculator pagina had gedownload, en de hardcoded 117V AC waardes naar een (hoop ik) veilige 240V had veranderd in de html pagina en de javascript file 'unreg_ps.js' kan ik ook voor ons 240V-lingen rekenen.

Het LMD18245 IC wat ik op m'n drivers (overigens zijn dat PICStep drivers) gebruik, is gespecificeerd op 3A met een max. piek van 6A. Ik denk dat als ik ze op max 1.5A (de maximum stroom van m'n stappenmotoren, de KH56KM2-851 van Japan Servo) de pieken 3A of meer zullen trekken. En dan zitten er ook nog 2 van die IC's per driver. In dat geval moet ik dus zeker aan de (iets) complexere transistor setup.

Om terug te komen bij die 220V-42V AC transformator, die is gespecificeerd op 60VA. Da's 1.43A bij 42V AC, correct? Als ik de verliezen in de gelijkrichting en regulatie even vergeet, 1.2A bij 50V DC. Kan die wel voldoende stroom leveren op dat voltage met die 2 LM IC's die maximaal 1.5A per driver (het PICStep ontwerp regelt dat met weerstanden) en qua piek belasting misschien wel meer dan 't dubbele trekken?

Zou ik dat kunnen oplossen door er 2 parallel te gebruiken voor 1 stappenmotor? Door ze b.v. na gelijkrichting samen te voegen?

[ReneK]

Hamish schreef op zondag 16 mei 2010 @ 15:05:
@Rene: Da's een interessant IC. Ziet eruit als een veel elegantere oplossing dan het 'zomaar' opstoken van het surplus aan voltage. Ik snap nu wel wat de LM317 doet, maar niet hoe. Misschien dat je dat hier uit kan leggen.

Een LM317 werkt als een gewone spanningsstabilisator chip, met één verschil: hij werkt zwevend en heeft geen ground. Je kunt 'm daardoor voor hogere spanningen gebruiken, mits je er maar voor zorgt dat Vin-Vout
binnen zekere grenzen blijft. Voor jouw toepassing is dat geen probleem.
Een LM317 houdt de spanning tussen Vout en Vadj constant op 1.25V. Met een standaard weerstand van 240 ohm loopt er dan een stroom van 1.25/240 = 5.2 mA. Als je bv. een Vout van 55V wilt maken, valt er over weerstand R2 in de datasheet 55 - 1.25 = 53.75V, met een stroom van 5.2 mA erdoor.
R2 moet dus 53.75 / 5.2 = 10.33k zijn om 55V te maken.

E.e.a. werkt goed tot 1.5A. Heb je meer nodig, dan moet je ofwel een soortgelijke regulator zoeken die meer stroom kan leveren, ofwel de LM317 boosten. Dat kan met een extra power transistor of door meerdere LM317's parallel te schakelen. Dat mag echter niet zomaar, waardoor het toch weer ingewikkelder wordt.

Omdat jij geen hoge eisen stelt aan stabilisatie, lijkt het me veel eenvoudiger om een zenerdiode + weerstand te nemen, met daarachter één of twee transistoren als emittervolger.

Om terug te komen bij die 220V-42V AC transformator, die is gespecificeerd op 60VA. Da's 1.43A bij 42V AC, correct? Als ik de verliezen in de gelijkrichting en regulatie even vergeet, 1.2A bij 50V DC. Kan die wel voldoende stroom leveren op dat voltage met die 2 LM IC's die maximaal 1.5A per driver (het PICStep ontwerp regelt dat met weerstanden) en qua piek belasting misschien wel meer dan 't dubbele trekken?

Je trafo kan inderdaad 1.43A leveren, maar de rest van je berekeningen klopt niet.
Allereerst gaat de spanning na gelijkrichten en afvlakken omhoog met een factor wortel(2). Met de verliezen van je gelijkrichter kom je dan ongeveer op 58V. Omdat het maximaal te leveren vermogen niet kan toenemen, neemt de maximaal te leveren DC stroom met eenzelfde factor wortel(2) af. Je komt dan op
ongeveer 1A.

Dat is echter nog niet alles, helaas. Een gelijkrichter is voor een trafo een hele ongunstige belasting: de diodes geleiden (bij gebruik van een afvlak elco) alleen in de pieken van de sinus, waardoor de trafo een belasting ziet die alleen maar korte, hoge stroompieken trekt. Dat geeft ook verliezen, waardoor de maximale stroom afneemt. Naast de factor wortel(2) moet je hiervoor ook nog de zgn. vormfactor in rekening brengen, dat is de verhouding tussen de effectieve waarde en de gemiddelde waarde. Dat is een hele lastige integraalberekening. Als vuistregel mag je echter stellen dat de maximale DC stroom na gelijkrichting ongeveer 1.5 x lager ligt dan de maximale AC stroom van de trafo. Voor een 1.43A trafo betekent dit ongeveer 0.95 A.

Als je totaal zo'n 1.5A moet leveren, zou ik twee trafo's parallel zetten. Voor 3A neem je 3 trafo's.

Korte piekbelastingen zijn voor trafo's geen probleem, als de gemiddelde waarde maar niet te groot is.

Zou ik dat kunnen oplossen door er 2 parallel te gebruiken voor 1 stappenmotor? Door ze b.v. na gelijkrichting samen te voegen?

Als je exact dezelfde trafo's gebruikt, mag je ze rustig parallel zetten (mits de fase klopt!).
Je mag ze ook voor de gelijkrichting parallel zetten.

[Hamish]

@Renek:

Dan dit alles ook maar 's van de andere kant een beetje praktisch bekijken. Ik vraag me namelijk heftig af of die stappenmotoren werkelijk niet genoeg zouden hebben aan deze voedingen. ~60VA is toch geen kattenpis, dat daar door alle verliezen in omvorming een hoop vanaf gaat, ok.

De stappenmotoren die ik heb zijn als volgt gespecificeerd:

DRIVE METHOD                  : BIPOLAR
NUMBER OF PHASES              :  2
VOLTAGE                  (V)  :  4.35
CURRENT            (A/PHASE)  :  1.5
WINDING RESISTANCE (Ω/PHASE) :  2.9
INDUCTANCE         (mH/PHASE) : 10.7
INSULATION RESISTANCE         : 500VCD

Welke vermogen kunnen deze stappenmotoren nu max. vereisen? Wat is realistisch? Als ik de voeding(en) (te lang) overbelast smelten de windingen; einde verhaal. De voedingen kunnen 60VA leveren en meer niet.

Is dat genoeg?

't Worst case scenario:
Stappenmotoren draaien niet, maar wel (mechanische) belasting, en 2 fasen vol bekrachtigd. Daar zijn de LMD18245's op afgeregeld, meer zullen ze niet (proberen) te leveren.

The LMD18245 controls the motor current via a fixed off-time chopper technique.
En: Overcurrent protection, No shoot-through currents

Echter de LMD18245's zetten in eerste instantie het aangeleverde voltage op een fase en stoppen daarmee op het moment dat de maximale stroom loopt, daalt de stroom, dan zetten ze 't er weer op, etc etc. Hiermee proberen ze altijd de maximale stroom door de fase te sturen. Hoe hoger 't voltage, hoe sneller de maximale stroom bereikt wordt. Hierin speelt de inductie factor mee. (dit is wat ik van 't chopper-driver principe en de LMD18245's begrijp). Vandaar dat ik 't voltage zo hoog mogelijk wil hebben. Dan werkt de driver in ieder geval optimaal, maar misschien is dit een verkeerde insteek. Welk vermogen er dan nu werkelijk geconsumeerd wordt, weet ik dus niet. Ik zou 't willen meten, maar wellicht kan iemand in een werkende setup (die ik dus nog niet heb) 's een multimeter steken om 't te meten, en de specificaties van z'n stappenmotor/voeding doorgeven.

Nogmaals bedankt voor de heldere LM317 uitleg, ook het floating aspect is duidelijk. Aangezien ik niet weet of de pieken van de LMD18245's problemen opleveren, kan ik ook niet bepalen of die voldoende is. 2 Voedingen inzetten voor 1 stappenmotor is geen probleem, hoewel ik er dan nog 1 extra moet regelen voor de 2e. (nu 3 in bezit).

Mij is moeite en tijd die ik hierin moet steken meer dan de moeite waard om m'n huidge voedingen een geschikt voltage te laten leveren. 't Is leuk en ik leer een hoop. Dank!

[ReneK]

Hamish schreef op zondag 16 mei 2010 @ 21:26:

Welke vermogen kunnen deze stappenmotoren nu max. vereisen? Wat is realistisch? Als ik de voeding(en) (te lang) overbelast smelten de windingen; einde verhaal. De voedingen kunnen 60VA leveren en meer niet.

Als ik naar de specs van je stappenmotor kijk, is het vermogen per winding maximaal
4.35 x 1.5 = 6.5 Watt.

Als je de stappenmotor alleen gebruikt om hele stappen te nemen, is er slechts één winding gelijktijdig bekrachtigd, en heb je aan 6.5 Watt genoeg.

Wil je ook halve stappen nemen, dan kunnen beide windingen gelijktijdig bekrachtigd zijn, en heb
je 13 Watt nodig.

Het zou ook te gek zijn als die volle 60 Watt uit je trafo verstookt zou worden in de stappenmotor, dat zou zo'n ding vermoedelijk niet overleven.

Echter de LMD18245's zetten in eerste instantie het aangeleverde voltage op een fase en stoppen daarmee op het moment dat de maximale stroom loopt, daalt de stroom, dan zetten ze 't er weer op, etc etc.

Ah, werkt dat ding zo. Heb even (vluchtig) de datasheet bestudeerd (geen tijd om dat helemaal door te spitten. Het principe lijkt sterk up dat van een schakelende voeding (step-down converter).
De hoge voedingsspanning wordt slechts kort over de winding gezet, waardoor de stroom door de spoel linear toeneemt. Omdat de voedingsspanning hoog is, is de maximum stroom snel bereikt. Daarna schakelen de MOSFET's uit, en loopt de energie van de spoel weer weg door een stel diodes. Dit proces herhaalt zich en door de spoel loopt een driehoekvormige stroom waarvan de gemiddelde waarde gelijk is aan de gewenste waarde voor je motor.
Met jouw hoge voedingsspanning is de duty-cycle echter heel klein, minder dan 10%. Alleen gedurende deze tijd worden de MOSFET's ingeschakeld en trek je stroom uit de voeding. De overige tijd (>90%) wordt er geen stroom uit de voeding getrokken.

Je neemt dus gemiddeld maar heel weinig stroom op uit je voeding, dus zo'n 60VA trafo is meer dan voldoende.

De chopper trekt echter wel hoge stroompieken uit de voeding, en daarom moet-ie voldoende gebufferd zijn
met een grote condensator over z'n uitgang. Bij een LM317 moet je dan weer oppassen dat-ie bij inschakelen dan niet ff de volle 60V te verwerken krijgt als die condensator nog leeg is. Dan lijkt een zenerdiode met tranistor toch wat veiliger.

Je stappenmotor moet er wel tegen kunnen.. Je hebt kans dat je hoorbare fluitonen uit dan ding krijgt, de frequentie hangt af van de voedingsspanning en de zelfinductie van de motor.

Ik zou 't willen meten, maar wellicht kan iemand in een werkende setup (die ik dus nog niet heb) 's een multimeter steken om 't te meten, en de specificaties van z'n stappenmotor/voeding doorgeven.

NB: Met een multimeter kan je zoiets niet testen, je hebt op z'n minst een scoop nodig om de werking te controleren. Ook heel goed de piekstromen door de stappenmotor in de gaten houden.

Ik weet niet hoeveel ervaring je hebt met dit soort dingen, maar het opzetten en aansturen van dit soort schakelende voeding-achtige circuits vergt behoorlijk wat deskundigheid en ervaring.


[quote]

[Hamish]

Als je de stappenmotor alleen gebruikt om hele stappen te nemen, is er slechts één winding gelijktijdig bekrachtigd, en heb je aan 6.5 Watt genoeg.

Wil je ook halve stappen nemen, dan kunnen beide windingen gelijktijdig bekrachtigd zijn, en heb
je 13 Watt nodig.

De driver doet 1/8 microstepping, er zullen dus zeker 2 windingen tegelijkertijd worden bekrachtigd.

[...]
NB: Met een multimeter kan je zoiets niet testen, je hebt op z'n minst een scoop nodig om de werking te controleren. Ook heel goed de piekstromen door de stappenmotor in de gaten houden.

Ik dacht het verbruik te meten, b.v. simpelweg aan 't stopkontakt, of de stroom aan de voedingskant van de driver, om te zien hoeveel de stappenmotor nu werkelijk verbruikt.

Voor mijn toepassing lijkt me een heel stabiele voedingsspanning idd niet nodig. Als 't varieert, maar onder 60V blijft, dan blijven de IC's heel. Dan vind ik 't prima. Mikken op 55v lijkt me verstandig.



Als ik de uitgangsspanning op 55v wil hebben en ik neem voor _R3 een waarde van 220Ω:
V_R3 = 1.25v
I_R3 = 5.68 mA (V_R3 / _R3, 1.25 / 220)
V_R4 = 53.75v ( V_OUT - V_R3 )

_R4 = 9460Ω( 220 · ( ( 55 / 1.25 ) - 1 ) )

Aangezien het voltage opzich niet nauwkeurig hoeft te zijn, is een weerstand 9.5K&Omega vast prima.
Als ik een 2 weerstanden parallel neem, 15KΩ en 26.1KΩ kom ik uit op een vervangingsweerstand van 9526Ω Lijkt me goed genoeg.

Qua buffer is de situatie nu:
- De gelijkrichter is een bevat een brugcel en 2 condensatoren van 1000 _uF.
- De driver heeft 2 condensatoren van 470 _uF. (1 per IC).

Bij het aanschakelen heb ik dan een korte piekbelasting van transformator naar de buffer elco's van de gelijkrichter, totaal 2 x 1000 _uF, tegelijkertijd stromen de 2 x 470 _uF van de driver vol.

Wat voor buffer heeft die LM317 nodig om te voorkomen dat ik er meer dan 1.5A doorheen stuur?

Ik weet niet hoeveel ervaring je hebt met dit soort dingen, maar het opzetten en aansturen van dit soort schakelende voeding-achtige circuits vergt behoorlijk wat deskundigheid en ervaring.

In het ontwerpen van schakelingen of printjes heb ik weinig ervaring. Inmiddels kan PCB's ik tot 0.25 mm etsen, en SMD componenten tot 0805 solderen, ook een multimeter vasthouden, en met m'n tengels van opgeladen elco's en 220V afblijven.

De gelijkrichter heb ik ook zelf gefabriceerd, en even door een oud electronicus in de buurt laten checken. Om de hoek zit ook een welwillende reparatie/electronica onderdelen zaak. Ik ben dus niet helemaal hulpeloos, gelukkig.

[ReneK]

Hamish schreef op maandag 17 mei 2010 @ 16:19:
Ik dacht het verbruik te meten, b.v. simpelweg aan 't stopkontakt, of de stroom aan de voedingskant van de driver, om te zien hoeveel de stappenmotor nu werkelijk verbruikt.

Dat is niet voldoende om zeker te weten of je schakeling goed en vooral betrouwbaar werkt.
Ik raad je sterk aan de piekstromen door je motor met een scoop te controleren.

Aangezien het voltage opzich niet nauwkeurig hoeft te zijn, is een weerstand 9.5K&Omega vast prima.

Is prima.

Qua buffer is de situatie nu:
- De gelijkrichter is een bevat een brugcel en 2 condensatoren van 1000 _uF.
- De driver heeft 2 condensatoren van 470 _uF. (1 per IC).

Bij het aanschakelen heb ik dan een korte piekbelasting van transformator naar de buffer elco's van de gelijkrichter, totaal 2 x 1000 _uF, tegelijkertijd stromen de 2 x 470 _uF van de driver vol.

Wat voor buffer heeft die LM317 nodig om te voorkomen dat ik er meer dan 1.5A doorheen stuur?

Die 1.5A is geen probleem: een LM317 beschermt zichzelf wel qua stroom.

Een veel groter probleem treedt op als de input van de LM317 op zo'n 60V staat, terwijl de output
door grote, nog niet opgeladen condensatoren nog even op nul blijft staan. De LM317 krijgt dan
korte tijd 60V te verwerken, en dat kan-ie echt niet hebben.

Je moet er dus voor zorgen dat de condensatoren aan de uitgang de ingangsspanning snel genoeg kunnen volgen. Die ingangselco's van 1000 uF zijn echt niet meteen vol.
470 uF aan de uitgang lijkt me erg groot, en misschien ook niet zinvol. De zelfinductie van dat soort elco's
is zo groot dat ze sowieso niet goed met korte piekstromen overweg kunnen. Ik zou dan ook kleinere elco's kiezen tbv. de LM317, met parallel daaraan goede condensatoren (non-elco's) om de korte pieken op te vangen.

[Part]

ReneK schreef op maandag 17 mei 2010 @ 08:33:
[...]

Als ik naar de specs van je stappenmotor kijk, is het vermogen per winding maximaal
4.35 x 1.5 = 6.5 Watt.

Als je de stappenmotor alleen gebruikt om hele stappen te nemen, is er slechts één winding gelijktijdig bekrachtigd, en heb je aan 6.5 Watt genoeg.

Wil je ook halve stappen nemen, dan kunnen beide windingen gelijktijdig bekrachtigd zijn, en heb
je 13 Watt nodig.

Het zou ook te gek zijn als die volle 60 Watt uit je trafo verstookt zou worden in de stappenmotor, dat zou zo'n ding vermoedelijk niet overleven.
.....

Dit is alleen bij een stilstaande motor.
Bij een draaiende motor heb een tegen EMK.
Stel dat deze 20 volt is (meestal al een vrij hoog toerental) dan is de spanning over de windingen 20 volt + 4,35 volt = 24,35 volt.
De stappenmotor sturing blijft 1,5A leveren dus dan zit je al aan 1,5A x 24,35 = 36,5 watt per spoel (winding).

Je kan denk ik beter voor zo iets gaan:
http://www.dickbest.nl/we...t=viewProd&productId=2043
Goed voor ongeveer 28 volt bij 7,5A.

[ Voor 7% gewijzigd door Part op 17-05-2010 19:38 ]

[Hamish]

De drivers zijn niet mijn eigen ontwerp.

Het zijn PICStep drivers naar het ontwerp van Alan Garfield.
Ik zie ze op veel plekken terugkomen als driver voor hobby CNC projecten. O.a. hier op CNCZone wordt er over gesproken.

Hieronder het schema met 't stuk van de LMD18245's.

Een veel groter probleem treedt op als de input van de LM317 op zo'n 60V staat, terwijl de output door grote, nog niet opgeladen condensatoren nog even op nul blijft staan. De LM317 krijgt dan korte tijd 60V te verwerken, en dat kan-ie echt niet hebben.

Behalve de 470_uF condensatoren zitten er ook 1_uF condensatoren op. De specs zeggen erover: 1uF MKT type capacitors. Lossen deze condensatoren het probleem wat jij schetst op?

470 uF aan de uitgang lijkt me erg groot, en misschien ook niet zinvol. De zelfinductie van dat soort elco's
is zo groot dat ze sowieso niet goed met korte piekstromen overweg kunnen. Ik zou dan ook kleinere elco's kiezen tbv. de LM317, met parallel daaraan goede condensatoren (non-elco's) om de korte pieken op te vangen.

Over die 470_uF zegt de ontwerper van die PICSteps het volgende:

These are 470uF Electrolytic capacitors. They
provide the low frequency filtering the LMD's require to regulate and by-pass the
supply voltage. They must be rated to more than the supply voltage. Their
values aren't critical but you must provide at least 100uF per amp of load you
intend to use!

Ze zijn met deze capaciteit dus ruim bemeten (100_uF * 1.5 zou 150_uF zijn, maar ook niet achterlijk groot.

De setup is nu vrij modulair, losse transformator, losse gelijkrichter, losse driver. Als ik als module de spanningsregulator er tussen kan zetten, bedenk ik (ahum, met hulp) eerst een schema, ontwerp het printje, bouw 't en plaats 't er tussen. Ik wil niks overhaast doen, en ook veilig. Ik ben voor nette elegante oplossingen. Hoewel budget gelimiteerd is (anders had ik wel gewoon een kant en klare drivers en voedingen aangeschaft), is een paar euro uitgeven voor de LM317 & rest v/d componenten geen probleem.

[edit/taal]

[Hamish]

@ Part:

Dit is alleen bij een stilstaande motor.
Bij een draaiende motor heb een tegen EMK.
Stel dat deze 20 volt is (meestal al een vrij hoog toerental) dan is de spanning over de windingen 20 volt + 4,35 volt = 24,35 volt.
De stappenmotor sturing blijft 1,5A leveren dus dan zit je al aan 1,5A x 24,35 = 36,5 watt per spoel (winding).

Je kan denk ik beter voor zo iets gaan:
http://www.dickbest.nl/we...ewProd&productId=2043
Goed voor ongeveer 28 volt bij 7,5A.

Hier staat bij: Ringkerntrafo 225VA 2x10,5V , ik weet niet hoe ik daarmee op 28v uit kan komen, bedoel je ( (10.5 + 10.5) * √2 ?.

Voor mijn gevoel heb ik liever 55v dan 28v, maar zoals ik al eerder aangaf weet ik niet of ik in de praktijk er iets van ga merken in de prestaties van de stappenmotoren. Ze draaien in een CNC toepassingn de hoogste toeren (mechanisch) minder belast (verplaatsing gereedschap) en de laagste toeren terwijl ze (mechanisch) het zwaarst belast het gereedschap materiaal laten verspanen.

Die PTT trafo's leken een nette oplossing, maar als ik van dat idee af moet, c'est la vie. Als een andere ringkern transformator een lager AC en dus na gelijkrichting lager dan 60V DC voltage levert, dan wordt de spanningregulator overbodig. (duh). Als er meer vermogen dan 60 VA geleverd moet worden kan ik met de huidige er 2 inzetten voor 1 stappenmotor. Ik kwam zelf deze transformator tegen:

Amplimo ringkern transformator 230V/2x35V-2.28A
Type nummer : 58018
Vermogen    : 160VA
Primair     : 230V
Secundair   : 35V - 2.28A

35V wordt ~50V dus da's mooi binnen de specs.

Ik heb iets tegen 'just throw more money at the problem untill it goes away' maar de setup in allerlei bochten moeten wringen omdat de componenten eigenlijk niet voldoen, vind ik nog een slechter plan.

Wat is wijsheid?

[ Voor 11% gewijzigd door Hamish op 17-05-2010 21:09 ]

[Part]

Het 'probleem' met de 55volt is dat je er niets aan hebt als deze niet voldoende vermogen kan leveren.
Als de stappen motoren zoveel toeren maken dat je aan de 55 volt zit dan heb je 1,5A x 55 volt nodig per spoel.

Daarom zou ik voor een wat lagere spanning gaan.
Daarbij gaan stappenmotor drivers snel stuk indien tot het uiterste gaat.

[Hamish]

@part

Het 'probleem' met de 55volt is dat je er niets aan hebt als deze niet voldoende vermogen kan leveren. Als de stappen motoren zoveel toeren maken dat je aan de 55 volt zit dan heb je 1,5A x 55 volt nodig per spoel.
Daarom zou ik voor een wat lagere spanning gaan.

Okay, dat snap ik. Dan zal ik er 2 per stappenmotor inzetten, en proberen er nog een te scoren. Dan zijn stappenmotor bij hogere toerentallen toch behoorlijk inefficiënt. Inefficiëntier dan ik dacht.

Daarbij gaan stappenmotor drivers snel stuk indien tot het uiterste gaat.

Het uiterste maar binnen de specificaties zou toch niet zo erg moeten zijn? De componenten die ik besteld en gebruikt heb voor de driver zijn eerder lichtelijk overgespecificeerd en ook niet perse 'el cheapo'. Maar goed, aan de buitenkant is dat natuurlijk ook niet echt zichtbaar, we zullen zien.

Het is echt jammer dat die ptt trafo's zich niet wat (gemakkelijker) laten verbouwen. Een aantal windingen aan de secundaire spoel minder en dit had allemaal geen rol gespeeld.

[ReneK]

Part schreef op maandag 17 mei 2010 @ 19:26:
[...]
Dit is alleen bij een stilstaande motor.
Bij een draaiende motor heb een tegen EMK.
Stel dat deze 20 volt is (meestal al een vrij hoog toerental) dan is de spanning over de windingen 20 volt + 4,35 volt = 24,35 volt.
De stappenmotor sturing blijft 1,5A leveren dus dan zit je al aan 1,5A x 24,35 = 36,5 watt per spoel (winding).

Goed punt. Bij een gewone elektromotor met een constante voedingsspanning neemt de stroom door de tegen-EMK vanzelf af wanneer het toerental toeneemt, tot een stabiele situatie ontstaat.
Hier wordt echter de stroom constant gehouden en wordt het toerental bepaald door de controller.

Ik vraag me echter af of de tegen EMK zo groot is dat dit een rol gaat spelen. Vaak worden stappenmotoren
alleen gebruikt voor positionering, niet zozeer om toeren te maken.

@Hamish: Wat is je toepassing (laat me raden: een milling machine? ;-)

Als het slechts om positionering gaat, speelt de tegen-EMK niet zo'n rol. WIl je flink toeren maken met dat ding, dan heb je kans dat het wel een rol gaat spelen. In dat geval is het inderdaad verstandiger om te kiezen voor een lagere voeddingsspanning.
Ik weet trouwens niet of de LMD18245 nog maatregelen neemt om dit probleem te voorkomen: in de datasheet staat wel een voorbeeld applicatie met een 12V motor en een 40V voedingsspanning. Daar zou het probleem ook op kunnen treden.

[Hamish]

@ReneK: Hoe raadt je 't zo?

@Part:
Budget technisch is deze interessant:Ringkerntrafo, 2 x 30 volt 4 amp. 120VA Electro-technisch ook?

[ReneK]

Hamish schreef op dinsdag 18 mei 2010 @ 08:40:
@ReneK: Hoe raadt je 't zo?

Just a lucky guess...en een bezoek aan je website ;-)

Budget technisch is deze interessant:Ringkerntrafo, 2 x 30 volt 4 amp. 120VA Electro-technisch ook?

Hangt een beetje van je toerental af, denk ik.

Afgaande op je opmerking:

Ze draaien in een CNC toepassingn de hoogste toeren (mechanisch) minder belast (verplaatsing gereedschap)

zou ik veiligheidshalve voor een lagere voedingsspanning kiezen. Met een 30V trafo komt je
na gelijkrichting op zo'n 41V. Als de tegen-EMK inderdaad een rol mocht gaan spelen,
is het zonde om zo'n hoge spanning te gebruiken.

Vermeldt de datasheet van je stappenmotor daar niets over?

[Hamish]

Okay, ik heb 1 keuze al gemaakt. Met pijn in m'n hart en hoewel charmant, nostalisch en leuk retro-oranje gaan die PTT transformatoren het niet worden. Zowel het vermogen van 60VA als het voltage na gerijkrichting 64VDC, maken 't gewoon ongeschikte c.q. onhandige componenten voor een (max. 55volt DC, 1.5A) voeding.

Dus driftig rondgeklikt:

1. Voeding unit 24 volt-6Amp - 24volt DC - Baco
   €15,00 (all in)
   
   
2. Ringkerntrafo, 2 x 30 volt 4 amp . 120VA - Baco
   €9,50 (+ ~€7 voor brugcel, afvlak condensatoren, zekering+houder en bleeder weerstand)
   
   
3. Ringkerntrafo 225VA 2x10,5V - Dickbest
   - €19,50 (+ ~€7 voor brugcel, afvlak condensatoren, zekering+houder en bleeder weerstand)
   
   

Na gelijkrichten geven ze volgens mijn berekeningen de volgende voltages en (max.) stromen. Ik ga uit van 240V AC in (dan schat ik dat hoog in, hier komt dat niet uit het stopcontact). 1000_uF condensator per ampere geleverde gelijkstroom met een variatie in de spanning van ~10%. Voor de verliezen in transformator en gelijkrichter heb ik een factor 1.5 (naar voorbeeld ReneK) genomen. Het zijn niet perse nauwkeurige waardes, maar schattingen die in ieder geval niet het werkelijk geleverde voltage of vermogen te hoog inschatten.

1. 120VA - 24 volt DC - ~ 6 ampere (naar specs)
2. 120VA - 41 volt DC - ~ 1.9 ampere ( 120VA / 41 / 1.5)
3. 225 VA - 29 volt DC - ~ 5 ampere (225VA / 29 / 1.5)

@Part: Jouw rekenvoorbeeld gaf aan dat EMK het benodigde vermogen flink verhoogt.

Dit is alleen bij een stilstaande motor. Bij een draaiende motor heb een tegen EMK.
Stel dat deze 20 volt is (meestal al een vrij hoog toerental) dan is de spanning over de windingen 20 volt + 4,35 volt = 24,35 volt.
De stappenmotor sturing blijft 1,5A leveren dus dan zit je al aan 1,5A x 24,35 = 36,5 watt per spoel (winding).

2 spoelen bekrachtigd, aangezien de driver microstepping doet, en in het slechtste geval dus 2 spoelen vol bekrachtigd op 1.5A. Dan neem ik ipv 20+4.35 volt, 30 volt om ook daar aan de veilig kant te blijven en kom ik op 45W per spoel. Dit resulteert in 90W max. belasting. Dat kunnen alle 3 bovenstaande voedingen leveren.

Van wat ik tot nu toe op 't web gelezen heb m.b.t. voltage, snelheid, stroom geleverde mechanische vermogen.
bron: CNCZone:[quote]Determining Filter Capacitor Size

Current = torque, so what is of primary interest is the current you can drive it with. Where the power supply voltage comes into the equation is where the top end of the torque is in terms of speed. A stepper motor has roughly fixed torque up to its corner speed, which is determined by the coil inductance and the supply voltage. Above the corner speed it is a constant power motor, power = torque x revs, so as the revs go up the torque drops off. Ideally you want the operating speed of the motor to be at or just below the corner speed.

bron: Gecko FAQ

Determining Optimal Drive Supply Voltage
Drive Supply Voltage = 32 * sqrt(mH Inductance)

Ex. 32 * sqrt(4mH) = 64VDC

Mijn geval: 10.7mH,
32 * sqrt(10.7) = ~ 105V

@Part: Wat zegt dit 105V over het effect van EMK? Ik verwacht dat de piek in torque naar rechts zal schuiven op het moment dat het voltage hoger is dan 24V, dan wordt het maximum draaimoment dus geleverd bij een hoger toerental.
Omdat 't zowiezo geen snelle machine zal zijn door het gebrek aan pit in de spindelmotor, heb ik het liefst een zo hoog mogelijk toerental, om de niet-arbeidsslag zo snel mogelijk te kunnen doen.

@Part & ReneK

zou ik veiligheidshalve voor een lagere voedingsspanning kiezen.
...
Als de tegen-EMK inderdaad een rol mocht gaan spelen,
is het zonde om zo'n hoge spanning te gebruiken.
...
Daarom zou ik voor een wat lagere spanning gaan.

Ik zou juist het tegenovergestelde denken, omdat EMK een rol gaat spelen is het beter het voltage te verhogen (met als voorwaarde dat de voeding dit kan leveren). En op welke veiligheid doel je als je 'veiligheidshalve' zegt?

@ReneK

Vermeldt de datasheet van je stappenmotor daar (=EMK/voltage) niets over?

Behalve de grafiek die hieronder staat wordt er niet direct iets over gezegd.

Mocht ik er met mijn gedachtengang nou naast zitten, dan hoor ik graag hoe en wat. Ben in een hoop opzichten natuurlijk een absolute-beginner op dit gebied.

Hieronder een html versie van de datasheet van het type stappenmotor en de 'nieuwe' grafiek voor de torque / pps.

De KH56-series 800 type, de KH56KM2-851, 4 draden, bipolair.
De meest rechter kolom bevat de informatie voor deze motor.
(Wie stopt er nu een alleen een bitmap in een PDF , wat een enorm werk om dat een beetje behoorlijk in een HTML/UBB-tabel te krijgen qua formatting en speciale tekens. OCR is toch maar erg beperkt bruikbaar)

MODEL	UNIT	KH56KM2
		-801	-802	-803	-851
DRIVE METHOD	-	UNI-POLAR			BI-POLAR
NUMBER OF PHASES	-	2			2
STEP ANGLE	deg./step	1.8			1.8
VOLTAGE	V	2.4	3.7	6.8	4.35
CURRENT	A/PHASE	3.0	2.0	1.0	1.5
WINDING RESISTANCE	Ω/PHASE	0.8	1.85	6.8	2.9
INDUCTANCE	mH/PHASE	1.1	3.3	13.5	10.7
HOLDING TORQUE	kgf · cm	8.5	8.5	8.5	10
DETENT TORQUE	gf · cm	400	400	400	400
ROTOR INERTIA	g · cm2	270	270	270	270
WEIGHTS	h	650	650	650	650
INSULATION CLASS	-
INSULATION RESISTANCE	-	500VDC 100M Ω min.
DIELECTRIC STRENGTH	-	500VAC 50HZ 1min.
OPERATING TEMP	°C	0 to 50
ALLOWABLE TEMP.	deg.	70

uit datasheet KH56KM2-851

[ReneK]

Ok, nog een korte reactie van mijn kant, want dit onderwerp begint nu qua tijd wat mij betreft een beetje
te veel uit de hand te lopen.

Hamish schreef op woensdag 19 mei 2010 @ 14:42:

Na gelijkrichten geven ze volgens mijn berekeningen de volgende voltages en (max.) stromen. Ik ga uit van 240V AC in (dan schat ik dat hoog in, hier komt dat niet uit het stopcontact). 1000_uF condensator per ampere geleverde gelijkstroom met een variatie in de spanning van ~10%.

1000 uF per ampere geeft een maximale rimpelspanning van ongeveer 10V (top-top). Da's best veel.

Voor de verliezen in transformator en gelijkrichter heb ik een factor 1.5 (naar voorbeeld ReneK) genomen. Het zijn niet perse nauwkeurige waardes, maar schattingen die in ieder geval niet het werkelijk geleverde voltage of vermogen te hoog inschatten.

1. 120VA - 24 volt DC - ~ 6 ampere (naar specs)
2. 120VA - 41 volt DC - ~ 1.9 ampere ( 120VA / 41 / 1.5)
3. 225 VA - 29 volt DC - ~ 5 ampere (225VA / 29 / 1.5)

De berekening klopt niet: je verliest geen factor 1.5 in vermogen. Als je door de afvlakking een wortel(2) hogere DC spanning maakt, wordt de maximaal te leven stroom ongeveer een factor 1.5 lager, door de vormfactor.
Je vermogensverlies is dan 1.41 / 1.5 = 0.94.

Reken in de praktijk met zo'n 10% verlies voor de veiligheid.

Dus: een trafo die bv. 30V bij 4A kan leveren, levert na gelijkrichten + afvlakken ongeveer
41V bij 2.6 A.

2 spoelen bekrachtigd, aangezien de driver microstepping doet, en in het slechtste geval dus 2 spoelen vol bekrachtigd op 1.5A. Dan neem ik ipv 20+4.35 volt, 30 volt

Die 20V is slechts een voorbeeld. De spanning hangt helemaal van het gewenste maximum toerental af.

Zolang je voedingsspanning toereikend is om ook de tegen EMK op te vangen, kan je het toerental
via je controller laten toenemen. Op een gegeven moment wordt de EMK te groot, en zal de LMD18245
niet meer in staat zijn om 1.5A door je winding te sturen. Het gedrag gaat dan op een gewone
elektromotor lijken, en je kunt het toerental niet meer via je controller verder verhogen.

Je moet de voedingsspanning dus hoog genoeg kiezen dat je je maximaal gewenste toerental kunt bereiken.

Als je te ver gaat met voedingsspanning & toerental, heb je kans dat je motor teveel vermogen dissipeert
en kapot gaat.

om ook daar aan de veilig kant te blijven en kom ik op 45W per spoel. Dit resulteert in 90W max. belasting. Dat kunnen alle 3 bovenstaande voedingen leveren.

Maar wat kan je motor hebben per winding?