ringkern trafo vraag - mbt voltage

[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?

[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.

[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.

[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]

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