Frequentieregelaar bouwen

[Stoney3K]

Voor een toekomstig project ben ik bezig om een frequentieregelaar te ontwerpen op basis van een AVR en een zestal transistoren in 'normale' volle-brug schakeling. (En omdat het kan... I just like to make things spin. )



Nu heb ik geprobeerd om een HDD motor te laten draaien met een eenvoudige schakeling, maar ik kom er nog niet 100% uit. De motor ontwikkelt wel een klein beetje koppel, maar gaat er niet met een noodgang vandoor zoals het gebeurt als ik de HDD motor weer op de 'normale' stuurprint aansluit. De schijf draait met mijn sturing dan ook niet ver genoeg door om bij de volgende spoel aan te landen, waardoor ie niet van de plaats komt.

Ik stuurde de boel aan met gangbare waveforms zoals SPWM of zes-stap regeling, en het enige wat ik voor elkaar kreeg is de windingen van de motor opwarmen.

De controller van de HDD scopen op de aansluiting van de windingen leverde ook niet veel nieuws op: Blijkbaar zet die de motor eerst in een bepaalde positie door er een soort 'chirp' signaal naartoe te sturen (in ieder geval niet iets wat een duidelijk logisch signaal was, kan het niet duidelijker omschrijven) en daarna pas de windingen in een zinnige volgorde te bekrachtigen.

AVR's programmeren heb ik weinig moeite mee, maar van power electronics heb ik (nog) weinig kaas gegeten. Ik wil uiteindelijk gewoon het toerental van de motor met mijn AVR kunnen regelen.

[ Voor 5% gewijzigd door Stoney3K op 10-12-2011 21:26 ]

[3xhaas]

Ik zie dat dat je voor alle torren n-versies hebt gebruikt. Het makkelijkst voor push-pull is om voor de positief gerefereerde p-versies te pakken, zodat de gate-source buiten de aansturing niet nog eens extra met het uitgangssignaal op en neer hoeft te gaan.

[Stoney3K]

3xhaas schreef op zondag 11 december 2011 @ 08:41:
Ik zie dat dat je voor alle torren n-versies hebt gebruikt. Het makkelijkst voor push-pull is om voor de positief gerefereerde p-versies te pakken, zodat de gate-source buiten de aansturing niet nog eens extra met het uitgangssignaal op en neer hoeft te gaan.

Als je goed kijkt stuur je hier niet push-pull aan. Dit is de driefasige variant van een H-brug, en daar zijn het ook allemaal N-torren.

Als een winding wordt bekrachtigd dan loopt de stroom altijd via één van de bovenste torren, over de winding heen, en via één van de onderste torren (via de aansluiting van de winding ernaast) terug. Er is immers ook geen nul-leiding

Als er een duidelijke nul was die aan (-) werd geknoopt dan zou het een push-pull zijn en had je gelijk.

Dat is ook trouwens niet waar ik tegenaan liep qua problemen. Stroom door die windingen heen jassen is makkelijk

Waar ik nog altijd in de knoop lig is de aansturing. Op alle plekken waar je zoekt op 3-fasige inverters en frequentieregelaars krijg je een variant op bovenstaand schema te zien, met een zestal draadjes naar een blokje 'control'. Wat die aansturing dan inhoudt wordt nergens verder op ingegaan.

[ Voor 19% gewijzigd door Stoney3K op 11-12-2011 12:54 ]

[Infant]

Een 3 fasige aansturing in een hardeschijf......?

*harde schijf open maken doet*

Ik heb nu mijn led-array driver mishandeld als stappen-motor aanstuur dinges.....

Mijn hardeschijf motor... .wat denk ik voor alle geldt, heeft 4 aansluitingen.

Ik denk dat het zo intern zit:


De neutral staat dan 5V op, en de line's trek je dus naar ground.

Resultaat

Hoe zit dat bij jou?

[Stoney3K]

Infant schreef op zondag 11 december 2011 @ 14:42:
Een 3 fasige aansturing in een hardeschijf......?

*harde schijf open maken doet*

Ik heb nu mijn led-array driver mishandeld als stappen-motor aanstuur dinges.....

Mijn hardeschijf motor... .wat denk ik voor alle geldt, heeft 4 aansluitingen.

Ik denk dat het zo intern zit:
[afbeelding]

De neutral staat dan 5V op, en de line's trek je dus naar ground.

Resultaat

Hoe zit dat bij jou?

Zo heb ik die van mij ook aan proberen te sturen, en dan zowel één voor één de fases naar GND proberen te trekken, als overlappend met 120 graden tijdsinterval, als SPWM, maar er zat niet veel beweging in. Laat staan dat het ding ook echt met fatsoenlijk koppel van de plaats kwam.

De coils zelf zijn nog prima in orde, want bij het aansluiten van de oude HDD controller ging de schijf weer gewoon met 7200rpm slingeren.

[Anoniem: 435565]

Voor het aansturen moet je een sinus nabootsen met pulsbreedte modulatie.
Er is ook een verschil tussen een 2 fase H brug en een 3 fase brug, de stroom wisselt bij een 3 fase brug niet tussen de 3 armen van de brug maar roteert als het ware tussen de 3 aansluitingen, vandaar ook draaistroom.
Een direct schema met source code kan ik niet vinden maar meer info staat hier, hier., hier en hier.
Er is ook een verschil tussen een motor in driehoek schakeling (3 aansluitingen) en een ster motor (4 aansluitingen).

[ Voor 0% gewijzigd door Anoniem: 435565 op 11-12-2011 14:55 . Reden: correctie ]

[Infant]

Het is niet echt pwm regeling, maar frequentie regeling... waarschijnlijk bijde.

Hoe hoger de frequentie, hoe harder hij rond draaid..... maar dit moet je dus regelen. Je kunt niet een frequentie kiezen en dat hij dan die snelheid draaid.

[Stoney3K]

Infant schreef op zondag 11 december 2011 @ 16:40:
Het is niet echt pwm regeling, maar frequentie regeling... waarschijnlijk bijde.

Hoe hoger de frequentie, hoe harder hij rond draaid..... maar dit moet je dus regelen. Je kunt niet een frequentie kiezen en dat hij dan die snelheid draaid.

Bij een synchrone motor (zoals een permanente magneet-motor die in een HDD zit) wordt het toerental juist alleen bepaald door de frequentie waarmee de motor wordt aangestuurd.

Zet je er dus een sinusvorming signaal op met bijvoorbeeld 50Hz, (in feite 3, 120 graden in fase verdraaid), dan zal de motor met een toerental van 3000 toeren per minuut gaan draaien, als ie een enkel stel poolparen heeft. Dat je dat sinus-signaal dan nabootst met een drietal PWM's is even een detail.

Het probleem met een synchrone motor is alleen het opstarten ervan vanaf stilstand. In theorie zou een synchrone motor niet vanuit 'stilstand' (0Hz) naar een synchrone toestand kunnen zonder een bron van buitenaf. Over een zinnige opstart-aansturing heb ik ook nergens documentatie kunnen vinden, dus hoe doet zo'n HDD het dan bijvoorbeeld?

[ Voor 3% gewijzigd door Stoney3K op 11-12-2011 17:01 ]

[Marce]

Hier was ik wat aan het uitleggen hoe ik het zou aanpakken, toen zocht ik naar SPWM en kwam er achter dat ik dat eigenlijk bedoeld

Je merkt op dat je de schijf wel een klein beetje kon laten bewegen, maar niet genoeg om de volgende spoel aan te laten trekken.

Misschien dat je hem op kan slingeren door hem de ene kant (linksom) op te sturen, vervolgens even langer naar de andere kant (rechtsom), en dan weer linksom enz. Op die manier krijg je een soort van oscillerende beweging totdat je hem aan kunt sturen met de rest van je spoelen. Dit zou de chirp kunnen verklaren die je gezien hebt met je metingen.

[Sissors]

Heb me wel een tijd geleden verdiept in 3 fase motoren. In het begin doen de drivers een standaard opstart patroon waarmee hij naar een standaard positie/snelheid wordt gebracht, maar hoe dat exact wordt gedaan weet ik niet zo uit mijn hoofd.

AVR444 application note gaat over aansturen van sensorless 3 phase motors, (en gezien opmerking op forum dat ik tegenkom is zijn permanente methode enkel goed zolang snelheid niet te hoog is, maar die gebruiken feedback voor wanneer ze van fase wisselen, terwijl jij dat met een vaste snelheid wil doen): http://www.atmel.com/dyn/...All=1&checkAllReference=1

Oftewel, je kan altijd nog de startup sequence nakijken uit die source code.


Edit: als ik die source code bekijk, doen ze niet moeilijk met een nette sinus erop zetten, maar gooien ze gewoon blokgolven erop (waarbij PWM de amplitude bepaald, voor hun voorbeeld beginnen ze met iets van 50% duty cycle voor hun PWM).. De startup bestaat uit hem naar een bepaalde positie trekken door hem in de eerste stand aan te zetten, daarna de tweede stand, etc. Dat door laten gaan met steedse kleinere delays, totdat hij snel genoeg draait om hun feedback te kunnen gebruiken.

[ Voor 23% gewijzigd door Sissors op 11-12-2011 17:21 ]

[Infant]

Dat rond draaien van mij gaat inderdaad moeizaam, maar op een gegeven moment start hij op een heeft hij een stabiel toerental.

Als ik de frequentie vervolgens omhoog gooi gaat hij rapper draaien.

Ik bied dan ook geen sinus aan maar een blokgolf, 120 graden uit fase met 1/6 duty cycle per spoel.

Zo duwen de spoeltjes de schijf vooruit, inplaats van push-pull, maar dit vereist een feedback om betrouwbaar te werken.

[Stoney3K]

Infant schreef op zondag 11 december 2011 @ 17:14:
Zo duwen de spoeltjes de schijf vooruit, inplaats van push-pull, maar dit vereist een feedback om betrouwbaar te werken.

Dat is op zich nuttig als je geen H-brug hebt en je dus geen stroom om kan keren. Het enige wat je dan kan doen is óf trekken óf duwen.

Met een sixpack van transistoren kun je in elke winding de stroom in een willekeurige richting sturen. Zo kun je op alle punten trekken én duwen, wat je meer koppel oplevert.

Van het meest krachtige koppel naar het meest 'slappe' koppel krijg je achtereenvolgens een overlappende zes-staps regeling (waar er elke keer 2 windingen tegelijk bekrachtigd worden, 1 in duw-stand, 1 in trek-stand), naar een afzonderlijke zes-staps regeling waar er 1 winding tegelijk actief is, en uiteindelijk SPWM wat eigenlijk meer gebruikt wordt als een beperkt koppel nodig is voor versnellen of afremmen.

Meer poolparen leveren je meer koppel op, maar halen het toerental omlaag. De afstand die de rotor af moet leggen tussen één set poolparen is namelijk korter. Goed voorbeeld is de stappenmotor: Die heeft belachelijk veel poolparen, en daardoor veel koppel maar kan in verhouding erg langzaam.

Als je bij de spoorwegen kijkt dan gebruiken ze ook synchrone motoren, en dan kun je bij sommige treinen zelfs horen als er poolparen af- of bijgeschakeld worden. Het effect is namelijk hetzelfde als 'versnellingen' schakelen, bij het afschakelen van een poolpaar moet de aanstuurfrequentie verlaagd worden om bij hetzelfde toerental synchroon te kunnen blijven. Omdat de frequentie dan 'een tand terug' geschakeld kan worden, kan de aansturing weer met de frequentie opvoeren tot ie aan zijn max zit.

@Furby-Killer: Je link doet het bij mij niet. (404 op de Atmel site)

[ Voor 5% gewijzigd door Stoney3K op 11-12-2011 17:27 ]

[Infant]

De theorie zit er goed in.

Het probleem waar je dus mee zit is de platter in een goed gedifineerde begin toestand krijgen, zodat je er daarna je spwm regeling op los kunt laten...?

[Sissors]

http://www.atmel.com/appl...ive-motor_control_systems

Probeer die link eens, en dan naar AVR444 zoeken. Anders even met zoekfunctie op atmel site er naar zoeken.

[Stoney3K]

furby-killer schreef op zondag 11 december 2011 @ 17:35:
http://www.atmel.com/appl...ive-motor_control_systems

Probeer die link eens, en dan naar AVR444 zoeken. Anders even met zoekfunctie op atmel site er naar zoeken.

Je bedoelt waarschijnlijk deze?

Trouwens ook compatible met Arduino-chips, voor de mensen die het interesseert.

[Infant]

Maar die 'sensorless' control gebruikt dus wel een feedback circuit wat naar de geproduceerde back EMF kijkt, en gebruikt die om de timings aan te passen.

Stoney3K wil geen feedback circuit bouwen. Zou dat er bij de orginele HD controller wel in zitten?

[Stoney3K]

[b][message=37301932,noline]Stoney3K wil geen feedback circuit bouwen. Zou dat er bij de orginele HD controller wel in zitten?

Ik heb nergens gezegd dat ik geen feedback circuit wil bouwen, of wel soms?

Het wordt alleen lastig om (externe) sensors op de HDD te hangen, want uiteindelijk wil ik het wel voor grotere of zelfgebouwde motoren gaan gebruiken.

In de HDD controller zal er vast ergens een feedback-circuit zitten. Als je namelijk gewoon blind spoeltjes blijft bekrachtigen dan kun je nooit een toerental aanhouden, vooral niet als er nog een koppel-belasting op je rotor zit. Je kan bijvoorbeeld ook de nuldoorgang van je back-EMF vinden door hem te vergelijken met de nul-leiding.

Microchip heeft een mooie Application Note die een virtuele nul maakt van 3 weerstanden.

[Sissors]

Die AVR app note gebruikt dus ook niks extras aan sensoren, maar gewoon hetgene wat elke motor heeft. Maar even los daarvan, de code heeft ook gewoon een startup gedeelte dat geen feedback gebruikt, en dat kan dus gewoon gebruikt worden. Ik bedoelde inderdaad degene die je linkte, maar als ik die direct had gelinked miste je een belangrijk gedeelte, de code.

[3xhaas]

Stoney3K schreef op zondag 11 december 2011 @ 12:36:
Als je goed kijkt stuur je hier niet push-pull aan. Dit is de driefasige variant van een H-brug, en daar zijn het ook allemaal N-torren.

Als een winding wordt bekrachtigd dan loopt de stroom altijd via één van de bovenste torren, over de winding heen, en via één van de onderste torren (via de aansluiting van de winding ernaast) terug. Er is immers ook geen nul-leiding

Dat is nog steeds push-pull, want met de bovenste torren push je de stroom door twee spoelen heen en met de onderste pull diezelfde stroom erdoorheen.
Hier vond ik een plaatje ervan.

Ik denk echter niet dat dat je probleem is. Zeker niet als je ze niet met een sinus aanstuurt, maar helemaal openzet.

Wat ik verder zo snel vond is dat je de twee corresponderende FET's niet precies tegelijk moet openzetten, maar een "deadtime"moet creëren bij de onderste FET.
Hier (bij single phase duty curcly) las ik daar wat over. Hopelijk heb je daar wat aan.

[ Voor 3% gewijzigd door 3xhaas op 11-12-2011 23:04 ]

[goeievraag]

Je doet toch iets niet helemaal goed; met een functiegenerator (1 fase dus) krijg je ze nog aan het draaien.

Kun je plots van de 3-fazenspanning laten zien? (zonder dat de motor er aan hangt, dat verstoort het beeld)

Stoney3K schreef op zondag 11 december 2011 @ 17:22:
[...]
Als je bij de spoorwegen kijkt dan gebruiken ze ook synchrone motoren, en dan kun je bij sommige treinen zelfs horen als er poolparen af- of bijgeschakeld worden. Het effect is namelijk hetzelfde als 'versnellingen' schakelen, bij het afschakelen van een poolpaar moet de aanstuurfrequentie verlaagd worden om bij hetzelfde toerental synchroon te kunnen blijven. Omdat de frequentie dan 'een tand terug' geschakeld kan worden, kan de aansturing weer met de frequentie opvoeren tot ie aan zijn max zit.

Ik neem aan dat je het nu over de dubbeldekkers hebt? Dat zijn asynchrone motoren die met synchrone pwm aangestuurd worden. Om interferentie met andere systemen te voorkomen, of de schakelverliezen laag te houden, wordt een steeds lagere frequentiemodulatie-index gekozen.
En bovendien, hoe wil je het poolaantal van een synchrone machine veranderen? Een paar keer kan misschien nog wel, maar die treinen hoor je minstens 6 keer 'schakelen'.


3xhaas: Die deadtime is meestal om een 'shoot trough' te voorkomen. Hierbij geleidt zowel de onderste als de bovenste switch; een korstsluiting dus. Dit is met name relevant bij IGBT's omdat die sneller aan dan uit gaan.

[Stoney3K]

goeievraag schreef op zondag 11 december 2011 @ 23:21:
En bovendien, hoe wil je het poolaantal van een synchrone machine veranderen? Een paar keer kan misschien nog wel, maar die treinen hoor je minstens 6 keer 'schakelen'.

Dat lijkt me toch niet zo moeilijk? Als je elke set polen afzonderlijk naar buiten brengt dan kun je ze per set gewoon afschakelen met een relais of ze gewoon niet aandrijven.

Als de polen in serie staan moet je misschien even slim schakelen, maar ik zie zo het probleem niet.

(Hint: Als we het toch over de spoorwegen hebben, die doen dat met gelijkstroommotoren al jaren. )

[goeievraag]

Je verwart spoelen en tanden met polen.
Polen slaat op het aantal noord- en zuidpolen van de magneten of de bekrachtigingspoelen. Zonder fysiek iets aan de rotor te veranderen ligt dit vast. (Bij een bekrachtigde rotor met veel polen zou je hier nog iets kunnen doen, maar of dat je efficiëntie ten goede komt...)

Wat je wel kunt doen is losse spoelen in serie of parallel zetten. Hiermee kun je de nominale spanning of stroom verhogen/verlagen. Dit verandert echter niks aan de elektrische frequentie.

[Anoniem: 118825]

Sorry, maar ik heb toch nog steeds moeite met je H-brug schema.
Als je enkel NPN gebruikt, ga je de bovenste imo nooit volledig in saturatie kunnen trekken. Je moet immers min. 0.6~0.7v Vbe hebben, maar waar ga je die halen als nagenoeg de volledige voedingsspanning over je load (in dit geval je motorspoelen) hebt staan? Volgens mij stook je behoorlijk wat vermogen weg in die bovenste transistoren.

Heb je geen PNP's liggen om snel mee te testen?