Rezonanční řízení krokového motoru – polomost - Free Energy
Rezonanční řízení krokového motoru – polomost - Free Energy
Rezonanční řízení krokového motoru – polomost - Free Energy
Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
<strong>Rezonanční</strong> <strong>řízení</strong> <strong>krokového</strong> <strong>motoru</strong> <strong>–</strong> <strong>polomost</strong><br />
Ing. Ladislav Kopecký<br />
V tomto článku popíšeme praktické zkušenosti s rezonančním <strong>řízení</strong>m dvoufázového<br />
<strong>krokového</strong> <strong>motoru</strong> a naměřené výsledky porovnáme s výsledky simulace pomocí programu<br />
SwitcherCADIII. Na obr. 1 je zobrazeno schéma zapojení řídicí elektroniky. Jedná se o<br />
půlmůstkové zapojení, které již bylo popsáno v jiném článku.<br />
Rser=0<br />
V2<br />
24<br />
-12V +12V<br />
V1<br />
V3<br />
12V<br />
12V<br />
+12V<br />
X1<br />
V+<br />
VCC<br />
OUT<br />
IN<br />
GND<br />
SWITCH-HL<br />
+12V<br />
U1<br />
-12V<br />
L1<br />
.1082<br />
R1<br />
1Meg<br />
R2<br />
5k6<br />
C1<br />
10µ<br />
-12V<br />
U2<br />
R3<br />
2.2<br />
+12V<br />
X2<br />
V+<br />
VCC<br />
OUT<br />
IN<br />
GND<br />
SWITCH-HL<br />
.TRAN .5 UIC<br />
.ic I(L1) = .5<br />
10µ<br />
L2<br />
.1082<br />
C2<br />
+12V<br />
Obr. 1. Půlmůstkové rezonanční <strong>řízení</strong> <strong>krokového</strong> <strong>motoru</strong> <strong>–</strong> schéma zapojení.<br />
Ohmický odpor vinutí <strong>krokového</strong> <strong>motoru</strong> byl změřen po zahřátí na provozní teplotu. Kapacity<br />
kondenzátorů jsou jmenovité hodnoty (nebyly měřeny). Indukčnost byla vypočítána pomocí<br />
Thompsonova vzorce na základě jmenovité kapacity a frekvence změřené multimetrem za<br />
provozu při napájecím napětí 24 V. Všechny ostatní hodnoty byly odečteny na stínítku<br />
osciloskopu.<br />
Frekvence f = 153Hz, amplituda proudu cívkou Im = 409 mA, Napětí na kondenzátoru<br />
špička-špička Ucšš = 72 V, odpor vinutí při teplotě cca 50°C R = 28,5Ω, Vypočítaná<br />
indukčnost vinutí L = 108,2 mH.<br />
Na obr. 2 pak najdete fotografii elektroniky a krokový motor. Na dalších obrázcích jsou<br />
průběhy proudů a napětí zobrazené na osciloskopu. Tyto průběhy dále porovnáme s výsledky<br />
simulace.<br />
PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com
Obr. 2. Řídicí elektronika a krokový motor<br />
Obr. 3. Průběhy napětí na kondenzátorech C1 a C2 (20V/div.)<br />
PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com
Obr. 4. Průběh napěti na kondenzátoru C1 a proudu vinutím L1 (20V/div.,0,5V/div.)<br />
Obr. 5. Průběh proudu cívkou L1 a řídicí napětí elektronického přepínače (0,5V/div., 5V/div.)<br />
PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com
80V<br />
V(N003,N004)<br />
V(n009)<br />
70V<br />
60V<br />
50V<br />
40V<br />
30V<br />
20V<br />
10V<br />
0V<br />
-10V<br />
-20V<br />
-30V<br />
-40V<br />
-50V<br />
454ms 456ms 458ms 460ms 462ms 464ms 466ms 468ms 470ms 472ms 474ms 476ms 478ms 480ms<br />
Obr. 6. Průběhy napětí na kondenzátorech C1 a C2 <strong>–</strong> simulace.<br />
70V<br />
V(N003,N004)<br />
I(L1)<br />
600mA<br />
60V<br />
500mA<br />
50V<br />
400mA<br />
40V<br />
300mA<br />
30V<br />
200mA<br />
20V<br />
100mA<br />
10V<br />
0mA<br />
0V<br />
-100mA<br />
-10V<br />
-200mA<br />
-20V<br />
-300mA<br />
-30V<br />
-400mA<br />
-40V<br />
-500mA<br />
-50V<br />
-600mA<br />
454ms 456ms 458ms 460ms 462ms 464ms 466ms 468ms 470ms 472ms 474ms 476ms 478ms 480ms<br />
Obr. 7. Průběh napěti na kondenzátoru C1 a proudu vinutím L1 <strong>–</strong> simulace<br />
PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com
13V<br />
V(n006)<br />
I(L1)<br />
600mA<br />
11V<br />
500mA<br />
9V<br />
400mA<br />
7V<br />
300mA<br />
5V<br />
200mA<br />
3V<br />
100mA<br />
1V<br />
0mA<br />
-1V<br />
-3V<br />
-100mA<br />
-5V<br />
-200mA<br />
-7V<br />
-300mA<br />
-9V<br />
-400mA<br />
-11V<br />
-500mA<br />
-13V<br />
-600mA<br />
454ms 456ms 458ms 460ms 462ms 464ms 466ms 468ms 470ms 472ms 474ms 476ms 478ms 480ms<br />
Obr. 8. Průběh proudu cívkou L1 a řídicí napětí elektronického přepínače <strong>–</strong> simulace.<br />
Porovnáme-li reálné hodnoty s grafickými výstupy simulace, vidíme, že simulované výsledky<br />
jsou „optimističtější“, tj. napětí na kondenzátorech a proudy cívkami jsou asi o 20% vyšší.<br />
Nyní se pokusíme nasimulovat ztráty vířivými proudy, které jsou pravděpodobně hlavním<br />
viníkem rozdílných výsledků.<br />
Na obr. 9 je nakresleno upravené schéma zapojení. Nemusíme si ho popisovat <strong>–</strong> metodika<br />
simulace vlivu vířivých proudů byla popsána v předchozím článku. Byla zvolena taková<br />
hodnota odporu R4, aby amplituda proudu cívkou L1 byla v obou případech, tj. v realitě i při<br />
simulaci, stejná (cca 400mA). Na obr. 10 je zobrazen grafický výstup simulace, kde zelenou<br />
barvou je vykreslen proud cívkou L1, červeně ztráty vířivými proudy, fialově ztráty ve vinutí,<br />
modře napětí na kondenzátoru C1 a hnědou barvou je zobrazeno napětí na výstupu<br />
elektronického přepínače X1. Ztráty vířivými proudy (amplituda asi 1,5W) v porovnání se<br />
ztrátami v mědi (amplituda asi 4.5W) jsou poměrně nízké. Dále si všimneme, že amplituda<br />
napětí na kondenzátoru při simulaci je vyšší a méně zdeformovaná. Vysvětluji si to tak, že<br />
indukčnost vinutí <strong>krokového</strong> <strong>motoru</strong> se v průběhu periody proudu cívkou mění, tj. indukčnost<br />
je nelineární funkcí proudu.<br />
Závěr<br />
Výše popsané zapojení je nejjednodušší možné (analogové) zapojení pro rezonanční <strong>řízení</strong><br />
dvoufázového <strong>motoru</strong>. Jeho největší předností je jeho jednoduchost a možnost měnit otáčky<br />
změnou kapacit C1 a C2, aniž bychom museli nastavovat nějaké parametry. Nevýhodou je to,<br />
že není přesně dodržen fázový posun 90° a je závislý na parametrech rezonančního obvodu.<br />
PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com
R4<br />
Rser=0<br />
V2<br />
24<br />
500<br />
L3<br />
-12V +12V<br />
V1<br />
V3<br />
12V<br />
12V<br />
+12V<br />
X1<br />
V+<br />
VCC<br />
OUT<br />
IN<br />
GND<br />
SWITCH-HL<br />
.1082<br />
K1 L1 L3 .6<br />
L1<br />
+12V<br />
U1<br />
-12V<br />
.1082<br />
R1<br />
1Meg<br />
R2<br />
5k6<br />
C1<br />
10µ<br />
-12V<br />
U2<br />
R3<br />
2.2<br />
+12V<br />
X2<br />
V+<br />
VCC<br />
OUT<br />
IN<br />
GND<br />
SWITCH-HL<br />
.TRAN .5 UIC<br />
.ic I(L1) = .5<br />
10µ<br />
L2<br />
.1082<br />
C2<br />
+12V<br />
Obr. 9. Schéma zapojení se zohledněním vířivých proudů.<br />
500mA<br />
400mA<br />
300mA<br />
200mA<br />
100mA<br />
0mA<br />
-100mA<br />
-200mA<br />
-300mA<br />
-400mA<br />
I(L1) V(N004,P001)*I(R5) -V(N002)*I(R4)<br />
-500mA<br />
-0.2W<br />
452ms 456ms 460ms 464ms 468ms 472ms 476ms 480ms 484ms 488ms 492ms 496ms 500ms<br />
5.3W<br />
4.8W<br />
4.3W<br />
3.8W<br />
3.3W<br />
2.8W<br />
2.3W<br />
1.8W<br />
1.3W<br />
0.8W<br />
0.3W<br />
Obr. 10.a. Grafický výstup simulace pro vyhodnocení ztrát vířivými proudy.<br />
56V<br />
V(N004,N005) V(n003) I(L1)<br />
500mA<br />
48V<br />
400mA<br />
40V<br />
300mA<br />
32V<br />
200mA<br />
24V<br />
100mA<br />
16V<br />
0mA<br />
8V<br />
0V<br />
-100mA<br />
-8V<br />
-200mA<br />
-16V<br />
-300mA<br />
-24V<br />
-400mA<br />
-32V<br />
-500mA<br />
444ms 446ms 448ms 450ms 452ms 454ms 456ms 458ms 460ms 462ms 464ms 466ms<br />
Obr. 10.b. Grafický výstup simulace pro vyhodnocení ztrát vířivými proudy - pokračování.<br />
PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com
Change language