Η-Bridge και περιορισμός ρεύματος εκκίνησης κινητήρα

[kplgr]

Ας πάρουμε μια (απλοποιημένη) μισή H-Bridge, κάτι σαν αυτήν εδώ (http://www.falstad.com/circuit/#%24+1+4.9999999999999996E-6+2.688763906446752+50+5.0+50%0AR+704+256+704+224+ 0+0+40.0+24.0+0.0+0.0+0.5%0At+656+320+704+320+0+-1+23.98263363451427+-5.000053704407037E-10+1000.0%0Aw+704+256+704+304+0%0Ar+704+336+704+44 8+0+0.4%0At+656+464+704+464+0+1+-4.995091786743483E-5+0.017316414067817296+1000.0%0Ag+704+480+704+512+ 0%0Ar+656+320+656+256+0+10000.0%0Aw+656+256+704+25 6+0%0Ar+656+320+544+320+0+670.0%0As+464+320+544+32 0+0+1+false%0Ag+464+320+464+336+0%0AR+480+464+432+ 464+0+0+40.0+24.0+0.0+0.0+0.5%0Ar+656+464+560+464+ 0+630.0%0As+480+464+560+464+0+1+false%0Ao+3+64+0+3 3+10.0+51.2+0+-1%0A) δηλαδή, και ας
βαφτίσουμε Q1 το PNP τρανζίστορ και Q2 το NPN, αντίστοιχα R1 και R2 τις αντιστάσεις
στις βάσεις των τρανζίστορ (την pull-up την αφήνουμε απ'έξω προς το παρόν!)
Στον ρόλο του ωμικού φορτίου του κινητήρα έχουμε την αντίσταση 0,4Ω ανάμεσα
στα Q1-Q2, και μιας και το νόημα είναι να γίνει proof of concept, ας προσπεράσουμε
τα χαρακτηριστικά των τρανζίστορ, του κινητήρα, κλπ.
(για την ακρίβεια ας υποθέσουμε και ότι τα τρανζίστορ έχουν ίδια β)

Είναι σχετικά εμφανές λοιπόν από το σχηματικό ότι αφού R1>R2, το μέγιστο ρεύμα
που θα διαρρέυσει τον κινητήρα μας (αφήνουμε και τα επαγωγικά απέξω, τώρα που
το καλοσκέφτομαι) θα είναι όσο επιτραπεί να περάσει από το Q1, καθώς το Q2 θα
λειτουργεί μονίμως στον κόρο με τις δεδομένες αντιστάσεις βάσης.

Πόσο καλή/κακή σας φαίνεται η ιδέα να χρησιμοποιηθεί μια τέτοια διάταξη για να
περιοριστεί το ρεύμα εκκίνησης του κινητήρα, χρησιμοποιώντας σαν "φρένο" το Q1,
περιορίζοντας το ρεύμα εκκίνησης ας πούμε στο 120% του ρεύματος στο μέγιστο
μηχανικό φορτίο?

Προφανώς θα χρειαστεί την κατάλληλη ψύξη, πιο "ισχυρή" από ότι το Q2, δεν
τίθεται τέτοια ερώτηση, απλά προσπαθώ να βρώ έναν τρόπο να προστατεύσω τον
κινητήρα καθώς τα start/stop προβλέπονται να είναι συχνά.

[FILMAN]

Αυτό το κύκλωμα δεν είναι half H bridge, αλλά τελωσπάντων. Η φιλοσοφία είναι τα τρανζίστορ να χρησιμοποιούνται ως διακόπτες και όχι στην ενεργό περιοχή, όπως προϋποθέτει η ιδέα σου. Αυτό που λες μπορεί να γίνει, αλλά όπως καταλαβαίνεις, θα ζορίζεις το τρανζίστορ που θα χρησιμοποιείς για τη ρύθμιση. Δηλαδή θα πρέπει στη θέση του να βάλεις ένα τρανζίστορ με τεράστια αντοχή σε καταναλισκόμενη ισχύ σε σχέση με το άλλο. Νομίζω θα ήταν καλύτερα να έκανες τη ρύθμιση με PWM.

[kplgr]

Γιατί δεν είναι μισή H-bridge το κύκλωμα βρε Φίλιππε? Αφού από μια ολόκληρη ξεφορτώθηκα τα άλλα 2 τρανζίστορ και τα εναπομείναντα τα εβαλα σε μια σειρά αντι για
διαγώνια/απέναντι :001_unsure:

Τέλος πάντων, μάλλον συνεννοηθήκαμε μπουζουκτσζίδικα, οπότε πάμε πάλι! Η γέφυρα προφανως θα τροφοδοτηθεί με σήμα PWM, και για την ακρίβεια σκόπευα να έχω
μόνιμα ενεργοποιημένο το pnp και να χρησιμοποιήσω το σήμα pwm για να ενεργοποιώ το npn μόνο, έτσι σκέφτηκα οτι θα μπορούσα να περιορίσω το ρεύμα εκκίνησης
βάζοντας το pnp να λειτουργεί στην ενεργό περιοχή του όταν ο κινητήρας ξεκινάει και όχι μόνιμα προφανώς! (Υποθέτω ότι έχεις καταλάβει ότι μιλάμε για dc κινητήρα,
και γνωρίζεις τα περί αντι-ΗΕΔ του και την εξάρτηση της από τις στροφές του κινητήρα!)

Το σχέδιο δηλαδή είναι να περιορίζεται το ρεύμα όχι μόνιμα, αλλά μόνο κατά την εκκίνηση του κινητήρα μέχρι να πιάσει τις x,y,z στροφές, και δεν θέλω να μπλέξω με
εξωτερικές αντιστάσεις για αυτή την δουλεία.. Οταν λες να κάνω την ρύθμιση με PWM τι ακριβώς εννοείς εσύ?



ΥΓ Δεν έχω κάνει και πλήρη ανάλυση στα χαρακτηριστικά του κινητήρα, γιατί πολύ απλά δεν τον έχω. Ίσως να είναι ρεαλιστική η υπόθεση να είναι τόσο ισχυρός
ο επαγωγικός χαρακτήρας του κινητήρα που με αρκετά υψηλή συχνότητα PWM σε χαμηλό duty cycle το ρεύμα να μην προλαβαίνει να πάρει την μέγιστη τιμή του.

[Nemmesis]

θες και αρνητικη ταση για να κανεις Half H-bridge, και αυτο γιατι ο σκοπος της H-bridge ειναι να αλλαζει την φορα του ρευματος πανω στον καταναλωτη πχ. μοτερ... με μονη τροφοδοσια χρειαζομαστε 4τρανζιστορ για να γινει αυτο και το λεμε H-bridge σε συμετρικη τροφοδοσια χρειαζομαστε μονο 2 τρανζιστορ για να γινει αυτο εχοντας την μια "ακρη" του φορτιου στο 0. Ενα αλλο γνωρισμα ειναι οτι στις H-bridge πρεπει παντα να αγουν τα μισα τρανζιστορ αλλιως θα γινει βραχηκυκλωμα, ητε στις full ητε στις half bridge..
εσυ εστι οπως το εχεις σχεδιασει πρεπει να αγουν και τα 2 τρανζιστορ για να δουλευει το μοτερ σου και επισης δεν μπορει να αλλαξεις την φορα... αυτα για το γιατι δεν ειναι half Η-bridge.

στο θεμα μας τωρα.. λες οτι θα εχεις PWM αλλα δεν μπορει να ρυθμισεις με αυτο το ρευμα εκκινησης??? αυτο το pwm που λες οτι θα εχεις στην ουσια για ειναι σταθερο το ευρος παλμου??
δεν εχει νοημα στην κατασκευη σου να εχεις pwm και να ψαχνεις για ελεγχο ρευματος με τρανζιστορ... απλα στην αρχη ελτατωνεις το ευρος παλμου και σε 2-3 sec τον φτανεις στο σημειο που θελεις...

[kplgr]

οκέι, μάλλον εντοπίστηκε η διπλοπενιά του μπουζουκιού στην συνεννόηση! Το κύκλωμα που σας έδειξα ειναι "μισή H-bridge" κυριολεκτικά, έχει και άλλο τόσο!
δεν θα υπάρχει μόνο αυτό το τμήμα, οπότε μάλλον το "half h-bridge" που λέτε εσείς είναι κάποιο υποκατάστατο πλήρους γέφυρας-H, αλλά εγώ δεν εννοώ αυτό!
Απλά για να απλουστεύσω την κατάσταση εβάλα ουσιαστικά 2 τρανζίστορ και το βάφτισα έτσι.
Μάλλον καλύτερο θα είναι να ξεχάσετε ότι είπα την λέξη h-bridge :blush:

Τέλος πάντων νομίζω ότι γίνομαι κουραστικός αλλά θα το πω αναλυτικά όπως το σκέφτομαι, κυρίως προς απάντηση στον παναγιώτη.
Παναγιώτη λοιπον, κινητήρας με 0 στροφές, εφαρμόζω PWM με duty cycle 10% στα 20kHz. Έστω ο κινητήρας 24V, και αντίσταση 0,4Ω

10% στα 20kHz -> 5μικροsecond on, 45 μικροsecond off, και ρωτάω: στα 5 μικροsecond ο παλμός ρεύματος δεν θα είναι 24V/0,4Ω=60A?

Το σταματάω εδώ για να συμφωνήσουμε μέχρι αυτό το σημείο, και μετά πάμε παρακάτω..

[Nemmesis]

αν παιρνεις το μοτερ σαν καθαρα ωμικο φορτιο που δεν ειναι τοτε ναι θα ειναι 60Α.
αλλα γιατι να ξεκινας με το 10% και οχι με το 1%? ειναι αρκετα ευκολα να δωσεις 60Α για 1μSec αλλα δεν ειναι εκει το θεμα μας.

[kplgr]

Ωραία, έστω 1% το dc, η ένταση του παλμού του ρεύματος θα παραμείνει η ίδια (60Α) θαρρώ. Εγώ αυτό θέλω να περιορίσω, την ένταση του παλμού ρεύματος η οποία θα είναι πολύ μεγάλη
όταν ο κινητήρας θα ξεκινάει! Δέχομαι ότι λόγω του επαγωγικού χαρακτήρα του κινητήρα δεν θα είναι ακριβώς V/R, αλλά θα είναι μικρότερη, δεν μπορώ να υπολογίσω το πόσο γιατί
όπως είπα δεν αναφέρομαι σε κάποιον συγκεκριμένο κινητήρα και η τιμή της αντίστασης της περιέληξης είναι "τυχαία". Ωστόσο η ένταση ρου ρεύματος παραμένει πολύ υψηλή κατά την
εκκίνηση που δεν υπάρχει η αντι-ΗΕΔ, και θεωρώ σκόπιμο τον περιορισμό της παρ'ότι θα είναι περιοδικό σε παλμούς το ρεύμα και όχι συνεχές, και θα υπάρχει για πολύ μικρά χρονικά διαστήματα.

Γι αυτό σκέφτηκα στα pnp της γέφυρας να φροντίσω να περιορίζεται το ρεύμα εκκίνησης μονο, επιλέγοντας τέτοιες αντιστάσεις ώστε όταν ο κινητήρας πιάσει κάποιες στροφές και
κατ'επέκταση αποκτήσει αντι-ΗΕΔ τα pnp να δουλεύουν πλέον στον κόρο, και μέχρι αυτό το σημείο να βρίσκονται στην γραμμική τους περιοχή και να περιορίζουν την ένταση του ρεύματος.

Δεν σκόπευα ποτέ να αφήσω τα τρανζίστορ να δουλεύουν συνεχώς στην γραμμική τους περιοχή! Πιο λιτά, περιεκτικά, λιανά(?), το σχέδιο είναι το μέγιστο ρεύμα που θα επιτρέπουν
τα pnp να είναι μεγαλύτερο από το ρεύμα κανονικής λειτουργίας με πλήρες φορτίο, αλλα μικρότερο από το ρεύμα εκκίνησης.

[FILMAN]

Κώστα, περί H bridge ισχύει ό,τι ακριβώς είπε ο Παναγιώτης σε προηγούμενο ποστ. Τώρα, όσον αφορά το θέμα, πρέπει να καταλάβεις ότι με την προϋπόθεση ότι η συχνότητα του PWM είναι αρκούντως υψηλή, ο κινητήρας θα διαρρέεται από τη μέση τιμή του ρεύματος που αντιστοιχεί στο duty cycle. Εντάξει, οπωσδήποτε θα υπάρχει και μια κυμάτωση, αλλά η μέγιστη τιμή του ρεύματος λόγω της αυτεπαγωγής του μοτέρ σίγουρα δεν θα είναι V/r, πολύ περισσότερο μάλιστα όταν ο κινητήρας έχει αρχίσει πια να γυρνάει. Αν η αυτεπαγωγή του κινητήρα δεν σε καλύπτει μπορείς πάντα να συνδέσεις ένα πηνίο σε σειρά με τον κινητήρα.

[kplgr]

Φίλιππε ενδεχομένως υψίσυχνο PWM και η αυτεπαγωγή του μοτέρ που λες και εσύ να αρκούν, ωστόσο ψάχνω να δω τι μπορώ να κάνω σε περίπτωση που χρειάζεται μια "βοήθεια".
Είχα διαβάσει για περιορισμό ρεύματος με αντιστάσεις, τις οποίες όταν ανέβουν οι στροφές του κινητήρα απλά τις αποσυνδέεις, αλλά να πω την αλήθεια δεν μου πολυάρεσε σαν ιδέα.
Αυτό με το πηνείο που λές εσύ ακούγεται καλό σαν σκέψη, ωστόσο όταν ο κινητήρας έχει αρχίσει να γυρνάει τότε το πηνείο πρέπει να παρακαμφθεί, ή μπορει να μείνει συνδεδεμένο
χωρίς να επηρρεάσει την λειτουργία του κινητήρα?

[FILMAN]

Αυτό που λες με τις αντιστάσεις γινόταν στην προ ηλεκτρονικών εποχή. Αυτό με το πηνίο πιθανότατα δεν θα χρειαστεί να το κάνεις αλλά και αν το κάνεις, όχι δεν θα χρειάζεται παράκαμψη, καθώς με σταθερό ρεύμα το πηνίο είναι σαν να μην υπάρχει. Δοκίμασε με το μοτέρ που έχεις και μια συχνότητα 20kHz. Προσοχή στη χρήση διόδων προστασίας.

[kplgr]

Καλά, το μοτέρ δεν το έχω ακόμη, αλλά σου υπόσχομαι ότι πριν να κάψω τα τρανζίστορ μου βάζοντας στην γραμμική περιοχή θα δοκιμάσω σκέτο το PWM να δω μήπως τελικα όντως
δεν θα υπάρχει κανένα πρόβλημα και απλά είμαι υπερβολικός ως συνήθως :001_tongue:

Σας ευχαριστώ και τους 2 πάντως, έμαθα 2 πράγματα ακόμη!

[FILMAN]

Καλή επιτυχία με τις δοκιμές!