PWM, czyli jak to jest z ta czestotliwoscia?

[Xweldog]

Dopiero teraz otworzyłem pocztę.

Cóż takiego się stało że zrezygnowałeś z niższych duty%. Najwyraźniej na chybcika zrobiłeś pobieżną próbę i doskonale wiesz, że tak jak wyraźnie napisałem, im wyższe duty tym dany silnik ma większą moc przy wyższej f. Wyboru 50% dokonałeś celowo bo przy takim wyniki będą b.wątpliwe. Przy 50% niby o ile zmaleją obroty ? Tak na oko ze dwa razy. Tak spowolnić z 5-10razy ? Tyle Ci nie pasuje ? To nie ja Tobie tylko Ty mi a właściwie to innym forumowiczom odpowiedz:

DLACZEGO REZYGNUJESZ Z ODCINKA DUTY KTÓRYM ZAWIERA SIĘ SEDNO PWM?

Tak ogólnie, na forum widzę wstręt do rzetelnego zbadania kwestii i, oczywiście, jak widać powyżej, u Ciebie też. Jak dotąd najbliżej był Grabo ale dopiero od ( jak pamiętam ) 1kHz. Obiecał przebadanie od zera i cisza.

Jeżeli dysponujesz Ge z liniowo przestrajanym duty i f, NIE MA ŻADNYCH PRZESZKÓD byś PWM przebadał od zera. Jak jakimś Ge skokowym, to tak jak podałem: duty 5 / 10 / 20 ect. a dalej jak tam uważasz ale wyższe duty można sobie odpuścić. Poprzednio ( i teraz jak z tym 50% ) naczytałem się Twoich tyle pokrętnych teorii, tyle uników, że nie pytaj się mnie o jakąś akceptację czy tp. Rób jak uważasz.

[marek1707]

Spoko, Xweldog, z niczego nie zrezygnowałem. Powyższe 50% to był tylko przykład w opisie procedury testowej - jakąś liczbę przecież musiałem wstawić. Nie robiłem nic na chybcika. Mój generator ma ograniczenie na wsp. wypełnienia prostokąta 20-80% ale mam wyniki. Są bardzo interesujące 🙂 Zdążyłem przebadać tylko jeden silnik (ten wielkości 400) ale za to w zakresie PWM 20Hz-100kHz i dla DC. Szerzej się nie dało. Mam nadzieję, że będziesz zadowolony. Nie wiem jakie panują na Forum zwyczaje w kwestii wstrętów. Mnie jeśli coś zaciekawi, staram się sprawę rozpoznać do końca i nie mam zamiaru ściemniać. Gdzie wrzucić wyniki? Robimy nowy wątek jak zdecydował Admin czy tutaj? Jest tego trochę a i wnioski ciekawe 🙂

[Treker (Damian Szymański)]

Chyba lepiej będzie założyć nowy temat w tym dziale:

https://www.forbot.pl/forum/naped-vf43.htm

Nie miałem jeszcze kiedy wydzielić postów z tego tematu.

[duniu_bartek]

To może zrób nowy wątek a postów nie trzeba narazie przenosić, opisz tylko na początku problem a czuję że i tak w nowym temacie będzie gorąco 🙂 Przy chwili wolnego czasu Treker wydzieli odpowiednie posty

[Polecacz 101]

Produkcja i montaż PCB - wybierz sprawdzone PCBWay!
   • Darmowe płytki dla studentów i projektów non-profit
   • Tylko 5$ za 10 prototypów PCB w 24 godziny
   • Usługa projektowania PCB na zlecenie
   • Montaż PCB od 30$ + bezpłatna dostawa i szablony
   • Darmowe narzędzie do podglądu plików Gerber
Zobacz również » Film z fabryki PCBWay

[Xweldog]

Nie dziw się mej reakcji ale badanie przy 50% jest obarczone sporym błędem. Wiele razy to proponowałem dlatego, że 50% daje większość prostych generatorków ale zaznaczałem, że "można się posłużyć choćby takim". Hamując ośkę ręką wyczuwa się różnicę.

Ciekawią mnie wyniki przy 20Hz, nigdy tego dokładnie nie przebadałem ale odkryłem ( co było do przewidzenia ), że przy małych f sliniczki szarpią.

Gdzie umieścić ? Mi to obojętne, może niech zadecyduje Admin ?

[Elvis]

Moim zdaniem prawda jest jak zwykle po środku. Co ciekawe obaj macie rację, a jednocześnie popełniacie błąd w procedurze pomiarowej.

Zna ktoś indukcyjność silników pololu? Wolałbym tłumaczyć moje zdanie na konkretnych danych.

[KD93]

Na życzenie mogę wstawić zdjęcia i/lub pomierzone parametry typu rezystancja, indukcyjność itp.

Więc pewnie marek1707 zmierzy indukcyjność tych silników, które bada.

[Bobby]

KD93, ale Marek będzie zajmował się większymi silnikami, modelarskimi (od 180 do 500).

[marek1707]

Nie ma co robić wstępów. Jeśli zostaną tu przeniesione posty z innego wątku, przyczyna przeprowadzenia tych pomiarów będzie jasna.

Po pierwsze: Xweldog - masz rację, jeśli chodzi o Twoje doświadczenie. Przypomnę, że chodziło o sterowanie silniczka DC mało wypełnionym PWM i obserwację spadku mocy ze wzrostem częstotliwości. Tak, to prawda. Dopatrywałem się w tej próbie jakiejś nierzetelności lub niezawinionego błędu ale teraz potwierdzam, wszystko było OK. Twój silniczek słabł i mój, obciążony śmigłem zwalniał także. Tylko że.. ale o tym za chwilę 🙂

Teraz o wynikach moich dzisiejszych badań. Na warsztat wziąłem szczotkowy silnik Graupnera klasy 400, 7.2V z typowym dla tych motorków śmigłem Gunthera. Zbudowałem prosty modulator PWM na jednym tranzystorze MOSFET, diodzie Schottky włączonej równolegle do silnika i driverze IR2184 sterującym bramkę tranzystora. Driver (a więc i bramka) zasilany był z osobnego zasilacza +12V. Obwód główny - silnik + MOSFET dołączyłem do zasilacza 30V/20A żeby mi mocy nie zabrakło 🙂 Ustawiony był oczywiście na 7.2V. Dzięki takiej konfiguracji mogę prowadzić próby bez obaw, że przy różnych silnikach napotkam ogranicznia ze strony zbyt małego lub zbyt dużego napięcia sterowania bramki.

Ustawiłem wypełnienie PWM=20% (na mniej nie pozwolił generator 🙁 ) i poczynając od częstotliwości 20Hz mierzyłem obroty silnika i prąd. Po dojechaniu do 100kHz wracałem z powrotem do 20Hz zwiększając wypełnienie o 10% Oto uzyskany wykres:

Z powyższych krzywych jasno wynika, że zwiększając częstotliwość PWM przy zadanym, stałym wsp. wypełnienia silnik wyraźnie zwalnia.

Kiedy już zakończyłem zbieranie danych zacząłem się zastanawiać: no dobra, przecież ten przyrost mocy po lewej stronie nie bierze się z nikąd. I rzeczywiście - silnik pobiera po prostu większy prąd, więc i szybciej się kręci. To nie jest darmowe. Przy okazji uwaga: w ciągu całego eksperymentu zarówno tranzystor jak i dioda były zimne. Nie było niepotrzebnych strat i całość mierzonego prądu szła w moment mechaniczny. W wyższych częstotliwościach silnik zachowuje się jak cewka - i tu jest dokładnie tak jak się spodziewałem, ale w niższych jego "cewkowatość" zanika na rzecz czegoś innego. Podrążyłem trochę to zjawisko i wyszło mi, że "na przełomie", czyli w okolicach 1-2kHz następuje zmiana w charakterze płynącego prądu. Otóż powyżej tego progu prąd w silniku jest ciągły - tego się spodziewałem. Wygląda jak piła narastająca w czasie gdy PWM jest załączony i opadająca gdy napięcie na bramce klucza jest równe 0. Same zmiany prądu (amplituda piły) są oczywiście tym mniejsze im wyższa jest częstotliwość PWM. No i ta piła "buduje" swoją wysokość przy spadku częstotliwości coraz bardziej, aż w okolicy 2kHz dotyka zera. To oznacza, że pompowany do silnika w fazie "gorącej" prąd nie płynie już do nas z powrotem przez całą fazę zimną, tylko szybciutko rozładowuje się przez diodę i zamiera w zerze - bo ma dużo czasu. Natomiast w fazie "gorącej" udaje mu się narosnąć do 100% prądu znamionowego silnika. W moim przypadku było to ok. 7A. I to właśnie - jak się domyślam, jest przyczyną przyrostu prędkości obrotowej. Wirnik "kopnięty" pełnym prądem nawet w ciągu 20% całego okresu, obraca się szybciej niż zasilany stałym prądem o takiej samej wartości średniej. Tym bardziej, że w czasie fazy "zimnej" PWM nie jest hamowany przez cały czas prądem wypływającym. Przez dużą część okresu jedzie na energii kinetycznej.

Po jakimś czasie spojrzałem na te wyniki trochę inaczej. No dobra, to teraz popatrzmy co mamy dla STAŁEJ częstotliwości. Trochę poprzestawiałem tabelki i wyszło mi to:

To są dokładnie te same liczby, tylko inaczej narysowane. Okazuje się, że dla niskich częstotliwości ani silnik ani "mostek" nie mają jakichś magicznych osiągów. Po prostu nieliniowość regulacji jest tak wielka, że jeszcze przy 20% wypełnienia wolnego PWMa silnik kręci się całkiem żwawo. Na wykresie naniosłem też grubą czerwoną linią tryb regulacji DC. Podłączyłem silnik wprost pod zasilacz i zapodawałem napięcia DC będące odpowiednimi ułamkami (20-80% i 100%) napięcia znamionowego. To jest jakiś wyznacznik regulacji idealnej(?). Mostek pracujący na lub powyżej kilku kHz będzie regulował obroty bardziej liniowo. Ten na 200Hz będzie jechał z obrotami bardzo stromo na dole ale po przekroczeniu połowy zakresu zacznie się wypłaszczać i tam duże zmiany PWMa będą powodować już niewielkie zmiany szybkości. Nic nie zyskujemy ale też nie tracimy. Jeżeli algorytm żąda 1/3 momentu maksymalnego, to przy PWM 10kHz dajemy wypełnienie 33% i z głowy. Przy taktowaniu 200Hz musimy ten współczynnik wyliczyć na jakieś 10% - czy to lepiej czy gorzej? Nie wiem, osądźcie sami.

Istotną sprawą są też zakłócenia impulsowe. W zakresie setek Hz modulator PWM jest generatorem potężnych impulsów obciążających akumulator. Tutaj było to 0 lub 7A - na zmianę. To dla akumulatorów wcale niemało. Podjechanie do 10kHz załatwia sprawę - prąd ma wartość ustaloną a wahania nie przekraczają 10%.

Przyznaję, że zjawisko nieliniowości regulacji trochę mnie zaskoczyło ale wcale nie uważam, że dyskwalifikuje ono mostki pracujące na setkach Hz. Jeżeli ktoś w ten sposób świadomie skonstruuje regulator PWM korzystając z drivera zbudowanego "na piechotę" (bo wtedy można 🙂 ) i ma sposób na walkę z zakłóceniami impulsowymi - to też będzie działało.

Oczywiście mam świadomość, że dla innego silnika będzie trochę inaczej choć nie sądzę, by coś poważnie się miało zmienić. Zamierzam zrobić te same pomiary dla pozostałych moich eksponatów i wrzucić tu wyniki.

[Bobby]

Przeniosłem część postów, od których zaczęła się dyskusja na temat częstotliwości PWM z tego tematu: Pomoc w doborze silnika do robota.

[Harnas]

Co do ostatniego obrazka: czy przypadkiem nieliniowość podobna do częstotliwości 100KHz nie przypomina nieco charakterystyki śmigła?

Wynikało by z tego że gdyby obciążyliśmy silnik podczas testu stałym momentem, nie zależnym od prędkości, regulacja była bym tym bardziej liniowa im niższa częstotliwość PWM.

[marek1707]

Przy 100kHz już zaczynało brakować tchu driverowi ale masz dobry pomysł. Rzeczywiście ch-ki by się opuściły. Nie mam pomysłu na takie stałe obciążenie ale może wystarczy nie obciążać silnika wcale? Czyste opory mechaniczne powinny rosnąć liniowo? A każdym razie nie w czwartej potędze 🙂 Jutro założę tarczkę na oś i pomierzę to samo albo przynajmniej jakiś wycinek - w takiej konfiguracji.

[Elvis]

Co do obciążenia, to też się ostatnio nad tym zastanawiałem. A może obciążyć drugim silnikiem? Drugi silnik potraktować jako prądnicę, zewrzeć rezystorem...

[Treker (Damian Szymański)]

Super, że temat się rozwinął. Dzięki wszystkim za zaangażowanie. Szkoda, że częściej nie zajmujemy się takimi sprawami 🙂 Może warto zacząć?

Ja tylko dodam link do wpisu Elvis-a, który jest powiązany z tym tematem, a później może komuś umknąć: https://www.forbot.pl/forum/topics43/sterowanie-silnika-przy-uzyciu-pwm-vt6828.htm

[OldSkull]

Co to znaczy "nam właśnie te kHz są potrzebne". Jakich NAS ? Nie mieszaj mnie do tego, to TY ( lub WY ) chcecie walić kHz w silnik o dużej indukcyjności dla którego optymalne są Hz.

Moja odpowiedź:

LR silnika działa jak filtr - z punktu widzenia sterowania będzie filtrować składowe harmoniczne powyżej pewnej wartości, a składowa stała zostanie. Innymi słowy właśnie najlepiej, aby prędkość była raczej wyższa niż niższa jeśli nie chcemy generować wibracji silnika i wału wywołanymi przez sterowanie. Co to oznacza? Mniej więcej tyle, że jeśli nam sterownik na to pozwoli, to możemy mieć częstotliwość PWM nawet 500kHz (albo i więcej). Równocześnie samo wyważenie obciążenia i napędu generuje drgania, więc nie należy się tym specjalnie przejmować o ile nie sterujemy jakimś mega precyzyjnym i delikatnym urządzeniem W drugą stronę: szarpanie będzie występować tylko przy bardzo dużym obciążeniu w stosunku do mocy silnika i jego bezwładności oraz bardzo niskiej częstotliwości. Mówimy tu o góra kilkunastu Hz, bo już przy 50Hz sporo urządzeń pracuje i ma się całkiem dobrze.

Na prawdę po raz ostatni: czy do Ciebie nie dociera że zrobiłem to już dawno temu, to nie ja tylko Ty powątpiewam ? Tu masz literaturę: XL = ωL.

Przypomnij mi - sterujemy silnikiem DC czy AC?

Xweldog, przepraszam, że czujesz się naciskany. Bardzo nie chcesz, trudno - nie powtarzaj i nie opisuj swojego eksperymentu. Chylę czoła nad Twoim układem wyjściowym z generatora - jednak masz dopracowany (choć zrobiłbym to inaczej - sorry, nie mogę się opanować) i między innymi z tego powodu ta sprawa nie da mi spokoju. Jeśli wyniki symulacji Cię nie przekonają (chyba że?), zmontuję "układzik".

Jemu to nic nie da, będzie uważał, że nie zmontowałeś układu, tak jak mnieoskarżał tutaj:

https://www.forbot.pl/forum/postlink/49018.htm#49018

Mając chwilę wolnego w pracy poszukałem coś takiego http://ep.com.pl/files/2493.pdf

Jest to cały regulator modelarski - może lepszy może gorszy ( raczej gorszy bo nie jest jakiś bardzo kosztowny ) ale to nie jest teraz ważne. Z resza cały regulator mnie nie interesuje a jedynie mostek H który tam jest.

Bramki MOSFETów są sterowane przez rezystory (i zaledwie 5V), przez co przy wyższych częstotliwościach czasy otwierania będą za mocno wpływać na wyniki.

Nie mam pomysłu na takie stałe obciążenie ale może wystarczy nie obciążać silnika wcale? Czyste opory mechaniczne powinny rosnąć liniowo? A każdym razie nie w czwartej potędze Jutro założę tarczkę na oś i pomierzę to samo albo przynajmniej jakiś wycinek - w takiej konfiguracji.

Drugi silnik ze zwartymi zaciskami?

Super, że zrobiłeś test, bardzo fajnie byłoby, gdybyś jeszcze zmierzył rzeczywiste średnie napięcie (wykres dla średniego napięcia powinien się pokrywać z tym dla DC dla dowolnej częstotliwości), oraz prąd (czyli przy stałym napięciu moc) wejsciowy - bo to jest istotne, aby określić, czy silnik nie traci na sprawności wraz ze wzrostem częstotliwości. Jeśli nie traci to oznacza, że zwiększanie częstotliwości do duzych wartości jest zdecydowanie najlepszym rozwiązaniem.