Электромотор с электронным управлением

[Michael]

Это русский перевод - [[Ссылки только членам профсоюза. ]

В оригинале - [[Ссылки только членам профсоюза. ]

Силовая часть мостовой схемы управления, реальный проект:
[[Ссылки только членам профсоюза. ]

Еще немного информации по управлению двигателями постоянного тока:
[[Ссылки только членам профсоюза. ]
[[Ссылки только членам профсоюза. ]

Brushed DC Motor Fundamentals - [[Ссылки только членам профсоюза. ]

Driving Power MOSFETs in High-Current, Switch Mode Regulators - [[Ссылки только членам профсоюза. ]

Determining MOSFET Driver Needs for
Motor Drive Applications - [[Ссылки только членам профсоюза. ]

Matching MOSFET Drivers to MOSFETs - [[Ссылки только членам профсоюза. ]

Рассеиваемая мощность SMD корпусов:
[[Ссылки только членам профсоюза. ]

[izbitz]

Допис від Michael

Спасибо, только я ж ничего особого то и не сделал ... просто поставил импульсный регулятор напряжения, максимально простой, и вывел индикацию потребляемого тока и напряжения батареи. Исключительно из интереса, чтобы узнать сколько будет потреблять 200 Вт мотор. Разве, что энкодер в румпеле, то это да - очень удобно... Детальную статистику, зависимость потребляемого тока от скорости движения лодки и скорости ветра(течения) выложу в конце сезона, если получится. А сейчас могу сказать, что для дорожки под воблерами в тихую погоду достаточно 1,8...2,6 А. Можна и быстрее двигаться, но игра уже будет не та - сокращается количество поклевок.
При сильном встречном ветре (на веслах это уже на грани экстрима - волны моют спину), теже условия, это где-то 4,5 ... 5А, плюс еще комфортно - нос поднят и в лодке сухо. Средний ток потребляемый от батареи за рыбалку, в зависимости от погодных условий - 2,5...5 А. Максимальное время работы мотора за рыбалку было чуть больше 3-х часов. В самую ветренную погоду, за рыбалку, удалось разрядить аккумулятор под нагрузкой до 12,2 В.
В принципе цель достигнута - потребление тока вполне приемлимое, ну плюс получил остальные выгоды от электромотора, несзвязанные с этой доработкой.

ЗЫ. Да, забыл сказать - интереса коммерческого в этой теме у меня никакого нет, поскольку вещь материализована, а иначе была бы просто одной из пыльных идей ... у меня по крайней мере так.

---------- Добавлено в 14:21 ---------- Предыдущее сообщение было написано в 14:02 ----------


Идея хорошая, только по моему, удобства будут проявлятся в лодках где есть много свободного места, на мощных электромоторах или бензиновых с электростартером. А на надувной лодке, даже на 2,70 мне например одному тесновато, румпель под рукой или локтем. Да и при нормальной погоде особо курс корректировать не приходится - руки в основном держат спининг.

вставлю 5 копеек по акумам-существуют такие фосфатные акумы,их пользуют авиамоделисты-габариты не в пример меньше стартовых и тяговых,особенность в том ,что заряжаются полностью за 15 минут,по габаритам как банка пива(одна банка акума при емкости 40-50 а\ч)но стоимисть одной банки от 10 уе.если ,конечно,не ошибаюсь.сам не пользовал,вычитал на таврия-форуме,там стаили вместо стартерного...

[Mazaj2004]

Полагаю, что главный плюс ШИМ - в отсутствии силовых контактных групп в схеме управления, т.к. чем
мощнее девайс, тем больше ток потребления. Экономия энергии не столь значительная, так как происхо-
дит перенос энергии потерь из резисторов на двигатель постоянного тока, нагрев которого по понятным
причинам не происходит. При возбуждении индуктора (сердечника двигателя) импульсами тока возникает
"букет" гармоник, одна из которых превращает двигатель в магнитострикционный излучатель, пугающий
рыбу. Потери на вихревые токи, гистерезис и защита от обратного выброса напряжения на индуктивности
могут быть соизмеримы с потерями на резисторах в обычных схемах.
Ложное впечатление об экономии создает возможность движения на более низких скоростях, чем те,
что обеспечивают схемы с контактными переключателями, особенно на тихой воде и на надувной лодке,
вес которой до 250 кг ( двигатель предназначен на вес лодки от750 кг и выше). Один человек в лодке и
снаряжение - это максимум 120...150 кг.
Несомненно к положительным моментам надо отнести резко возросшую надежность устройства управле-
ния, так как нет износа контактов, а также возможность получать самую оптимальную скорость.
Тут можно сказать так:
Если вы пользуете электромотор для тихих но динамичных прогулок на надувной лодке, то лучше для
этого, например MINN KOTA ENDURA 30, а если троллить, то Arrow 500, у которой "прямая передача"
вполне подходит для этого, а пониженная или задняя будут использованы реже, например при швартовке.

[Michael]

Допис від Mazaj2004

При возбуждении индуктора (сердечника двигателя) импульсами тока возникает "букет" гармоник, одна из которых превращает двигатель в магнитострикционный излучатель, пугающий рыбу.

Честно говоря не заметил. По щуке, при ловле на дорожке могу сравнивать только с веслами. Глубины на которых ловлю 1,5 ... 6 м. С мотором уловы больше: 1) за счет больше пройденного растояния; 2) Регулируется скорость 3) Приманке дополнительно придается игра.
Использовал мотор в качестве якоря (0,6 ... 1 А потребляемого тока) ловил щуку, окуня на джиг. Поклевки были возле лодки.
К котлам окуневым подходил очень близко - с веслами похуже неаккуратное движение, всплеск и все затихло.
Сома ловил на квок... Поклевки были в 2 метрах от поверхности воды на работающем моторе. Может сплавом ловить и лучше, но не всегда свал идет так как нам нужно - по течению или ветру - отсюда и поклевок в движении, по количеству, было больше.
В отвес судака ловил, почти в отвес, поскольку даже на самой минимальной скорости шнур отклоняется от вертикали, но там глубина от 9 м и сравнивать несчем.

Допис від Mazaj2004

Потери на вихревые токи, гистерезис и защита от обратного выброса напряжения на индуктивности могут быть соизмеримы с потерями на резисторах в обычных схемах.

В данном моторе энергия противо ЭДС незначительна - на токе около 5А (большую нагрузку не делал) радиатор диода имеет комнатную температуру. Поэтому, мостовую схему и идеи регенерации дальше и не развивал.
С потерями на резисторах, никакие потери в двигателе при переходе управление ШИМ не могут быть соизмеримы в принципе, иначе сама идея изначально не имела бы смысла. Значительная экономия энергии - это основная идея данной затеи. Есть информация по этому вопросу и в этой теме, да и интернете хватает.

За весь сезон, а наматывал я по и 20 км, разрядить аккумулятор 75 А/ч меньше чем, 12.1В под нагрузкой неудавалось (у меня был средний ток за рыбалку 2...3 А.)!
Считаю, что аккумулятора в 30 А/ч для одной рыбалки вполне достаточно. Такой аккумулятор весит около 10 кг против 32 кг (100 а/ч min) за аккумулятор на том же моторе, который советует небезосновательно производитель. Кстати, в прайсах Merkury на столичном, остались моторы только с электронным управлением. Линейное управление большими токами - это позавчерашний день.

[izbitz]

Допис від izbitz

вставлю 5 копеек по акумам-существуют такие фосфатные акумы,их пользуют авиамоделисты-габариты не в пример меньше стартовых и тяговых,особенность в том ,что заряжаются полностью за 15 минут,по габаритам как банка пива(одна банка акума при емкости 40-50 а\ч)но стоимисть одной банки от 10 уе.если ,конечно,не ошибаюсь.сам не пользовал,вычитал на таврия-форуме,там стаили вместо стартерного...

[[Ссылки только членам профсоюза. ]

[Mazaj2004]

Насчёт экономии я вынужден ещё раз усомниться, так как двигатель
постоянного тока имеет характеристики, не терпящие переходных процессов
(будучи ведущим конструктором так лет 15 назад сам проектировал оные).
Резистор, гасящий мощность в обычной пяти скоростной схеме, которая
взята Вами в переделку, если заменить его под ток 2...4 А даст соответствующий результат. Здесь уместно вспомнить об квадратичной зависимость мощности от тока.
Главная задача, которую решили разработчики ШИМ не в том, чтобы экономить энергию, а обеспечить нормальные (без потерь на контактах и
их быстрое разрушение) условия коммутации огромных токов. Даже в случае коммутации тока 60...70 А на серебряных контактах произойдёт
разбрызгивание расплава и перегрев переключателя.
Теперь о "музыке":
В интернете на форумах я неоднократно читал об жужжащих электромоторах (с плавной регулировкой скорости). Полагаю, здесь присутствует конструктивная особенность двигателя, так как магнитострикционная составляющая не обязательно слышна ухом.
Рыба слышит ультразвук рецепторами по средней линии в результате
отражения ультразвука от воздушного пузыря. Причем слышит уже не
ультразвук, а звук с частотой следования импульсов. Происходит образование пучностей волны давления на расстоянии четверти длины
волны от поверхности пузыря. Источник звуковой волны давления
возникает в результате биений гармоник в падающей и отраженной
ультразвуковой волнах. Звуковая волна несет для рыбы информацию о
месте источника и если он ей неприятен, то и реакция будет соответствующая.
Ну а теперь о том, что-же делать.
Надо разработать высоко экономичный преобразователь (20...60кГц)
мощностью 400...600 Вт, нагруженный на малогабаритный но мощный
трансформатор, вторичная обмотка которого имеет шесть выводов.
Выпрямленный ток слегка отфильтровать и выход фильтра подключать
на двигатель. Коммутацию обмоток осуществлять штатным румпельным
переключателем, но немного его доработав.
Надо обеспечить обесточивание общего провода вторичных обмоток
(а это по-сути одна обмотка с отводами) в момент, предшествующий
началу переключения, например движением румпеля вперёд на 2...4 мм
на кулачковом устройстве в виде примитивной шестерни и ролика-фиксатора. Такое условие необходимо выполнить для предотвращения
искрообразования. Остаётся решить задачу как обесточивать общий
провод по переменному току. Я бы отключал преобразователь через
блок управления задающего генератора преобразователя.
Подача скоммутированного тока через замкнутые контакты существенно
повысить их наработку на отказ.
Спасибо Вам , что не оставили мою предыдущую заметку без внимания.

[Mazaj2004]

Вот тут нашёл подходящую схему преобразователя: [[Ссылки только членам профсоюза. ]
На днях дёшево купил Voyager 30 LBS и через недельку дам инфо по результатам доработки.

[Vladd]

Просьба к Michael.
Можно пару слов о способах управления Вашим силовым блоком (на Ваш взгяд, как это еще можно организовать). Понимаю, что микроконтроллер это удобно, но нужно этим владеть (писать код, прошивать и т.п.).

[Michael]

Входные параметры вот этой схемы -
http://www.fishing.kiev.ua/vb3/attac...0&d=1285313257

Частота: 20...30 кГц.
Скважность: 5...90%
Сигнал PWM: слаботочный выход микроконтроллера. Микроконтроллер запитан 5 В.

Без микроконтроллера, я бы делел генератор ШИМ на таймере LM555. Его цена меньше 2 грн. Один из примеров здесь - [[Ссылки только членам профсоюза. ].
На операционниках еще вариант - генератор треугольх импульсов, резистивный делитель задающий скважность и компаратор.

Хотя, может есть и более простые решения. Идеально - это маломощная микросхема SO8(DIP8). 5В питание. Резистор + конденсатор для задания частоты. Вход регулировки скважности резистивным делителем - напряжение постоянного тока, например 0...5 В - 0...100%. ШИМ выход.

[Vladd]

Спасибо, еще вопросик. Как осуществляется реверс?

[Michael]

Реверс выполняет родной переключатель скоростей. На схеме цепи Motor+ u Motor- идут на переключатель.

[Vladd]

Спасибо большое. Теперь все понял.

[Mazaj2004]

ШИМ и альтернатива. Смотрим здесь: [[Ссылки только членам профсоюза. ]

---------- Добавлено в 12:04 ---------- Предыдущее сообщение было написано Вчера в 16:51 ----------

Да, чуть не забыл. Лодочный электромотор, в который установлен мой преобразователь может питаться
от солнечной батареи без применения буферного АКБ, так как его ток потребления на рабочих скоростях
меньше тока короткого замыкания солнечной батареи (свойство солнечной батареи). Нам вполне подойдёт
туристическая солнечная система "SHS - 20", тем более что она комплектуется буферным АКБ на 12 ач.
Также вполне сознательно я отказался от штатного переключателя скоростей и реверса, так как в случае
попадания в него воды при нештатной ситуации, электромотор надо ремонтировать только в сервисном
центре, а в нашем случае можно просто посушить на солнышке.
Мотор с ШИМ-регулированием от солнечной батареи работать не будет.
В целом вынужден отметить, что ШИМ - это очередной тупик, в который нас пытаются завести
разработчики лодочных электромоторов в погоне за сверхприбылью.

[Mazaj2004]

Обнаружено ещё одно положительное свойство преобразователя, установленного в электромотор.
В отличие от схем с линейным регулированием, у которых с увеличением нагрузки на винт баланс
мощности смещается в сторону нагрузочных резисторов, существенно снижая и без того низкий
КПД, в доработанном варианте такого произойти не может. Здесь как бы соблюдается принцып
паровозной тяги, поскольку обороты не падают за счёт дополнительного отбора тока.
Полагаю, что это положительное свойство не последнее.

[dvf47]

[QUOTE=Michael;352172]Часть 2 . Конструкция мотора
=======================

3. Установлен символьный ЖКИ индикатор. На индикаторе в режиме движения (ON) отображается:
- Относительная скорость движения лодки в % (она же duty cycle (скважность) или же процент напряжения батареи подаваемое на обмотки мотора ).
- Напряжение батареи.
- Мгновенный ток потребляемый мотором.
- Время работы мотора в формате чч:мм.
В режиме остановки (OFF) на индикаторе отображается:
- Относительная скорость движения лодки в %;
- Напряжение батареи.
- Среднее значение тока.
- Время которое проработал мотор в формате чч:мм:сс.
Время работы мотора обнуляется после снятия клеммы аккумулятора. Скорость регулируется в обоих режимах.
Еще, на индикаторе отображаются аварийные сообщения, типа перегрузка по току, программно установил 20 А. Если мгновенный ток потребляемый двигателем превысит это значение, схема управления автоматически отключит мотор.
================================================== ===
Посмотрел Ваше творчество. Красиво смотрится!!!

С напряжением батареи и средним током всё ясно.
Не могли бы Вы разъяснить:
1 -Что имеется в виду под параметрами???
-относительная скорость движения лодки в %(в режиме движения)
-относительная скорость движения лодки в %(в режиме остановки)
-процент напряжения батареи
-мгновенный ток потребления…
2 -Как Вы измеряете (вычисляете) эти параметры ???
3 -Зачем нужны эти параметры,если одни нельзя вообще замерить ,а
от других нет никакой полезной информации????....в том числе и от
времени работы мотора...
4 -Отключение мотора при перегрузке-полезная функция…но почему
20А???

[Michael]

Отвечаю на Ваши вопросы по порядку:

Допис від dvf47

1 -Что имеется в виду под параметрами???
-относительная скорость движения лодки в %(в режиме движения)
-относительная скорость движения лодки в %(в режиме остановки)
-процент напряжения батареи

относительная скорость движения лодки в % или же % напряжения батареи которое подается на обмотки двигателя - это скважность D в формуле из поста №1
Um = D*Ub.
Так ведь оно по сути так и есть. Увеличиваем скважность - увеличивается напряжение на обмотках и как следствие скорость. Или другими словами, если смотреть на формулу, коэффициент D показывает, какая часть напряжения батареи передается на обмотки мотора.
Скважность изменяется энкодером в режиме движения и останова, только в первом случае мотор сразу отрабатывает эти изменения, а во втором только после включения.

В данном моторе измеряется только напряжение батареи и потребляемый ток по цепи батареи питания.

-мгновенный ток потребления
Этот параметр измеряется как напряжение предоставляемое датчиком тока. Измерительная часть 10-ти разрядный АЦП Atmega32 + внешний ИОН - ADR435. Тактовая частота - 11,0592 MГц. Приоритет - измерение тока.
Значение мгновенного тока потребляемого двигателем обновляются каждую секунду (значение берется из спец. буфера усреднение). Параметр, считаю, важный, поскольку отображает текущий расход энергии.
В режиме движения отображается мгновенный ток.
Средний ток расчитывается следующим образом - каждую секунду идет выборка мгновенного тока, складывается с предыдущей, а полученная сумма делится на время работы двигателя.
В режиме останова отображается средний ток.

Допис від dvf47

-Зачем нужны эти параметры,если одни нельзя вообще замерить ,а от других нет никакой полезной информации????....в том числе и от времени работы мотора...

Чтобы не повторятся - частично ответ выше. Относительно времени работы мотора.
Это время обнуляется при отключении от батареи. Приехали на водоем подключили аккумулятор и себе ловим ... В конце рыбалки, посмотрели на индикатор - средний ток за рыбалку был 3 А при этом напряжение на аккумуляторе уменьшилось с 12,8В до 12,5 В за время 4 часа 25 минут, например.
Мне так показалось, что без времени работы мотора информация будет неполная, тем более это ничего не стоило.

По 20 А перегрузке... Ну так установил программно, можно больше меньше. Просто, необходимости грузить мотор больше 10...12 А невижу - потребление растет быстрее чем скорость.

[dvf47]

Скорость лодки можно определить только навигатором!!!
По току ничего определить нельзя…слишком много нужно учитывать посторонних воздействующих факторов: силу и направление ветра,парусность лодки,течение и т.д
Величина среднего тока может быть одинаковой и при разных скважностях(т.к.в начале и конце разрядки аккумулятора напряжение будет отличаться на несколько вольт…..)
В данном(Вашем) моторе измеряется только напряжение батареи и потребляемый ток по цепи батареи питания.
Эти две величины можно измерить простейшим вольтметром с
растянутой шкалой на пяти резисторах и стабилитроне
http://www.motoizh.ru/modules.php?name=News&file=article&sid=178
А если взять микроамперметр со шкалой=100мкА и выставить (100мкА-при полностью заряженном аккмуляторе,а «0»-при 10,5В ) то получится простейший индикатор разряда аккумулятора в %%
Этот приборчик есть на ВИДЕО c переделанной мной MinnKotой
[[Ссылки только членам профсоюза. ]

В своей разработке,Вы почти подошли к самому нужному приборчику:
ВольтАмперВаттметр постійного струму з лічильником Ампер/годин
[[Ссылки только членам профсоюза. ]
Успехов...

[Michael]

Допис від dvf47

Скорость лодки можно определить только навигатором!!![/SIZE]
По току ничего определить нельзя…слишком много нужно учитывать посторонних воздействующих факторов: силу и направление ветра,парусность лодки,течение и т.д

Так я нигде и не писал, что в этом моторе измеряется скорость. Скорость движения лодки измерялась GPS навигатором и ей в соответствие ставился мгновенный потребляемый ток считываемый с индикатора мотора.
А тот параметр, в процентах, в левом верхнем углу индикатора, который назван относительная скорость, скважность, и т.п - управляющий и никак не измеряемый - функционально сравним с регулятором громкости в магнитоле.

[dvf47]

[QUOTE=Michael;455689]Так я нигде и не писал, что в этом моторе измеряется скорость. Скорость движения лодки измерялась GPS навигатором и ей в соответствие ставился мгновенный потребляемый ток считываемый с индикатора мотора.
------------------------------------------------------------------
Какое может быть соответствие между скоростью и и мгновенымпотребляемым током(такого понятия вообще не существует в импульсной технике)
В общем случае импульсы характеризуются двумя основными параметрами — амплитудой (размахом) и длительностью (обозначается τ или tи).
При любой скорости эл.мотора ,амплитуда тока будет одинаковой,а только среднее значение меняться в зависимостии от скважности...

---------- Добавлено в 21:45 ---------- Предыдущее сообщение было написано в 21:37 ----------

Допис від Michael

А тот параметр, в процентах, в левом верхнем углу индикатора, который назван относительная скорость, скважность, и т.п - управляющий и никак не измеряемый - функционально сравним с регулятором громкости в магнитоле.

-----------------------------------------------------------------
Относительная скорость-это относительно чего????....и если этот параметр-управляющий и никак не измеряемый...---то зачем он вообще...

С таким же успехом,можно вывести на индикатор(табло) Ваш пульс или кровяное давление....

[Michael]

Допис від dvf47

При любой скорости эл.мотора ,амплитуда тока будет одинаковой,а только среднее значение меняться в зависимостии от скважности...

Датчик тока (см. схему, даташит) выдает постоянное напряжение пропорциональное среднему значению тока протекающему через нагрузку. Оцифровывая это напряжение с определенной частотой, математически преобразовывая его в абсолютное значение тока, дополнительно программно усредняя в специальном буфере, а затем извлекая его с этого буфера с частотой 1 раз в секунду - я назвал мгновенный потребляемый ток. Мотор крутится, взглянул на индикатор и сосчитал показания мгновенного тока.

Еще раз повторю: датчик тока выдает усредненное значение тока протекающего через нагрузку.
Теперь, что я понимаю под средним током - это средний ток потребляемый мотором за все время рыбалки. Как он определяется см. выше.

Импульсный ток я не измеряю!!! Мне он не интересен, да и получить его проблематично.

Допис від dvf47

Относительная скорость-это относительно чего????....и если этот параметр-управляющий и никак не измеряемый...---то зачем он вообще... [/FONT][/COLOR]

С таким же успехом,можно вывести на индикатор(табло) Ваш пульс или кровяное давление....

Теперь еще раз о баранах и апельсинах , но с другой стороны...
Вот взять магнитолу, вращаем регулятор громкости на какое-то время видим на индикаторе цифры, от нуля до определенного значения ( MAX).
0 - нет звука
MAX - максимальная громкость.
Громкость можно регулировать когда песня звучит или когда остановлена.

Аналогично и в моторе - почти такой же крутилкой задаю цифры в процентах. Пускай на этот раз смысл их будет в следующем:
0 - мотор не едет.
100 - едет настолько быстро насколько может.
Но в отличии от магнитолы держу их в левом верхнем углу постоянно.