Piccola coppia a bassa velocità

[Carlo Levantino]

Salve ho realizzato una bobinatrice cnc per avvolgere trasformatori. Uno dei due motori utilizzato si è rivelato non adatto perché a basse velocità ha poca coppia. E' controllato tramite driver e arduino. Dalle specifiche so che è a spazzole 70W 24 volt dc 3000 rpm. A me serve farlo lavorare da 150 a 300 rpm circa. Con il controllo tramite arduino riesco a porlarlo a quelle velocità ma quando incomincia a tirare il filo per fare l'avvolgimento gli rpm si abbassano per la coppia di carico. Ho pensato che per diminuire la velocità si diminuisce la tensione e quindi anche la corrente e quindi anche la coppia. Se fosse un motore dc ad eccitazione separata basterebbe più corrente per aumentare la coppia. Per ovviare a questo problema ho pensato pure ad un riduttore di giri ma in commercio sembra più facile cambiare completamente motore. Ho pensato che se il motore ha tanta coppia a basse velocità non c'è bisogno di un anello chiuso per il controllo della velocità. Vorrei qualche consiglio dagli esperti, purtroppo all'università si fa più teoria che altro... grazie

[ken]

ti serve un riduttore. potrebbero bastare anche due pulegge e una cinghia.

 

[Carlo Levantino]

ok grazie, se non ho trovo qualcosa da adattare mi sa che cambio motore con uno che ha già il riduttore. Avevo pensato pure ad un inverter toshiba vettoriale con un motore asincrono "piccoletto" che sicuramente sarà sovradimensionato per il carico in questione ma almeno non dovrebbe avvertire differenza di rpm con e senza coppia di carico... Questa è una cosa fondamentale per far funzionare la macchina bene. Che ne pensi? Già con il riduttore potrebbe andar bene?

[ken]

Bisogna vedere di che coppia hai bisogno e fare quattro calcoli. 

l'esperto di avvolgimenti è livio e trovi un suo tutorial nel forum. prova a cercarlo e a dargli una guardata.

 

[Carlo Levantino]

Ho letto qualche altra discussione con parola chiave "bobinatrice", in effetti è stata già fatta da tanti questa macchina e le soluzioni adottate sono sia un motore ac con inverter o potenziometro o dc... Per la guida filo mi sono trovato bene con il passo passo. Mi sa che proverò partendo dalla soluzione più economica. Se qualcuno ha bisogno di informazioni su come ho realizzato la parte meccanica sono a disposizione.

[rguaresc]

Dici che hai usato arduino, ma la parte strategica per mantenere la coppia e' il riduttore di tensione se lo hai fatto a triac e' normale che la coppia crolli, 

Se invece e' ad SCR si riesce a mantenere una coppia alta Esempi_SCR

 

[Livio Orsini]

Quote

Dalle specifiche so che è a spazzole 70W 24 volt dc 3000 rpm.

 

Per prima cosa cosa hai usato come regolatore? Un ponte ad "H" con mosfet, altro?

Descrivi completamente il drive.

Poi verifica dalle specifiche se questo motore ha una velocità minima. E' a magneti permanenti?

Da ultimo ma non ultimo: hai usato il PWM standard di arduino?

[SandroCalligaro]

Oltre alle domande di Livio, ti chiedo se fai una regolazione di corrente o se solamente riduci il duty-cycle, per ridurre la velocità.

[Carlo Levantino]

I sistema è così composto: alimentatore 24 dc alimenta il drive del motore. Il drive è una pololu dual vnh5019
qui il datasheet: https://www.pololu.com/file/download/vnh5019.pdf?file_id=0J504

https://www.pololu.com/docs/pdf/0J49/dual_vnh5019_motor_driver_shield.pdf

è un ponte ad H con mosfet.

Il motore: http://www.dtc.no/files/Produktkataloger andre/Datablad PM-motor EC050.pdf ha come sigla ec.050.240 magneti permanenti.

Il pwm usato è quello di arduino, ho sfruttato le librerie del drive e come da guida c'è preimpostato il pin 9 ed ho usato quello. Per ridurre la velocità da libreria c'è un comando che si chiama md.setM1Speed() e dentro le parentesi metti il valore che vuoi.

[Livio Orsini]

Il motore sembra di buon qualità. Come tutti i magneti permanenti dovrebbere permettere di erogare il massimo della coppia a bassa velocità.

Se perde coppia a bassa velcità è un problema di pilotaggio.

E' un classico problema di PWM con frequenza troppo bassa. Se ne era già discusso. Dovresti provare ad usare il PWM legato al timer 1 o timer2 e portarlo alla massima frequenza che, cito a memoria, è dell'ordine dei 3 kHz; con quei valori dovresti avere un miglioramento nell'eorgazione di coppia a bassa velcità.

un rapporto di velocità 1:20 è normalissimo per un simile motore, anzi dovrebbe anche essere maggiore si dovrebbe arrivare ad 1:100 come minimo.

Il problema è il pilotaggio.

 

Probabilmente se usavi uno stepper avevi meno problemi lavorando con arduino.

[Carlo Levantino]

Si ha ragione, ho cambiato la frequenza da 490 hz a 31372 hz e le cose sono cambiate tantissimo, inoltre il motore prima emetteva un fischio che adesso non c'è più. Faccio una prova per vedere se comunque la coppia a disposizione è sufficiente, grazie ancora

[odx]

Era la scelta migliore

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Probabilmente se usavi uno stepper avevi meno problemi lavorando con arduino.

 

[Livio Orsini]

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31372 hz

 

Qui rischi di andare nel senso opposto! Non si dovrebbe eccedere i 10 kHz, andare oltre si rischia di avere un mare di guai, soprattutto a lungo termine.

[Carlo Levantino]

ok l'ho impostato a 3921.16 Hz. Che tipo di guai? è tornato il "fischio". Ho fatto un po di prove. Prima ho misurato gli rpm a vuoto poi mentre si tirava il filo e c'è una differenza del 5% circa, in base a questo errore ho regolato la velocità dello stepper per il guida filo.

Questo è il risultato, i saltelli dove si vede il legno del rocchetto credo siano dovuti perché il rocchetto è irregolare che l'ho fatto in compensato tagliato a mano...

inoltre il cotone l'ho supposto di diametro 0,33 ma non ne sono sicuro, spero che vada meglio quando farò prove con il rame. Sono sempre tentato di usare un motore più potente per non fare sempre la prova a vuoto e a carico su ogni diametro in quanto penso che cambiando bobina di rame e diametro cambiano gli attriti. Se uso un motore con riduttore e più coppia è possibile che questi attriti siano del tutto trascurabili? sono orientato per un 250 Watt dc 24 volt con riduttore a 300 rpm. Non ho trovato curve caratteristiche che è uno di quei motori cinesi per le bici. Non ho usato un altro stepper perché aumentando la velocità decade troppo la coppia. l'avvolgimento in foto è stato fatto a 525 rpm.

[Livio Orsini]

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ok l'ho impostato a 3921.16 Hz. Che tipo di guai? è tornato il "fischio".

 

Da un estremo all'altro.

Aumentando la frequenza diminuisce la rumorosità del motore ma aumentano le perdite nel ferro e nel rame, il motore scalda di più ed in casi estremi si può arrivare alla smagnetizzazione dei campi.

Io ti consiglierei, così a naso, di stare tra i 4kHz e gli 8kHz.

L'aumento della frequenza oltre a diminuire la rumorosità, permette una migliore regolazione della tensione di armatura.

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Prima ho misurato gli rpm a vuoto poi mentre si tirava il filo e c'è una differenza del 5% circa,

 

Se non c'è richiusura dell'anello di velocità è normale. Se la scheda di controllo permette di misurare la corrente potresti mettere una compensazione R*I, ovvero aumenti la tensione di armatura in proporzione del valore di corrente assorbito. Attenzione alle sovracompensazioni perchè potresti aumentare di troppo la velocità.

[Carlo Levantino]

Permette di misurare la corrente ma restituisce sempre un valore costante anche se vario la velocità e se vario la coppia resistente. Ho riletto bene i datasheet del drive e i collegamenti dei pin sono esatti. Probabilmente come mi avete consigliato era meglio se prendevo un altro stepper e magari con il drive che permette il controllo ad anello chiuso della velocità. Se avete altri consigli/soluzioni vi ascolto, grazie.

La coppia massima del motore installato è 0,22 Nm e con la coppia resistente da prova perde il 5% di velocità. Se installo un motore con coppia 0,77 Nm con riduttore 1:10 che la porta a circa 7 Nm teoricamente quel 5% di velocità persa si dovrebbe ridurre di molto. Nella pratica è così?

[Livio Orsini]

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Permette di misurare la corrente ma restituisce sempre un valore costante anche se vario la velocità e se vario la coppia resistente.

 

No questo non è corretto; controlla se ci sono switches o jumpers da posizionare.

 

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Nella pratica è così?

 

No, ne nella pratica ne nella teoria.

 

Il maggior responsabile della perdita di velocità è la cdt interna al motore. La cdt è massimamente dovuta al prodotto R*I, dove R è la resistenza totale che è in serie all'avvolgimento di armatura.

Ciarisco con un esempio.

R totale = 0.5 ohm, corrente a pieno carico 2A, cdt 10V===> tensione effettiva sull'avvolgimento V_A = Vbatt - 1V. Se consideriamo una costante di armatura pari a 125rpm*1V (3000rpm @24V) la perdita di velocità sarà pari a 125rpm che sono circa il 4.16%

Questo è un esempio ma i valori sono abbastanza reali.

Per ovviare a questa perdita di velocità in loop aperto o in loop di tensione di armatura, si usa inserire una controreazione detta di compensazione di R*I, in altri termini si compensa la perdita di velocità dovuta alla cdt aumentanto la tensione di batteria in modo proporzionale alla corrente.

 

PS

Leggendo il datasheet della scheda ho notato che:

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Current sense output.

The pin voltage is roughly 140 mV per amp of output current when the CS_DIS pin is low or disconnected. The current sense reading is more accurate at higher currents. (Note that while the CS voltage can potentially exceed 3.3 V at high currents, the current sense circuit should be safe for use with many 3.3V analog inputs.........

 

 

Hai configurato correttamente il CS_DIS?

[Carlo Levantino]

Non ho capito come posso configurarlo... ho letto che non lavora bene sotto il 5khz così ho cambiato pin pwm e adesso lavora circa a 8khz, ma continua a non dare una misura esatta...

[Livio Orsini]

Se le specifiche del drive prescrivono una frequenza di commutazione <=5kHz, devi rispettare il dato.

 

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Non ho capito come posso configurarlo.

 

così:
 

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when the CS_DIS pin is low or disconnected.

 

 

metti a zero volt questo ingresso.

Poi se hai un oscilloscopio controlla cosa esce dal terminale dedicato alla misura di corrente.