Snímanie otáčok elektromotorov

Nie, nejedná sa vyložene o meranie otáčok elektromotorov, ale o ich snímanie za účelom ich ďalšieho spracovania.

Spracovaním je možné rozumieť ich hodnotové (číselné) vyjadrenie - tu sa už jedná naozaj o meranie, alebo sa zosnímané otáčky môžu prenášať na diaľku telemetriou (diaľkové meranie) alebo sa môžu spracovávať iným spôsobom, napr. za účelom ich stabilizácie v tzv. governor móde, alebo synchronizácie niekoľkých motorov vo viacmotorových modeloch.

autor: Janko O.

  

Je teda zrejmé, že skôr, ako budeme s hodnotou o počte otáčok motora čokoľvek robiť, je potrebné túto hodnotu nejakým spôsobom "získať".

Pod pojmom "otáčky" máme v tomto prípade na mysli frekvenciu otáčania rotora elektromotora, teda koľko otáčok vykoná za jednotku času, najčastejšie za minútu.

Snímanie otáčok jednosmerných (brushed) motorov nie je možné bez ďalších prídavných zariadení, ale snímanie otáčok striedavých (brushless)  motorov je mimoriadne jednoduché. Situáciu nám uľahčuje aj skutočnosť, že práve tieto motory "ovládli modelárske nebo", hlavne vďaka svojim výkonovým parametrom a tiež životnosti, ktorými výrazne predčili jedmosmerné motory.

Pri snímaní otáčok je podstatné to, že regulátor pre striedavé motory premieňa jednosmerné napätie batérie na tri striedavé napätia so vzájomným fázovým posuvom 120 stupňov (aj trojfázové rozvody v domoch alebo v priemysle majú rovnaké fázové pomery), ktoré sú privádzané do trojice cievok motora, ktoré môžu byť zapojené do "hviezdy" alebo do "trojuholníka" (v modelárskych podmienkach väčšinou do trojuholníka).

Zmena otáčok striedavého motora sa realizuje zmenou frekvencie  privádzaného trojfázového prúdu. V priemyselnej praxi majú trojfázové motory buď nemeniteľné otáčky dané frekvenciou elektrorozvodnej siete 50 Hz, alebo pri požiadavke na zmenu otáčok sa používajú tzv. frekvenčné meniče.

V modelárskej praxi samozrejme zmenu otáčok pohonného motora nutne potrebujeme a preto zmenu frekvencie trojfázového prúdu vykonáva regulátor.

Aby (hlavne)  pri nízkych otáčkach neboli cievky motora prúdovo preťažené a aby bol zachovaný "hladký" chod motora, je potrebný kvazi-sínusový (alebo kvazi-trapezoidný) priebeh prúdu cievkami vytvoriť "rozsekaním" jednosmerného prúdu pomocou  PWM (Pulse Width Modulation). Prechod takéhoto zložitého priebehu prúdu cievkami motora vytvára strednú hodnotu elektrického prúdu, ktorej tvar je približne sínusový.

Mohli by sme zosnímať priebeh prúdu niektorej z cievok motora, ale oveľa jednoduchšie je pomocou jednoduchého RC (v tomto prípade nie Radio Control, ale Resistor - Capacitor)  článku "vyrobiť" strednú hodnotu zo zložitého PWM priebehu. A ako sme už spomínali, stredná hodnota má sínusový priebeh, ktorého frekvencia je úmerná otáčkam motora.

Modelárske motory poznáme "inrunery" a "outrunery". Z pohľadu snímania, alebo presnejšie povedané, z pohľadu merania otáčok je to rozdiel podstatný. Väčšina inrunerov má v podstate len jeden magnet s dvomi pólmi (S a J), ale outrunery majú magnetov niekoľko a preto aj pólov S a J je viac.

Zhrnieme to a skrátime: merať otáčky inrunerov je oveľa jednoduchšie, pretože jedna perióda privedeného elektrického prúdu do cievky, znamená jednu otáčku motora (o 360 stupňov). Potom stačí zmerať frekvenciu tohoto prúdu a hneď máme otáčky motora za sekundu. Ale keďže sme zvyknutí vyjadrovať otáčky motorov v otáčkach za minútu, vynásobíme zmeranú frekvenciu šesťdesiatimi (1 minúta = 60 sekúnd).

Pri outruneroch je počet magnetov párny a sú dvojaké: polovica magnetov má S pól vonkajší a J pól vnútorný, druhá polovica magnetov je "opačná".

Umiestnené sú na striedačku, takže napríklad motor so 6-timi magnetmi má len tri póly S a tri póly J. Takže pre potreby merania otáčok outrunerov je nutné zmeranú frekvenciu vydeliť tou správnou konštantou (v tomto prípade 3), pretože počet magnetov v outruneroch býva rôzny (ale vždy párny).

RC-článok môžeme pripojiť na ľubovoľný vývod striedavého motora. Pre účely ďalšieho digitálneho spracovania takto získaného sínusového signálu, je niekedy potrebné ho ešte zosilniť a vytvarovať do pravouhlého priebehu. To sa dá dosiahnuť pomocou jednoduchého obvodu uvedeného na obrázku.

Niekedy (pri náhlych "skokoch" nameranej hodnoty otáčok) je nutné zvýšiť hodnotu kondenzátora C2 na 100nF, alebo aj viac (150nF).

Veľmi dobrý obvod (možno aj lepší ako ten náš) na vytvarovanie signálu z jednej fázy motoru ponúka aj náš český modelársky kolega a kamarát Jyrry: v článku Jyrry a jeho výtvory – 3. časť

Takto upravený signál je ľahko spracovateľný mikrokontrolérom, ktorý zmeria jeho kmitočet (frekvenciu)  a urobí potrebné matematické výpočty za účelom zobrazenia otáčok daného elektromotora.

Alebo prostredníctvom iného mikrokontroléra bude stabilizovať otáčky motora (napr. modelu vrtulníka), čím získame tzv. Governor mód, alebo pomocou iného obvodu budeme synchronizovať otáčky viacerých pohonných elektromotorov vo viacmotorovom modeli. 

 

Súvisiace články:

Elektroinštalácia viacmotorových modelov - 1.časť

Vyvažovanie elektrických dúchadiel - 1.časť

Vyvažovanie elektrických dúchadiel - 2.časť

Vyvažovanie elektrických dúchadiel - 3.časť

Vyvažovanie elektrických dúchadiel - 4.časť


<Staršie | tento článok | Novšie>

Napísané: 14. 3. 2017, 10:10 | Prečítané: 15406x | Kategórie: Elektronika | Napísal: admin |
Komentáre: 8
.:. Soaron
Ahoj,
pri čítaní tohoto článku, ma hneď napadla otázka presnosti tohoto typu merania otáčok. Keď že motory sú asynchrónne, tak to znamená, že rotujúca časť má určitý skĺz oproti magnetickému poľu. Napríklad ak zastavím rotor a pustím do motora nejaké otáčky, tak podľa frekvencie z regulátora by sa mal motor točiť rýchlosťou X, pritom rotor bude stáť. Nie je to tak?
Odpoveď | 2013-07-13 13:15:00
.:. J.O.
Modelárske motory sú synchrónne.
Prapôvod majú v motoroch z CD mechaník a tam sklz nie je dovolený.
Schválne, urob ten pokus, ktorý popisuješ: rukou nedovol rotoru, aby sa točil a pridaj plyn.
Odpoveď | 2013-07-14 08:25:49
.:. Soaron
Podľa mňa sa mýliš. Možno sa pamätám zle, ale kedysi sme sa v škole učili, že synchrónny motor má budenie aj v rotore. To modelárske motory rozhodne nemajú. Bez tohoto budenia by synchrónny motor nemal žiaden výkon. Už len z logiky vyplýva, že ak by sa bežný, nesynchrónny motor otáčal vo vákuu bez odporu v ložiskách, tak by každý motor bol sychrónny. Akonáhle by si na neho pripojil nejakú záťaž, tak sa zákonite rotor spomalí.
PS: s tým zastavením modelárskeho rotora máš možno pravdu. Ale to len preto lebo tam samozrejme môže elektronika, čo aj robí, obmedziť/odpojiť napájanie motora, ak zistí, že sa neroztočil. Otázka je, ako by si motor správal, ak by si na neho pripojil napájanie z regulátora bez tejto ochrany. Podľa mňa by regulátor posielal do motora plný výkon a rotor by sa netočil. Motor by sa časom prehrial a odpálil. Je mi však jasné, že to ešte neznamená, že je motor asynchrónny. Z tejto skutočnosti len vyvstáva otázka presnosti tohoto typu merania otáčok.
Odpoveď | 2013-07-14 10:28:50
.:. J.O.
U modelárskych motorov budenie v rotore nahrádzajú permanentné magnety.

Definícia synchrónneho motora:
Rotor elektromotora je tvorený magnetom alebo elektromagnetom, stator do ktorého je privádzaný striedavý elektrický prúd vytvára pulzné rotujúce magnetické pole. Rotor sa snaží udržať polohu súhlasiacu s týmto poľom. Magnet umiestnený v rotore sa snaží uchovať si svoju konštantnú polohu voči otáčavému magnetickému poľu vytvorenému prechodom striedavého elektrického prúdu cievkami statora.

Definícia asynchrónneho motora:
Asynchrónny motor má oproti synchrónnemu inú konštrukciu rotora. Rotor sa obvykle skladá zo sady vodivých tyčí, usporiadaných do tvaru valcovej klietky. Tyče sú na koncoch vodivo spojené a rotor sa potom nazýva „kotva nakrátko“. Pri stojacom motore rotujúce magnetické pole statora budí (indukuje) v tyčiach rotora elektrické prúdy, ktoré vytvárajú elektromagnetické pole rotora. Obe magnetické polia potom vzájomnou interakciou vytvárajú elektromotorickú silu. Otáčky rotora vzrastajú. Priblížením otáčok rotora "otáčkam" magnetického poľa statora klesajú indukované prúdy a intenzita nimi vytváraného poľa, klesajú tým i otáčky rotora a zároveň točivý moment motora.
2013-07-14 18:13:57
.:. mior | mail
Soaron píše:
OK.Beriem.
Odpoveď | 2013-07-15 13:21:09 | Príspevok upravený: 2013-07-15 13:23:20
.:. BKSL | mail
Neviem ci sa da BLDC motor zaradit k synchronnym motorom ake pozname bezne ?
Poloha magnetickeho rotora musi byt snimana a na zaklade nej regulator spina jednotlive vinutia s pripadnym fazovym posuvom. Pri BLDC sa nemeni ako regulacny parameter frekvencia spinania regulatora ale mnozstvo napatia na vinuti cez PWM. Frekvencia spinania nie je urcujuci regulacny parameter a vytvara sa "za chodu". Daju sa ale na zaklade merania jej aktualnej hodnoty urcit presne otacky vid.clanok + moje vlastne meranie ;-) .

V synchronnych motoroch je aj iny pomer polov rotora a statora ako v BLDC. U nas sa udomacnil pre BLDC vyraz "striedavy motor" co je ale velmi nestastna volba a vela ludi tieto motory spaja dokopy pricom jedine co maju fakt rovnake su 3 vinutia statora pootocene o 120 stupnov.
Cele je to o tom co povazujeme za "synchronny". Co s cim a ako je synchronizovane ;-) .
Odpoveď | 2013-11-19 22:02:19
.:. J.O.
BKSL píše:
U nas sa udomacnil pre BLDC vyraz "striedavy motor" co je ale velmi nestastna volba a vela ludi tieto motory spaja dokopy pricom jedine co maju fakt rovnake su 3 vinutia statora pootocene o 120 stupnov.
Cele je to o tom co povazujeme za "synchronny". Co s cim a ako je synchronizovane.


Tu si dovolim s tebou dosť (silno) nesúhlasiť.
Vrelo odporúčam prečítať si vlákno "Je BLDC motor opravdu stejnosměrný?" na RC mánii: odkaz
Odpoveď | 2017-03-15 10:15:53
.:. BKSL | mail
Inak musim pochvalit tento web. Clovek tu najde vela praktickych veci k modelarcine hlavne co sa elektroniky tyka. Vyborna praca.
Odpoveď | 2013-11-19 22:07:03
Pridaj komentár
Meno
Web
Mail
Kontrola Zadajte číslo päť
Text

:-)
:-D
:-(
|-/
:-[]
;-)
8-|
8-o
Tučné | Podrazené | Kurzíva  | zdroják | odkaz
  • Pre odoslanie správy môžete aj použiť klávesovoú skratku Alt+S. (Podporujú len niektoré prehliadače)
  • HTML znaky budú prevedené na entity.
  • Vyjadrujte sa tu ako doma, aby sme vedeli ako to u Vás vypadá.
  • Odkazy začínajúce http:// budú automaticky prevedené na odkazy , nepoužívajte však v jednom príspevku viac ako 3 - to robia len spam roboti:-)
správca | ICQ-Vaše ICQ | Podpora miniRS | Styl LazyDays | Sk preklad by beekeeper | Veľkosť databázy: 32326.99 kb