Управление асинхронными электромоторами

[Orion33]

Предпосылка следующая: имеется трехфазный 63х полюсный асинхронный двигатель с массивным ротором (терминология википедии), доставшийся "по наследству" от знакомого радиогубителя, который с сотоварищами в далеком 1980м году пытался повторить тангенциальный виниловый выигрыватель. Поскольку у меня есть второй ямаховский тонарм, давно зреет мысль сделать свой выигрывательный стол. И по сему вопрос: как управлять этим зверем грамотно, чтобы обеспечить хорошую стабильность вращения?

Поскольку дело это было давно, то в нашей стране еще не использовались датчики Холла, потому в качестве датчиков оборотов предполагалось использовать магнитную головку, сенсором для которой является намагниченное кольцо с 600-ми рисками по периметру. Это все накладывает определенные трудности, потому как большинство импортных микросхем рассчитаны на работу двигателей BLCD, которые по сути представляют собой синхронные двигатели с кольцевым ферритовым магнитом на роторе, имеющие в своей конструкции как датчик оборотов, так и датчик позиционирования на холлах.

После изучения (правда, пока не продолжительного) изделий ведущих японских фирм подобные решения я нашел только у небезызвестной фирмы Дынон. Аппарат DP-57L, который через меня проходил, имеет двухфазный асинхронный мотор, который запитывается инвертором. Кстати говоря, благодаря этому аппарат отрабатывает не только уменьшение частоты вращения, но и переразгон, т.к. торможение осуществляется простой инверсией фаз. Аппарат DP-80 построен на трехфазном движке с запиткой от однофазной сети с помощью классического сдвига фаз конденсаторами. Управление же скоростью в обоих случаях осуществляется с помощью ШИМ с частотой, производной от датчика оборотов (магнитной головки) и формируемой специализированными микросхемами, которые сейчас хрен где достанешь. Поскольку частота этой ШИМ с частотой сети не синхронизирована, то получается разброд и шатание, которые могут негативно отражаться как на механических, так и на электромагнитных (попросту говоря - фонить) свойствах аппарата, призванного быть выигрывателем.

Из микросхем для управления двигателями без датчиков мне встретилась только LB11880 фирмы Sanyo, которая использовалась в свое время для управления мотором БВГ в видеомагнитофонах. Но даташит на нее весьма скудный, поэтому я не понял, для какого типа двигателей она разрабатывалась: асинхронных или же просто BLCD без датчиков Холла (хотя усилитель PG в ней присутствует, его входы, согласно тырнету, могут быть заземлены). По увиденным временным диаграммам в даташитах аналогичных микросхем ON Semicon. я пришел к выводу, что эти устройства синхронизируют питающее напряжение двигателя с частотой его вращения. Но даже в вики написано, что для вращения асинхронного двигателя частота напряжения должна быть больше частоты вращения в 2-3 раза, в противном же случае в роторе (особенно массивном) вихревые токи создаваться не будут и никакого вращения не получится.

В общем, в голове пока сумбур... Буду весьма признателен, если кто-то поделится своими знаниями или наработками в этой области.

[Openreel]

имеется трехфазный 63х полюсный асинхронный двигатель с массивным ротором

Магнитофоны Олимп 004, 005, привод тонвала смотреть . Обратная связь замыкается по положению (ФАПЧ) по датчику 600рисок. Управление напряжением, поскольку огромное скольжение у мотора(частота вращения ротора в разы меньше частоты вращения поля), не думаю что имеет смысл заморачиваться с частотным управлением.
Датчик обязательно должен интегрировать все 600 рисок, если он видит только несколько рисок, то ФАПЧ скорей всего противопоказано, замыкать по скорости (АПЧ).

[Orion33]

Openreel, спасибо, земеля
А как эти двигатели отрабатывают переразгон и торможение?

[Orion33]

Вот фотки моего мотора.

[Openreel]

как эти двигатели отрабатывают переразгон и торможение

Переход с высокой скорости на низкую идет довольно долго. Реверс быстрей на порядок.
Но есть интересная фишка, там есть сигнализация разрыва ФАПЧ. И в рабочем ходе чтобы ФАПЧ порвать надо немало усилий приложить, которых у самой механики не бывает.

фотки моего мотора

Сделано на совесть все, кроме датчика положения. Взять микроконтроллер и три усилка, попробовать сделать аналоговый частотник. К движку прилепить энкодер, снять семейство характеристик и думать.
В первую очередь думать про датчик положения, тот что на фото - не годен. А энкодер прицепить сюда будет не просто.

[Orion33]

Микроконтроллер брать не хочется, как-то не доверяю я ему управление сердцем моего выигрывателя))) Хочется по старинке.

Сделано на совесть все

Владелец сказал, что он стоил 4 литра спирта

В первую очередь думать про датчик положения, тот что на фото - не годен.

Почему? Ведь Вы сами сказали, что такой использовался на Олимпах. Думаю, мои предшественники с него и срисовывали. И на всех вертаках, что я встречал, используется нечто подобное: либо змейка на плате, либо выступы на металлическом диске со считывающей головкой, либо полированные риски с оптопарой на отражение.

Тут ведь главное понять, как им управлять. Если просто амплитудой (а хозяин говорил, что планировалось именно так), то для ФАПЧ с преобразователем F/V такого вполне достаточно. Сейчас вполне можно найти на ебее аналог применяемых в Ямахах MSM5819 или тошибовские TC9142 и TC9242, которые вообще с переменным делителем. Как я понял из их описания, там есть два выхода управления: детектор частоты и детектор фазы. Обычно в схемах эти выходы соединяют по монтажному ИЛИ, чтобы исключить невозврат после разрыва ФАПЧ.

А вот если нужно менять частоту питающего напряжения, то я пока не придумал, как это связать...

И что в данном случае есть энкодер?

[Openreel]

Ведь Вы сами сказали, что такой использовался на Олимпах.

На Олимпах настоящий использован, считывает параллельно сразу все метки. Шестеренка внутри шестеренки.

змейка на плате

Это единственное годное из перечисленных.

Про таходатчики для прямопривода тут уже пару раз перетерли в подробностях, повторятся нет смысла.
Вот первая ветка https://forum.vegalab.ru/showthread.php?t=14029

Микроконтроллер брать не хочется, как-то не доверяю я ему управление сердцем

Имел ввиду не управление выигрывателем, а стенд для снятия характеристик мотора. Микроконтроллер тут удобно, но можно и без него.

---------- Сообщение добавлено 12:31 ---------- Предыдущее сообщение было 12:28 ----------

И что в данном случае есть энкодер

Любой адекватный инкрементальный энкодер, в наших краях можно autonics поискать, они сравнительно недорогие даже новые, при этом есть с отверстием.

---------- Сообщение добавлено 12:32 ---------- Предыдущее сообщение было 12:31 ----------

http://www.autonics.ru/products/prod...g=01&mid=01/06

[Orion33]

Это единственное годное из перечисленных.

А какая принципиальная разнице этого от перечисленных?
Зачем так важно знать абсолютное положение вала?

[Openreel]

А какая принципиальная разнице этого от перечисленных?

Интегрирование всех меток, существенно снижает требование к точности отдельных меток. Это не халява, это делает эти метки реализуемыми, равно как и считыватель.

Зачем так важно знать абсолютное положение вала?

Я же ссылку на тему давал, там это "зачем" пережевали во всех мыслимых подробностях.

А тахо на фото реальный неадекват. Его конструктору надо было по голове настучать. Вместо того, чтобы сделать проточку на роторе и забазировать датчик по диаметру, убрав максимально проблему центровки, его забазировали на отверстиях под винт. Мало того, что такое базирование принципиально не точно, так еще и отклонения от круга видно невооруженным глазом.

[Orion33]

Я же ссылку на тему давал, там это "зачем" пережевали во всех мыслимых подробностях.

Я прочитал тему. Кое-что уяснил, но этот момент все равно не понял. Почему нельзя сделать усреднение делением частоты? Почему ведущие японские фирмы на ровне со змейкой успешно применяли магнитные головки и оптику? Кстати, на их схемах присутствует дифференциатор.

Мало того, что такое базирование принципиально не точно, так еще и отклонения от круга видно невооруженным глазом.

Да, эксцентриситет присутствует, но он должен убраться дифференцирующей цепочкой.

Кстати, вопрос темы не как стабилизировать двигатель, а как им управлять. Со стабилизацией будем разбираться отдельно, если возникнут вопросы. Их пока у меня нет.

[Openreel]

Кое-что уяснил, но этот момент все равно не понял. Почему нельзя сделать усреднение делением частоты?

Все можно, вопрос что при этом будет достигнуто?
Если делать фапч, то от точности энкодера в конечном итоге зависит как хорошо будет замкнута ОС по положению. С точки зрения энкодера она может быть хорошо замкнута и его эксцентриситет и будет передан с высокой точностью приводу. Положим диаметр меток энкодера 100мм, сдвиг от центра 0.5мм. Имеем детонацию 1% и оно кому надо ужос такой?

Если считать не соседние метки (таких извратов по работе наделался поуши, там другие задачи были, мгновенная скорость не интересовала) то в не зависимости от математики результат не получим быстрей, чем между первой и заданной меткой. А оно будет всегда медленней, чем соседние метки.

При замыкании ОС не получим стабилизацию мгновенной(или близкой к ней) скорости.

Но это все слова, сначала прицепить нормальный энкодер (для тестов движка) и снять семейство характеристик на стенде.

Да, эксцентриситет присутствует, но он должен убраться дифференцирующей цепочкой.

Это как

[Orion33]

Openreel, давайте говорить по существу. Сейчас нет никаких ФАПЧ, датчиков и контроллеров. Есть кастрюлина, которую надо раскрутить и регулировать (пока не стабилизировать) обороты. Вопрос в старте темы стоял, как это делать и что нужно, чтобы это узнать

Самый волнующий меня вопрос - надо ли менять частоту питающего напряжения или нет.

Вот, например, мне не очень понятно, что кроется под этой фразой:

К движку прилепить энкодер, снять семейство характеристик и думать.

Грубо говоря, что делать нужно?

[Openreel]

Грубо говоря, что делать нужно?

Слепить рулимый источник 3 фазы, прицепить к нему мотор, энкодер, регистратор(который из энкодера будет тайминги в комп пускать).
Снять зависимости мгновенной скорости от напряжения, времени, частоты. Совсем хорошо если есть возможность измерить момент на валу.
К примеру даем Х Вольт У Герц получаем после разгона Z оборотов и график нарастания оборотов от времени.

Можно в личку Eats черкануть, он меня лет 10-15 назад уму-разуму по приводу учил.
Еще море знаний по вопросу привода есть тут
http://publ.lib.ru/ARCHIVES/B/%27%27...ike%27%27.html

[Orion33]

Openreel, спасибо. А в каких пределах и с какой дискретностью стоит Х и У варьировать?
И я правильно понимаю, что данный тип двигателя - асинхронный?

[Openreel]

что данный тип двигателя - асинхронный?

Если частота вращения поля выше частоты вращения ротора - значит асинхронный.
Они есть необычные - с немагнитным(например алюминиевым) ротором и с с магнитным(стальным).
В литературе они отдельно рассматриваются, но я забыл подробности.

Х и У варьировать?

Частота 20-70 Гц примерно. От железа и катушек зависит. Обычный 50 Гц асинхронник начинает терять момент примерно от 80 Гц.
Шага 10 Гц для начала достаточно, по результатам смотреть надо ли где уточнить.

Напряжение - как у транса, мерить форму тока, найти когда в насыщение железо войдет и выше не прыгать.
Шаг - 10% примерно. По семейству графиков смотреть где надо шаг уменьшать, если надо.

Можно еще в стопе(зажатый вал) момент на валу от напряжения/частоты измерить, это значительно проще в наколенных условиях.
Так же ток на холостом ходу и зажатом валу, от напряжения и частоты.

Ниже 20 Гц как правило асинхронники тож валят момент резко. И не забывать, что с падением частоты макс напряжение падает тоже.

[Orion33]

Если частота вращения поля выше частоты вращения ротора - значит асинхронный.

Вот по этому вопросу как раз ничего, кроме внешнего вида и слов хозяина, не известно. Он говорит, что асинхронный.
Как я полагаю, в результате должны получиться семейства вот таких вот графиков:

Поскольку n номинальное нам известно, то n кр. должно быть меньше. Вопрос: как измерять сей момент при вращении?

И правильно ли я понимаю, что на этом графике:

режим работы должен быть в интервале 0 < s < s кр ?

По напряжению все известно: двигатель планировалось питать от двухтактных усилителей с напряжением питания +/- 25В. По частоте вроде как планировалось питать от 50Гц. Но я вот не уверен, что в этом случае режим работы будет в указанном интервале, в котором, опять же если я правильно понимаю, есть некоторый эффект автостабилизации.

[Openreel]

Вот по этому вопросу как раз ничего, кроме внешнего вида и слов хозяина, не известно. Он говорит, что асинхронный.

http://publ.lib.ru/ARCHIVES/B/%27%27...099_.html#0008
Асинхронный с массивным ферромагнитным ротором.


Измерение момента в литературе описано, под рукой этой книжки нет. Но оно не так тривиально, чтобы на коленке легко.

Проще всего дать некоторую равномерную нагрузку. лопасть в воду например. И смотреть момент, когда с ростом частоты обороты начинают падать.
Для классичных асинхронников это примерно 75-100 Гц. Выше этой точки частоту поднимать не стоит никогда.
Sкр - в этой точке хорошо топоры точить. Винилу макс момент нужен на этапе разгона, а форсаж можно и частотой дать.
Необходимо еще определить насколько жесткая характеристика у этого двигателя.
Также не стоит забывать, что двиг питаем напряжением, а поле создается током. При прогреве обмоток ток уплывет.

По остальному отвечу не раньше чем через неделю, занят сейчас сильно.

---------- Сообщение добавлено 20:38 ---------- Предыдущее сообщение было 20:21 ----------

Но оно не так тривиально, чтобы на коленке легко.

Придумал, на движок надеваем маховик с рассчитанным или измеренным моментом инерции. Добавляем момент инерции самого ротора.
Далее, глядя в логи энкодера (точное время каждого импульса) можно рассчитать какой момент развивал двигатель в этой точке.
Большой маховик нужен для медленной раскрутки.

[Orion33]

Sкр - в этой точке хорошо топоры точить.

Почему? Ведь это неустойчивая точка. При изменении момента рабочая точка может уехать как влево, так и вправо, откуда уже возврата нет без снятия нагрузки.

Большой маховик нужен для медленной раскрутки.

Ну в принципе ротор и так достаточно массивный, около 2кг весит. Какой-то более тяжелый маховик достать в наше смутное время проблематично. По крайней мере, не соображу где и откуда...

глядя в логи энкодера

А не подойдет в кач-ве энкодера установленная шестерня? И как на сии логи правильно глядеть? Т.е. по временным интервалам рассчитать искомые величины?

За ссылку спасибо, постараюсь ознакомиться в течение недели.

[Openreel]

Почему? Ведь это неустойчивая точка.

Там до дури момента, топоры точатся оч быстро. шутка.
У винил вертака есть два варианта работы.
1. разгон диска.
2. поддержание оборотов.
При этом работа движка сильно разная. в режиме поддержания до критической точки как до луны. А разгон - отдельная песня.

А не подойдет в кач-ве энкодера установленная шестерня

если ее кривизна не колышит и можно уверенно считывать штрихи в широком диапазоне - почему бы и нет.
я бы предпочел отковырять тахо со змейкой, например от флоповода.

Какой-то более тяжелый маховик достать в наше смутное время проблематично.

Со штанги скрутить
2 кг вполне возможно и так хватит. Померить без маховика, дальше видно будет.

И как на сии логи правильно глядеть

Я проги писал.

[Orion33]

я бы предпочел отковырять тахо со змейкой, например от флоповода.

Понял.

Я проги писал.

А возможно поделиться с прогрессивным человечеством? ;)