Den elektriske kaféen

[Twinflower]

Det er vel det som populært kalles en børsteløs motor. Er det egentlig noen prinsipiell forskjell på en børsteløs DC-motor og en asynkron-motor?

 

Rettelse, her har jeg husket litt feil.

Quadcoptere (og andre leketøy) bruker som du korrekt påpeker børsteløse DC-motorer. Disse har jeg ikke nevnt tidligere, men er egentlig ikke en "ekte" DC-motor i den forstand at du faktisk trenger AC for å drive den.

Rotoren er av permamentmagneter og den er avhengig av å ha en inverter (omformer) for å gi den rette spenning- og frekvenskarakteristikk for å oppnå ønsket moment/turtall. Uten denne inverteren er det ikke mulig å starte en børsteløs DC-motor.

Grunnen til at det likevel kalles en DC-motor er fordi alle invertere mates av DC-spenning. Disse inverterene er ofte innbygget og da mater man altså bare inn DC fra "utsiden".

 

 

En asynkronmotor er noe ganske annet. Der er rotoren en laminert bunke av blikk med noen staver på langs på innsiden. Disse stavene former et bur, og blir ofte kalt squirrel cage på engelsk ettersom det til forveksling ligner en hamster-tredemølle (bortsett fra at all "luften" er erstattet med blikkplater).

Statoren derimot er bygget etter samme prinsipp, men ettersom asynkronmotorer som regel er mye større så blir de bygget på en annen måte.

 

Denne trenger ikke inverter for å kjøre, men det blir ofte likevel brukt for å kunne styre turtallet ettersom en asynkronmotor er en énhastighetsmaskin i den forstand at turtallet er gitt av nettfrekvensen og antall poler i maskinen (noe man ikke akkurat kan endre på i de aller fleste tilfeller - unntak finnes selvsagt).

Endret 29. april 2013 av Twinflower

[Nedward]

Egentlig burde jeg jo ha vist dette. Jeg var på monteringsverkstedet til SEW-Eurodrive i fjor, og der pratet du hull i hodet på oss om PM-motorer, asynkronmotorer osv.

Endret 29. april 2013 av Nedward

[Twinflower]

Så det nå, at det var AC permanentmagnet-motorer som var omtrent lik med børsteløs DC.

 

Det kan trolig stemme. Jeg har aldri jobbet med eller regnet på slike motorer, men firmaet mitt har hatt prosjekter med slike involvert så det er vel bare et tidsspørsmål før jeg også er med på moroa.

[Nedward]

Det kan trolig stemme. Jeg har aldri jobbet med eller regnet på slike motorer, men firmaet mitt har hatt prosjekter med slike involvert så det er vel bare et tidsspørsmål før jeg også er med på moroa.

Kunne se slik ut på Wikipedia.

 

Det eneste jeg vet er at det er relativt dyrt å investere i PM-motorer. Dog skal de være mer effektive, og med effektive gir så skal man også kunne spare en litt penger på livsløpet til maskinen. Dog er jeg ikke sikker på hvor mye disse tallene stemmer i Nord-Norge kontra resten av Norge, eller resten av Europa for den saks skyld (vi betaler ikke mva. på strøm i Nord-Norge, og strøm er vel generelt billigere i Norge).

Dog kan jeg tenke meg til at strøm er ganske dyrt på skip (jeg mener å ha fått med meg at du er skipselektriker?) så det er vel ikke utenkelig at PM vil være mer aktuelt på et skip.

[Andrull]

WHAT!? Ingen MVA på strøm i nord-norge! Og jeg som stoppet på turen nordover i Trondheim... Føler meg snytt.

[toreae]

Rettelse, her har jeg husket litt feil.

Quadcoptere (og andre leketøy) bruker som du korrekt påpeker børsteløse DC-motorer. Disse har jeg ikke nevnt tidligere, men er egentlig ikke en "ekte" DC-motor i den forstand at du faktisk trenger AC for å drive den.

Rotoren er av permamentmagneter og den er avhengig av å ha en inverter (omformer) for å gi den rette spenning- og frekvenskarakteristikk for å oppnå ønsket moment/turtall. Uten denne inverteren er det ikke mulig å starte en børsteløs DC-motor.

Grunnen til at det likevel kalles en DC-motor er fordi alle invertere mates av DC-spenning. Disse inverterene er ofte innbygget og da mater man altså bare inn DC fra "utsiden".

 

Snip

Disse motorene er vel for synkronmotorer å regne?

[Twinflower]

Kunne se slik ut på Wikipedia.

 

Det eneste jeg vet er at det er relativt dyrt å investere i PM-motorer. Dog skal de være mer effektive, og med effektive gir så skal man også kunne spare en litt penger på livsløpet til maskinen. Dog er jeg ikke sikker på hvor mye disse tallene stemmer i Nord-Norge kontra resten av Norge, eller resten av Europa for den saks skyld (vi betaler ikke mva. på strøm i Nord-Norge, og strøm er vel generelt billigere i Norge).

Dog kan jeg tenke meg til at strøm er ganske dyrt på skip (jeg mener å ha fått med meg at du er skipselektriker?) så det er vel ikke utenkelig at PM vil være mer aktuelt på et skip.

 

 

PM-maskiner er dyre pga magnetene, men de veier mindre og er mindre av byggestørrelse. De to sistnevnte egenskapene er veldig fordelaktig på skip hvor all vekt man putter ombord skal dyttes rundt på i flere tiår - noe som koster diesel. Plass er også svært viktig ettersom man sløser bort plass som man heller kunne benyttet til større cargotanker (man får betalt for alt man frakter) eller at skroget blir større og ergo dyrere å dytte gjennom saltvannet i løpet av skipets levetid.

 

Brunvoll i Molde har faktisk laget thrusterpropeller hvor propellen "er" rotoren på en slik måte at statoren omkranser propellen 360 grader. Mer info her: http://www.brunvoll.no/public/cmsmm.nsf/lupgraphics/Brunvoll_developes_RDT.pdf/$file/Brunvoll_developes_RDT.pdf

 

 

(Og nei, jeg er ikke skipselektriker. Jeg er en hybrid mellom heltidsstudent (på samme skole som andrull faktisk) og fulltids serviceingeniør)

[Twinflower]

Disse motorene er vel for synkronmotorer å regne?

 

Ja og nei.

 

Det er en synkronmotor fordi rotoren har samme hastighet som magnetfeltet i stator, men det er ikke en synkronmotor fordi det navnet brukes om generatorer som kjøres som motor.

 

Disse har elektriske magneter i rotor (enten med eller uten børster - de uten børster har en liten "invers" generator på akselen som generer trefase på rotoren som blir likerettet - på rotoren - og som deretter mater magnetene).

[Andrull]

Har surret meg litt fast i noen merkverdige problemer med en H-bro forsterkerkrets. Den ser slik ut:

 

For å gjøre en laaangt historie kort så klarer jeg ikke å få fasene til å faseforskyve seg, og lurte på om noen hadde noen gode tips til ENTEN en rask og grei forsterkerkrets som kan øke spenningen fra 5V til minst 10V peak to peak (optimalt er 20V).

Den må ikke nødvendigvis gå fra 5V til-5V, og i dette øyeblikket så er jeg fornøyd om jeg klarer å forsterke pulsen opp slik at det blir en amplitude på 10V.

 

ELLER at noen har tips til å fikse den allerede eksisterende forsterkerkretsen. Resultatet mitt:

Hensikten med forsteren vi har nå er jo at en 40 KHz firkantpuls skal drive en spole (transducer) frem og tilbake og må dermed snu polariteten/faseforskyve signalet, som igjen vil produsere et signal som skjer slik ut:

 

Hvis jeg måler med to prober, hvor jord er koblet til strømforsyningen og forsterken sin felles jord. Alt ser utmerket ut. Men i andre enden (mottaker-transducer) så kan jeg se at alt ikke er i skjønneste orden, for der er signalet svakere enn om jeg ikke brukte forsterkeren overhode!

Det beste resultatet er heller ikke når vi sender med de vi trodde var ved maks forsyningspenning til sender, men ved 1,2V (som er det svakeste VCC kan være uten at transistorene kobler ut)! Noe var altså ikke i orden, og ikke nok med det, men resultatet var svært ustabilt.

 

Jeg testet derfor å fjerne jordkoblingen på probene, og vips så så jeg dette:

 

Bildet viser de to probene (gul og blå) som nå står på hvert ben av sendertransduceren. Rød strek er sammenslåingen av de to. Vi ser er at fasene ikke er faseforskjøvet og havner derfor oppå hverandre, og vil dermed jevne ut spenningen.

Dette er altså ved 1,2V VCC på sender hvor resultatet var best, og grunnen var fordi spenningen er så lav at fasene blir faseforskjøvet bittelitt og vi ender opp med en rar 2,5V Peak to peak (rød strek), hvor originalsignalet er 5V. Og forkalrer hvorfor sendestyrken er dårligere enn uten forsterker overhode. Øker vi spenningen så jevner disse to fasene seg perfekt ut, og vil derfor nulle ut hele signalet, og vi sitter igjen med nada.

 

Så?! Noen som tar på seg utfordringen å helpe en stakkar i nød?

 

 

Edit: Kan jo nevne at jeg prøvde å koble opp signalet fra arduinoen direkte inn i Gaten (via motstand selvsagt) på en MOSFET transistor (N-kanal) til signalet, og så koble drain rett til jord, mens source gikk til en spenningskilde på 10V via en motstand som skulle fungere som last. Slet litt med å måle at det var 10V over motstanden.. lol? (ble bare masse støy og jævelska) Men med tanke på at den ble varm, tydet på at det funket til en viss grad. Koblet jeg opp transduceren i stede for motstanden så fikk jeg nada signal ut i mottakerdelen.

[toreae]

Snip

Har litt følelsen av at du har gjort en kort historie lang...

Er det signalet inn til forsterkeren du plages med? (Første bilde.) Er det transducer som er koblet til kollektorene der? (I mitt hodet er de et krystall). Skal transduceren ha variabel duty cycle?

[Andrull]

Hehe, var så kort det kunne bli det.

Med tanke på at denne konklusjonen har tatt godt over to uker, og samtlige versjoner av mottakerkrets har blitt byttet ut og forbedret gang på gang uten noe endring av resultatet. Grunnen var jo enkel, det var ikke noe galt med mottakerkretsen.

 

Er det signalet inn til forsterkeren du plages med? (Første bilde.) Er det transducer som er koblet til kollektorene der? (I mitt hodet er de et krystall). Skal transduceren ha variabel duty cycle?

- Ja, er Pizo-krystall.

- Nei, den skal ikke ha variabel duty cycle. (skal sende med "konstant styrke", aka 50 %)

- Nei, det er signalet ut av den (altså over transduceren). Signalet inn, altså signalet fra arduinoen er helt fint.

 

Kan jo nevnes at samme tendenser også viser seg på oscilloskopet uansett om jeg har koblet på transduceren eller ei. (kjøre uten last)

Endret 2. mai 2013 av Andrull

[Andrull]

For å illustrere hva jeg mente med at utsignalet minket når jeg økte VCC:

 

Forrige bilde viste hva som skjedde ved 1,2V VCC. Dette er altså ved 5V VCC!

 

Rød strek markerer det endelige signalet, som man ser er tilnærmet borte (blått og gult er på hver fot/hver side av transduceren og er 5V, men dekker over hverandre).

Ps: Har separert blå og gul linje slik at du ser at det er to separate linjer.

 

Slik ser signalet ut UTEN forsterker, altså drevet rett fra arduino mikrokontrolleren:

Det er slik det bør være, bare at det blir for svakt når vi får litt distanse på det hele, og det er der forsterkeren kommer inn i bildet.

Endret 2. mai 2013 av Andrull

[toreae]

Fremdeles svært usikker på hva du mener. Om første bildet ditt er forsterkerkretsen din, så forsterker den svært lite, spenningsmessig. For at ikke begge transistorene på høyre side skal lede hele tiden, må du ha et signal inn som er nesten like høyt som strømforskyningen.

[Andrull]

Fremdeles svært usikker på hva du mener. Om første bildet ditt er forsterkerkretsen din, så forsterker den svært lite, spenningsmessig. For at ikke begge transistorene på høyre side skal lede hele tiden, må du ha et signal inn som er nesten like høyt som strømforskyningen.

Obs: Jeg burde kanskje nevnt at de to øverste transistorene er PNP, og de to nederste er NPN. Slik at strømmen går slik:

 

Ja, grunnen er nok at spørsmålet egentlig er todelt.

 

1. Jeg er ikke helt sikker på hvorfor oscilloskopet gir meg et resultat som ikke stemmer i realiteten, men som SER prikkfitt ut om jeg kobler jordingen på probene til jord på kretsen.

Kobler jeg kun på probene på utgangsignalet så får jeg resultat som backer opp hva jeg også kan lese på mottakersiden. (altså svært svakt forsterket signal hvor strømmen ikke er faseforskjøvet)

 

2. Mitt andre spørsmål, som også er det viktigste. Hvorfor i all verden vil ikke transistorene gi meg to kurver som går motsatt vei av hverandre. Strømforsyningen er på 5V, og signalet er på 5V så det skal ikke være noe problem.

Slik er teorien:

 

SOm burde gi meg det første bildet (kun rød linje) jeg postet:

Et fint firkantsignal som går fra -5V til +5V når du slår sammen signalet til de to probene til oscilloskopet.

 

Men som i steden gir meg

Som gir meg -0V til 0V når du slår sammen signalet til de to probene.

 

Er det noe feil med teorien bak selve H-bro, eller noe som kan forbedres?

 

Jeg tror egentlig spørsmål 1 og 2 egentlig er to sider av samme sak. Og er selvsagt samme grunn til at jeg legger begge spørsmålene. Er ikke meningen å forvirre.

For forståelsen min svikter litt i og med at oscilloskopet viser meg dette perfekte resultatet om jeg jeg fester jordingen til probene. (som ikke KAN stemme i realiteten, da transduceren ikke gir liv fra seg, nesten)

Endret 2. mai 2013 av Andrull

[Andrull]

Jeg beklager virkelig om det er litt uforståelig, for det er nettopp det det er for meg også!

 

Her sitter jeg liksom med to måleresultat hvor ene viser at alt funker utmerket med senderen, men siden transduceren nesten ikke sender overhode så er dette målefeil. Det KAN ikke stemme.

Den andre målingen sier at H-broen ikke fungerer, da strømmen bytter retning samtidig (ikke annenhver gang), og dermed nuller ut signalet! Dette bekrefter veldig godt hvorfor ikke transduceren ikke sender. (denne målingen går dog mot det jeg mener er riktig måte å måle på, så er derfor ekstra frustrerende!)

 

Men faktum er fortsatt hvordan i helvette jeg skal fikse H-broa? Hva i alle dager er det som kan forårsake dette?

Endret 2. mai 2013 av Andrull

[toreae]

Hvilke av sidene (om noen) gir riktigt signal i forhold til innsignalet. Tenker på at det er ingen base-emittermotstandere.

[Andrull]

Kan se i morgen hvor jeg sjekker med en probe på innsignalet og en annen på det ene benet (og deretter andre benet) for å se hvor det eventuelt ser korrekt ut, og uten noen form for forskyvning.

 

 

Tenker på at det er ingen base-emittermotstandere.

hmmm. Hva tenker du på nå? Hvor mener du at det kanskje burde vært en ekstra motstand?

Når du sier base.emittermotstand, så tenker jeg automatisk på motstanden til basen, eller tenker du på at det kanskje ville vært en idè å ha en motstand på emitterbenene?

 

Edit: Og når vi først var i gang.

Jeg overhørte noen som hadde brukt en enkel MOSFET transistor til å drive spenningen opp fra 5V til 20V. Hvordan er dette mulig? (når jeg gjorde det med en enkel mostand til gate og en lastmotstand) så ble jo resultatet bare tull. Selv når jeg testet med rent DC-strøm.

Endret 2. mai 2013 av Andrull

[toreae]

Motstand fra base til emitter på 4 transistorer til høyre. Nå har du en (dobbel) klasse A forsterker. Ettersom det er firkantpulser du driver med, er det kansje bedre med klasse B forsterker.

 

Ved 5 volt: når inngangsignalet er høyere en 0,7 volt, og lavere en 4,3 volt vil begge transistorene på høyre side lede. Du vil også få begge transistorene på venstresiden til å lede samtidig.

[Andrull]

Motstand fra base til emitter på 4 transistorer til høyre

Hmm, slik du tenker på:

 

Men problemet da blir vel at spenningen vil falle under 4,3V og da vil det som du sier begge transistorene begynne å lede på høyre side (og så på venstre side), som igjen betyr at ingen strøm går gjennom transducer.

Ved 5 volt: når inngangsignalet er høyere en 0,7 volt, og lavere en 4,3 volt vil begge transistorene på høyre side lede. Du vil også få begge transistorene på venstresiden til å lede samtidig.

 

For det var det du mente? Eller er jeg helt lost? Ettersom jeg til vanlig skal ha 0 ELLER 5V, og dermed ikke at den faller inn i fallgruven mellom 4,3V og 0,7V.

 

Nå har du en (dobbel) klasse A forsterker. Ettersom det er firkantpulser du driver med, er det kansje bedre med klasse B forsterker.

 

Er det ikke en dobbel klasse AB jeg har da?

http://en.wikipedia....r_Push-pull.svg

For jeg må vel ha en slik pull push forsterker som det over for å kunne forsterke spenningen? Og så må jeg ha dobbel slik fordi jeg ikke har noen negative pulser ut fra mikrokontrolleren (kun positive). (derav den femte transistoren som inverterer/faseforkyver 180 grader, ja eller slik jeg så det i teorien)

 

 

Hvordan vill en klasse B forsterker du ser for deg se ut:

http://en.wikipedia.org/wiki/File:Electronic_Amplifier_Push-pull.svg

 

 

For om jeg bruker én slik transistor, og driter i at jeg ikke får negativ flanke, så får jeg vel ingen spenningsforsterkning, kun strømforsterkning? I hvert fall som jeg har klart å produsere. Beklager om jeg virker noob, men er rimelig lost her.

 

Edit: link til wiki: http://en.wikipedia.org/wiki/Electronic_amplifier

[dbass]

Så vidt jeg kan se ut i fra kretsen din, så vil denne fungere (Uten ekstra "base-emitter" motstander.)

Kan det være at det er jordingsfeil i kretsen når du måler? Husk at oscilloscopet har felles jord, så måler du over transduceren kan du ikke måle andre steder samtidig.

 

Ved 5 volt: når inngangsignalet er høyere en 0,7 volt, og lavere en 4,3 volt vil begge transistorene på høyre side lede. Du vil også få begge transistorene på venstresiden til å lede samtidig.

For det var det du mente? Eller er jeg helt lost? Ettersom jeg til vanlig skal ha 0 ELLER 5V, og dermed ikke at den faller inn i fallgruven mellom 4,3V og 0,7V.

Arduino'en har en stigetid og en falltid. den vil være mellom 0,7 og 4,3 volt uansett. Resultatet av dette kan få transistorene til å lede samtidig, og dermed vil kortslutte kretsen. Men det spørs om stigetid/falltid på transistorene er tregere enn Arduino, og dermed ikke vil skape kortsluttning. I så fall ville transistorene dine vært ødelagte. Mål disse for å dobbeltsjekke.

 

Jeg vet ikke om jeg er til stor hjelp, men det er som regel de idiotiske småtingene man ikke tenker over som ødelegger resultater

 

Jeg anbefaler å gå igjennom skjemaet og tenke deg til hvilke spenninger du skal ha hvor, for så å måle disse i praksis. (Hvis gjort allerede, gjør en gang til )