Что должен уметь инвертор?
Тут знакомый хочет сделать “простенький инвертор на 3 киловатта для лабораторных работ” 😃. Подскажите, а что вообще подобный инвертор должен уметь? Где почитать? Я видел что народ делает восьмикруты, видел что инверторы бывают дешевые и не очень. Но что там важно а что нет - фик знает. Интересуют чисто прикладные вопросы. Какие там нужны защиты, средства внутренней диагностики/мониторинга и т.п.
Мне подобный девайс видится как-то так:
- Управление настройками через serial terminal, по USB. Кнопки и функции индикатора сокращены до минимума.
- Через терминал задается минимальный набор параметров мотора, остальное вычисляется автоматически на лету.
- По схеме - почти то же самое, что DC-регулятор, только на выходе IGBT мост c интегрированными драйверами, типа FSBB30CH60C. Ну и другой конденсатор/термистор.
На что надо обратить внимание, чтобы получился простой регулятор, который интересно самостоятельно собирать для хобби и мелких мастерских? Не ради денег, а потому что удобно. Хотя по деньгам там тоже немного, около 50$ наверное. Из “самого сложного” - наделать точно дырок с резьбой в радиаторе.
Инвертор для чего? Инверторы разные бывают. Какая задача?
Гм… вообще-то это мой вопрос. Меня интересует что надо на хоббийном уровне, чтобы по возможности учесть в схеме. Знакомцу надо асинхронники крутить, но у него свои проблемы, с нашими не связанные. Лично мне из этой области вообще ничего не надо.
Дмитрий имеет ввиду, что словом “инвертор” обычно называют разные девайсы…) Например, есть автомобильные “инверторы”, которые из бортовой сети делают 220 вольт переменки, это преобразователи напряжения…)
Сварочные “трансформаторы” весом 1.5 кг тоже называют “инверторами”, но это преобразователи тока. А асинхронники крутятся преобразователями частоты…
От частотника на хоббийном уровне нужно: Регулировка оборотов с индикацией, и защита от перегрева(по току). А так же возможность управления из станочного софта, Mach3&etc… У магазинных это все уже есть. Как и последовательный интерфейс…) Конечно, от нечего делать можно сделать такой же, только другой, но зачем? Разумеется, под хоббийным уровнем я понял, что это шпиндель фрезерного станка или привод шпинделя токарного станка(как вариант, шлифовального, пильного и других), но асинхронники применяются много где, включая такие сценарии, где требуется ПИД-регулирование оборотов или ступенчатое изменение, или скорость разгона/торможения, или реверс… В магазинных это все тоже есть, они универсальны. Но, мы не знаем какое хобби у Вашего товарища, может у него прокатный стан дома…)
В общем, чтобы сказать что нужно, надо знать задачу.
easyeda.com/…/Universal_speed_control-3d2ce028d18c… - вот очень-очень сырой черновик. Может не хватать обвязок драйвера, кнопок и т.п.
Ссылка чтобы стало понятно, куда все гребет - трехфазник, до 3kW, простая высоковольтная часть и вообще поменьше деталей.
Также хочу отметить, что сейчас есть много дешевых китайских частотников, и не стоит рассматривать эту схему как дешевую замену. Эта схема может иметь смысл:
- если чешутся руки 😃
- если есть необходимость в экспериментах над управлением различными моторами
- если какие-то особые требования по габаритам
Т.е. девайс больше исследовательский, но по возможности постараемся его сделать поближе к народу. Так же напоминаю, что для щеточных моторов нарисованы более простые, прохладные, компактные и дешевые девайсы.
Разумеется, под хоббийным уровнем я понял, что это шпиндель фрезерного станка или привод шпинделя токарного станка(как вариант, шлифовального, пильного и других)
Ну как-то так. Имелось в виду:
- должно быть какое-то разумное ограничение по мощности (какое? максимум который знаю - шпиндель CNC 2.5кВт)
- у целевой аудитории должен быть хотя бы гипотетический интерес к сборке (для цеха быстрее купить, а для дома/гаража можно и повозиться)
А так же возможность управления из станочного софта, Mach3&etc
А где можно прочитать о стандартных протоколах управления? Уже есть USB с эмуляцией COM для настройки. Впендюрить еще один виртуальный девайс для управления не особо сложно, если это востребованная фича (мне показалось, что часто просто крутят обороты ручкой и не парятся).
Но, мы не знаем какое хобби у Вашего товарища, может у него прокатный стан дома…)
Он преподает на кафедре электроприводов 😃. Ему нужна погремушка для студенческих лабораторок, на 3 киловатта. Если бы не он, я бы тему частотника отложил в самый конец как не особо перспективную, и возможно потом бы похерил. Но т.к. он мне помогает с более простыми регуляторами (которые ему не особо нужны), я по мере сил помогаю с частотником.
Мне кажется, что самое важное предназначение частотника для хоббистов, это возможность использования 3-х фазных асинхронных двигателей от сети 220 В. Естественно большую роль играют и остальные плюшки, но 220 В самые важные…
А если частотник среди плюшек имеет ещё и векторное управление (это поддержка стабильных оборотов при изменении нагрузки), то это просто мечта любого хоббийщика…
у целевой аудитории должен быть хотя бы гипотетический интерес к сборке
Не уверен, что у простого пользователя такой интерес будет иметь место, если конечно сборка не будет похожа на конструктор “Лего”…
Всё-таки частотник - это не не регулятор оборотов для DC-мотора… Достаточно глянуть на описание регулируемых параметров у самого простейшего…
Вот тут народ извращался на подобную тему www.chipmaker.ru/topic/5529/
Мне кажется, что самое важное предназначение частотника для хоббистов, это возможность использования 3-х фазных асинхронных двигателей от сети 220 В. Естественно большую роль играют и остальные плюшки, но 220 В самые важные…
IMHO там как минимум 2 области - асинхронники и бесколлекторники. В мощных шпинделях бесколлекторники стоят вроде.
А если частотник среди плюшек имеет ещё и векторное управление (это поддержка стабильных оборотов при изменении нагрузки), то это просто мечта любого хоббийщика…
Вы ничего не путаете? Мне казалось, что векторное управление это подруливание мотора с учетом магнитного потока внутри. И от скалярного там отличия только на переходных режимах. Т.е. чтобы от векторного управление был толк, нужна задача где постоянно меняются обороты.
Не уверен, что у простого пользователя такой интерес будет иметь место, если конечно сборка не будет похожа на конструктор “Лего”…
Ну фик знает. По мне так схема достаточно простая. Нет так нет. Частотник по любому надо будет сделать, я лишь пытаюсь понять, как из этого извлечь пользу для всех. За спрос денег ведь не берут.
Всё-таки частотник - это не не регулятор оборотов для DC-мотора… Достаточно глянуть на описание регулируемых параметров у самого простейшего…
IMHO это немного другое. Параметров может быть действительно много, но при этом почти все можно определить автоматически.
За ссылку спасибо. Интересная.
при этом почти все можно определить автоматически.
Я не особый спец в электронике, но что-то мне подсказывает, что это не так просто - ведь режимов работы мотора может быть такое же множество, как и пользователей - поэтому в промышленных преобразователях и предусматривают возможность выставить оптимальные параметры под конкретные условия использования мотора. К примеру как можно определить номинальный ток двигателя, при номинальной нагрузке - обычно этот параметр задаётся при параметрировании частотника, или время разгона, торможения и т.д. и т.п … поэтому я выше и написал - достаточно глянуть на количество параметров, которые пользователь может сам под себя установить…
что векторное управление это подруливание мотора с учетом магнитного потока внутри.
Ну да… так при падении оборотов под нагрузкой магнитный поток разве не изменяется?
Т.е. чтобы от векторного управление был толк, нужна задача где постоянно меняются обороты.
Так они под нагрузкой и меняются…
К примеру как можно определить номинальный ток двигателя, при номинальной нагрузке - обычно этот параметр задаётся при параметрировании частотника, или время разгона, торможения и т.д. и т.п …
Надо просто побить эту кучу на части. Есть базовые параметры, типа рабочего напряжения мотора, номинального тока и значений скорости для крайних положений ручки. От них никуда не деться, но они проблемы не представляют. А вот вещи типа разгона поддаются вычислениям, по крайней мере меня в этом уверяли.
По крайней мере, если вы не собираетесь крутить мотором поднос с хрустальными рюмками, то ограничение момента (ну или тока, если очень-очень упрощать объяснение) даст оптимальный разгон.
Почитал тему на чипмейкере. Люди берут готовый чип контроллера, готовый драйвер, и переклеивают вместе в разных комбинациях. Для тех кто не занимается разработкой приводов профессионально - очень разумный подход.
Для тех кто не занимается разработкой приводов профессионально - очень разумный подход.
Для хоббийщиков самое то!
Надо урезать осетра. Поговорил со знакомым, оказывается для лабораторок ему нужен 500-ваттный блок, мы разные обсуждали и не так друг друга поняли.
Полазал по интернетам, на али есть б/у частотники от 56 долларов и новые от 80. Пытаться там конкурировать - глупо. Конструктивно все упирается в фильтрующие конденсаторы. Если берем из расчета 700-1000 мкФ/кВт, то под мощные блоки:
- плата довольно неудобно распухает (по высоте, помимо остального)
- не вписываемся в 100x100 для низких цен на платы
- надо шаманить с зарядкой конденсаторов (ограничивать ток)
Надо еще посмотреть, что можно выжать из PFC, но есть подозрение что такой девайс не очень удобен для массового повторения.
У меня получается такая картина:
- Можно сделать девайс на пару-тройку киловатт размером с китайский частотник (но без корпуса), ценой штучно как китайский частотник. По фичам возможно лучше, но это мало кому надо. В общем, так себе перспектива.
- Можно удариться в компактность, ограничив мощность. Тогда из потенциально интересного остается питание от сети дешевых пропеллерных бесколлекторников. Насчет распространенности/полезности асинхронников на 500 ватт есть большие сомнения.
Пока так.
Насчет распространенности/полезности асинхронников на 500 ватт есть большие сомнения.
Ну почему… Настольные токарные, фрезерные как раз имеют такие моторы…
Ок. Если кому-то пригодится под асинхронник - буду только рад. Со своей стороны постараюсь обкоцать все лишние детальки. Уже добавил пачку фильтров, как рекомендовано в даташите, но на такой мощности можно их обратно выпилить.
А модельные бесколлекторники с низким KV (100-300) вообще бывают за разумные деньги? Что-то не нашел. На али БК шпиндели на 400-500 ватт ~ 70$, и 800 ватт ~ 100$.
PS. Про то что делают с мелкими аутранерами - видел. Но там нужен низковольтный БП, и внутрь какашки могут набраться (корпус не герметичный). Не очень интересно.
ru.aliexpress.com/…/2394100_32796761454.html - пока только такой нашел из правдоподобных. Не уверен что с такой малой базой прокатит под шпиндель, а какую-нибудь сверлилку-пилилку вертеть - вполне возможно.
Модельные бесколлекторники и асинхронные бесколлекторники это разные вещи. Если статоры более или менее одинаковые, то короткозамкнутый ротор и ротор на постоянных магнитах это принципиально разные вещи… Соответственно, принципиально разное управление.
Железо регулятора идентично.
Проапдейтил схему частотника. Все еще сыровата, не ревьючена, номиналы не перепроверены, в драйвере не хватает пары деталек.
- Добавил электролиты по питанию. Вообще под 500Вт должно хватить 2*220uF, но я пока поставил 2*330uF диаметром 35мм. Если получится развести - желающие повысить мощность смогут туда воткнуть длинные 680uF. Если не будем вписываться в 100х100мм - заменю кондюки на более компактные.
- Сделана “стандартная” заряжалка конденсаторов, с релюшкой, т.к. шаманить на этих емкостях с термисторами уже трудно. Заодно это не станет узким местом для тех, кто соберется прокачивать ватты (реле держит до 10 ампер).
- Выпрямительный мост заменен на “плоский”, чтобы проще сажать на единый радиатор с IGBT сборкой.
- Убрана пачка фильтров вокруг IGBT-сборки. На 500Вт они точно не нужны. Подозреваю что дальше тоже. В общем, кто станет прокачивать - время покажет.
- Не силовые разъемы сделаны с более мелким шагом, чтобы влезло больше контактов в ряд.
- Добавлены разъемы для 3 кнопок - старт/стоп/реверс (на других схемах тоже добавлены опциональные старт/стоп).
- Ручка скорости сделана так, чтобы резистор можно было заменить кнопками +/- через те же контакты.
Чем это отличается от обсуждаемых на чипмейкере девайсов:
- Это устройство пока только на бумаге 😃
- На чипмейкере предпочитали вертикальные сборки, которые уже сняты с производства и не рекомендованы к применению. Здесь плоские.
- Здесь заметно меньше деталей - не надо подстраиваться под тараканы готового контроллера. И вместо чумодана опторазвязок на ключи и усилители - одна развязанная шина между 2 контроллерами.
- Здесь детали более “единообразные” - пачку одинаковых редисторов запаивать менее напряжно чем пачку разных. Там конечно не один номинал на всю схему, но я старался 😃
- Почти все детальки можно будет купить в магазине LCSC. Он не самый дешевый, но для “мимокрокодилов” закупаться там может быть удобнее, чем вникать и искать самоcтоятельно. Остатки (источники питания и IGBT-сборка) покупаются на али.
Пока держим курс на компактный мелкомощный девайс под бесколлекторники/асинхронники, который легко соберет даже школьник. С потенциалом повысить мощность до фик знает скольки заменой пары конденсаторов, предохранителя и резистора в усилителе токового шунта.
Вроде пока подобный компактный девайс купить нельзя. Потому что когда купить можно - надо купить и не страдать фигней.
А внешнее управление по 0-10V к примеру из Мача не предусмотренно?
Можно добавить, если надо.
- Какие вообще бывают интерфейсы и протоколы?
- Не проще через USB по виртуальному COM-порту?
- Точно надо этот маломощный девайс к мачу цеплять? Там обычно шпиндели пофигуристее.
Какие вообще бывают интерфейсы и протоколы?
Стандартно там RS-485 и ModBus, но это для промышленности и дорогих станков(контроллеров), в совсем крутых используется CAN.
А так, даже в самых ультрабюджетных платках есть выход 0-10 вольта и сигнал enable для шпинделя, то есть регулировка оборотов и старт/стоп. У очень многих частотники упрятаны в железные ящики и управление шпинделем из мача это единственный удобный способ. Кроме того, команды шпинделю встраиваются в G-код. Например, команда M3 S15000 в начале программы запускает шпиндель и задает скорость вращения, а команда М5 в конце шпиндель отключает. В общем, любой адекватный частотник должен это уметь обязательно.
Не проще через USB по виртуальному COM-порту?
Нет, во первых это лишний костыль, повторяющий уже имеющийся функционал, а во вторых придется писать дополнительный плагин для мача. В случае, если контроллер цепляется через USB, то встраивать поддержку лишнего порта в плагин контроллера… Хоббийщикам это точно не нужно.
Точно надо этот маломощный девайс к мачу цеплять?
Не только к мачу, к любому управляющему софту.
Я так понимаю, что Вы как человек осваивающий 3D-принтеры, рассматриваете ЧПУ-станки через ту же призму, отсюда и желание упростить, сделать автоматическую настройку и так далее. Но, на самом деле, между игрушечным железом принтеров и контроллером станка - пропасть. Станки обеспечивают точность и качество на порядок выше принтеров, поэтому там каждый параметр настраивается вручную(обязательно есть такая возможность) и многие режимы изменяются динамически, в процессе обработки изделия. Те же обороты и подачи. Вот например, управление шпинделем в маче
Аналогичный функционал есть у любого управляющего софта.
Ок, спасибо за пояснения. Про 0-10v и enable я запомнил, привернем ближе к делу. Надо посмотреть, как расстановка деталек на плате пойдет.
Я так понимаю, что Вы как человек осваивающий 3D-принтеры, рассматриваете ЧПУ-станки через ту же призму, отсюда и желание упростить, сделать автоматическую настройку и так далее.
Для тех кто занимается архитектурами и аналитикой, умение абстрагироваться от предыдущих вещей - настолько очевидная вещь, что даже странно поднимать подобные темы. Частотник рассматривался с нуля, как независимая задача. Желание искать аналогии с принтерами и тамошними подходами - это что-то ваше собственное, у меня подобных позывов нет.
Мне кажется с винтиками надёжнее…
Раньше тоже сомневался насчет пружинных клеммников. Но когда попользовался китайскими клонами WAGO, то поменял свое мнение. В любом случае, шаг контактов одинаковый, можно будет впаять любые.
Еще подвис вопрос по конфигурированию этих шайтан-девайсов. Которое было бы достаточно удобно для юзеров.
Пока есть такие варианты:
- Выставить по USB COM-порт, к которому коннектиться с компа эмулятором терминала, и дальше командами примерно как с модемом. Доступно, но не идеально.
- Временно втыкать ESP-12 с предварительно прошитым веб-сервером. Коннектиться к новой сетке по вайфаю и конфигурять через браузер. Выглядит слегка дико, но вроде достаточно удобно. Цена вопроса - 3$ один раз на все устройства.
- Эмулировать через USB сетевую плату (RNDIS), которая видит сетку с вебсервером. Цена вопроса - более дорогой (на пару долларов) контроллер. Но решение монолитное и менее удобное/гибкое в разработке.
Вроде перспективнее всего 2 + 1. Хотя конечно сочетание вафли и привода выглядит психоделично.