Bygga egen spindeldrivare, 12kW... Problem!

Elektronikrelaterade (på komponentnivå) frågor och funderingar.
Användarvisningsbild
ViktorSigg
Inlägg: 376
Blev medlem: 11 januari 2015, 17:33:50
Ort: Eskilstuna-Ludvika

Bygga egen spindeldrivare, 12kW... Problem!

Inlägg av ViktorSigg »

Halloj!

Jag håller på att designa en egen likströmsdrivare för min frässpindel, orginal ABB drivaren är död.
Motorn är en likströmsmotor på 12kW, och går på 400V stator- och rotorlindning.

Istället för att köra med tyristorer, som det brukar vara, så tänkte jag använda mig av IGBT modul för att använda PWM, för lättare (och eventuellt bättre) kontroll av varvtalet på motorn. :vissla:

Jag använder gamla uset till ABB drivaren, så kylfläns som heter duga finns. Jag har även köpt en trefas likriktarbrygga, 1600V 88A märkning för att likrikta spänningen innan jag kör den till IGBT modulen, en modul med en full H brygga och en till halv H brygga, perfekt för rotorlindning och statorlindning, så att man kan vända håll på motorn och använda sig utav field weakening för att speeda på varvtalet över märkvarvtal. IGBT modulen är för 1200V och 40A. :tumupp:

Här kommer problemet som jag inte tänkte på när jag beställde grejjorna... :tumner:

Efter likriktarbryggan så får man en spänning som pendlar mellan -161V och -325V, med 120 graders mellanrum. Det är alltså ingen fin kurva över huvud taget. Nåväl tänkte jag, det är ju inga större problem. Tills jag kommer till styrsignalerna för IGBT modulen. Denna skall ju ha -20V för P kretsarna, och +20V för N kretsarna. Allt mätt ifrån emittern...
Vilket är en spänning som pendlar 164V...
Vilket gör att det blir spännande att försöka driva något med en så pass ostabil emitter, då signalspänningen skall ligga +-20V från denna pendlande spänning.
Hur skall man lyckas med det?? :?:

För att få en spänning på -20V från -325V går att lösa med charge pump, IGBT modulen har så pass hög ohm på ingångarna. Men hur skall jag lyckas få en spänning att driva den med? Nollan som man normalt sett använder ligger ju +164 till +325V från den spänning jag skall in under...

Det som jag behöver hjälp med är alltså att få den pendlande spänningen till en stabil "nolla" på ett eller annat sätt. Antingen genom att ha något som följer den pendlande spänningen men alltid ligger +20V över. Eller genom att stabilisera den pendlande spänningen så att den slutar vifta 164V. Och vad skall jag använda för att komma ner dit? Det är ju likström, så en trafo fungerar ju inge vidare. Skall man försöka switcha ner sig till dom nivåerna med en mosfet och kondensatorer?

Någon som har några idéer?? :?
rikkitikkitavi
Inlägg: 16146
Blev medlem: 21 juni 2003, 21:26:56
Ort: Väster om Lund (0,67 mSv)

Re: Bygga egen spindeldrivare, 12kW... Problem!

Inlägg av rikkitikkitavi »

1) Din halvbryggemodul har två N IGBTer. Så båda drivs med ca 15V mellan Gate och Emitter.
2) Du måste driva respektive gate isolerat från din power gnd.
3) Sök på gate driver transformer
4) läs på i detalj så du förstår
5) läs på om frihjulsdioder , free wheeling diodes
6) räkna och designa

Det finns alternativ till gate driver transformers, bla High side gate driver kretsar som gör allt det du vill, de är dock inte galvaniskt isolerade.
Användarvisningsbild
ViktorSigg
Inlägg: 376
Blev medlem: 11 januari 2015, 17:33:50
Ort: Eskilstuna-Ludvika

Re: Bygga egen spindeldrivare, 12kW... Problem!

Inlägg av ViktorSigg »

Bra, ska förkovra mig i detta ämne nu.

Angående frihjulsdioder så hade jag tänkt att köra med transistendiod med breakdown på 700V eller så, högre än matningsspänning men lägre än
märkspänning för komponenterna.
Dessa klarar ju avalancheströmmar på förbaskat många ampere, plus att jag
slipper bry mig vid ändring av polerna för fram och back.

Det är denna IGBT modul jag har tillgänglig, https://www.elfa.se/elfa3~se_sv/elfa/in ... 2-71&toc=0

När man kollar i schemat så ser alla transistorer ut att vara av N typ, men kan man köra lasten innan en sådan??
Användarvisningsbild
prototypen
Inlägg: 11107
Blev medlem: 6 augusti 2006, 13:25:04
Ort: umeå

Re: Bygga egen spindeldrivare, 12kW... Problem!

Inlägg av prototypen »

Har du inte en 6 pulslikriktare?
Och få 600 volt DC.
Så motorn kan få full spänning 400Volt

Protte
rikkitikkitavi
Inlägg: 16146
Blev medlem: 21 juni 2003, 21:26:56
Ort: Väster om Lund (0,67 mSv)

Re: Bygga egen spindeldrivare, 12kW... Problem!

Inlägg av rikkitikkitavi »

eller bör skaffa det. Jag rekommenderar att lösa på applikationsnotes hos infineon, irf , ixys för hur man driver igbter. Du behöver annat än transientskyddsdioder, typiskt 10-20A snabba switchdioder som frihjulare i denna applikationwn. Samt massor av igbter, det lär gå åt... :)
Användarvisningsbild
ViktorSigg
Inlägg: 376
Blev medlem: 11 januari 2015, 17:33:50
Ort: Eskilstuna-Ludvika

Re: Bygga egen spindeldrivare, 12kW... Problem!

Inlägg av ViktorSigg »

prototypen skrev:Har du inte en 6 pulslikriktare?
Och få 600 volt DC.
Så motorn kan få full spänning 400Volt

Protte

Jag har en likriktarbrygga avsedd för 3 fas, som har 6 st dioder, om det är de du menar? :?: Någon annan lösning har jag ine sett.
Eftersom att det är 325V peak i ett vanligt 3 fas hushållsystem så ger det med andra ord +-325V, vilket bör bli ca 400V RMS värde.

Switchdiod låter som ett bra val, så att det fanns betydligt bättre utbud på farnell än elfa.

Angående flera IGBTer så kan det stämma, tycker att den modulen jag har ser klen ut för 30A. Dock så kommer jag att lägga in i styrsystemet att stänga av
om temperaturen blir för hög i IGBT kretsen, sitter en temperaturgivare i den. Då är det peace of cake att lägga till en till IGBT krets. Men vill få igång saker
så att man ser att det fungerar som det ska först.



Dock har jag börjat fundera mer och mer på att köra med tyristor iallafall, då man får mindre störningar på elnät och kringliggande komponenter, plus att
det verkar vara enklare styrmässigt än vad IGBT kretsar verkar vara. Dessutom så har jag ju faktiskt redan de kraftkomponenterna, från gamla ABB drivaren.
Dom är kollade och fungerar. :humm:
Användarvisningsbild
YD1150
Inlägg: 1974
Blev medlem: 29 oktober 2010, 22:41:10

Re: Bygga egen spindeldrivare, 12kW... Problem!

Inlägg av YD1150 »

Helvågslikriktning av 3-fas 400V ger över 900VDC.
Användarvisningsbild
ViktorSigg
Inlägg: 376
Blev medlem: 11 januari 2015, 17:33:50
Ort: Eskilstuna-Ludvika

Re: Bygga egen spindeldrivare, 12kW... Problem!

Inlägg av ViktorSigg »

Om ni säger så så är det nog sant, men hur kan det komma sig att det blir 900VDC av 400AC??

Är inte helvågslikriktning att man använder 6 poler? Sen vet jag att man kan köra med 12 poler också om man YD kopplar osv.
Användarvisningsbild
prototypen
Inlägg: 11107
Blev medlem: 6 augusti 2006, 13:25:04
Ort: umeå

Re: Bygga egen spindeldrivare, 12kW... Problem!

Inlägg av prototypen »

Med 6 dioder så blir toppspänningen sqr 2 x 400 volt = 565 volt.
Spänningen går aldrig under 490 volt ( just där det byter till nästa diod)

Ska man göra någon 12 eller 18 pulskoppling måste man dit med en transformator.

Protte
rikkitikkitavi
Inlägg: 16146
Blev medlem: 21 juni 2003, 21:26:56
Ort: Väster om Lund (0,67 mSv)

Re: Bygga egen spindeldrivare, 12kW... Problem!

Inlägg av rikkitikkitavi »

Precis , 400*1,41= 565V

I praktiken kan man använda en rätt liten glättningskonding eftersom den effektiva pulsfrekvensen är ju 150Hz med 6 pulslikriktning.
Eller en stooor induktans som glättar men med lite mindre kapacitans.

Finns bra beskrivet i olika läroböcker om kraftelektronik.

Det du vill göra är en vanlig H-brygga fast lite större än en liten modellbilsmotor (ungefär samma strömområde dock)

Alla komponenter du har måste klara 1200V. IGBTer och drivkretsar mm.

Som sagt, Irf tex har massor av fina high side drivers eller low side drivers, det finns tom med strömavkänningsmotstånd.

Du är rätt på det om du funderar på EMC med en PWM drivare på 12kW.
Användarvisningsbild
YD1150
Inlägg: 1974
Blev medlem: 29 oktober 2010, 22:41:10

Re: Bygga egen spindeldrivare, 12kW... Problem!

Inlägg av YD1150 »

Jo, det stämmer med spänningen :P
Vid helvågslikriktning blir det ca 2,34 * 230V (hade räknat med 400V, var nog för trött igår kväll :) )
Användarvisningsbild
prototypen
Inlägg: 11107
Blev medlem: 6 augusti 2006, 13:25:04
Ort: umeå

Re: Bygga egen spindeldrivare, 12kW... Problem!

Inlägg av prototypen »

YD, tror du fortfarande är trött sqr3 * sqr2 = 2,45 (YD, varför blanda in fasspänningen då inte nollan går att koppla in?)

Rikkitikkitavi:
Rippelfrekvensen vid 6 -pulskoppling blir 300 Hz, inte 150

Protte
rikkitikkitavi
Inlägg: 16146
Blev medlem: 21 juni 2003, 21:26:56
Ort: Väster om Lund (0,67 mSv)

Re: Bygga egen spindeldrivare, 12kW... Problem!

Inlägg av rikkitikkitavi »

Sant.

Jag menade "AC frekvensen" eftersom det är 3*50 Hz
givetvis är rippelfrekvensen 2*denna
Användarvisningsbild
YD1150
Inlägg: 1974
Blev medlem: 29 oktober 2010, 22:41:10

Re: Bygga egen spindeldrivare, 12kW... Problem!

Inlägg av YD1150 »

Gjorde en simulering av 3-fas likriktning så att det blir förhoppningsvis rätt till slut.

Värdet 2,34 ger medelvärdet av likriktad 3-fas, inte toppvärdet så blir vi överens om det :)
Dioderna i simuleringen är MR814, 1kV. Spänningsfall över dioder finns med.
Brumspänningen finns också med.
Likriktning 3-fas.pdf
Du har inte behörighet att öppna de filer som bifogats till detta inlägg.
Användarvisningsbild
prototypen
Inlägg: 11107
Blev medlem: 6 augusti 2006, 13:25:04
Ort: umeå

Re: Bygga egen spindeldrivare, 12kW... Problem!

Inlägg av prototypen »

Kom lite reklam från DigiKey, passar ju bra då det ska drivas HighSide
http://www.digikey.se/en/product-highli ... 2LgNWBE%3D

Protte
Skriv svar