Autor Tema: Tutorial - Modificacion del control de velocidad de la BF20 VARIO  (Leído 21601 veces)

Desconectado tio_gil

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   Bueno, todo esta modificación vino por un "casque" de la BF20. Lo primero que ocurrió es que comenzó a calentarse mucho el motor,  salir humo del mismo al poco de llevar encendido y de vez en cuando un sonido plop-plop, como el de las palomitas de maiz haciéndose, pero sin ese rico aroma  ;D ... en vez de eso tenía un "agradable" aroma a cable quemado  :o

   Se me ocurrió ver las escobillas y una de ellas estaba medio destruída (algo parecido a lo que le sucedió a Luis (Luisk). Las cambié y duró un poco más. En medio de la fabricación de la "barra de cilindrado electrónica" para el torno, después de unos cuantas paradas, humo de la controladora y un par de "saltos de automático", se quedó muerta la controladora y el motor.

   Gracias a nuestro amigo Roberto (Maquinaria Madrid) conseguí un motor de manera rápida. La primera sorpresa es que el motor era de más potencia que el que tenía (el original era de 600W y el repuesto de 800W). Otra cosa curiosa es que mi BF20 no tiene fusible ( ??? ???) ergo, si rompe algo, rompe la electrónica. Después de cambiar el motor, sustituir todos los diodos y tiristores de la placa de control, la cosa no "pitaba"  >:(  >:(.

Y entonces me dije: conio, me hago la controladora a mi gusto  y a freir esparragos  8).

1.- EL CONJUNTO

   Al final lo que hay que controlar es la velocidad de un motor, mediante PWM. El conjunto consta de placa de control, placa de potencia y aplicación (en nuestro caso, el motor).

A) EL MOTORCITO DE LOS....



   El motor de la BF20 es un motor de contínua (mod. 83ZYT005), de escobillas (brushed motor) de 220V, 6000 rpm a tensión nominal sin carga y par nominal 0.8 Nm a 5500 rpm, consumiendo 2.5A. No hay mucha más información sobre él.
Su procedencia es china (si meteis en san google la referencia, os apareceran unas cuantas casas, con los datos que he puesto). El motor se acopla a una reductora 2 a 1 fija y luego mediante el selector se puede reducir a 4:1 (la posicion high y low de velocidad).
    Ojo que en la placa pone 93ZYT005. Yo no lo he encontrado... (fabricantes malandrines ...no me habieis despistado... queridos !!!)

   La inversión de giro se realiza mediante la inversión de los hilos de alimentación del motor (de lo que se deduce que no puedo invertir el giro con el motor en marcha, por que sino....  ;D).
   
   La inversión original está hecha de la misma forma, pero por un paso de desconexión total, lo que fuerza a dar al pulsador de marcha de nuevo.


B) POTENCIA

      
   
   La etapa de potencia consta de una rectificación típica (filtro de entrada capacitivo para evitar ruidos, puente de diodos y condensador de filtro) directa de red. De esta forma tenemos unos 300V de contínua. La conmutación se realiza mediante un mosfet de potencia 20N60 (20A, 600V) y un diodo rápido de recuperación, también de 8A, 1000V.
   La misma placa también lleva un trafo de 220V / 12V, 1A, que suministrará la alimentación para la placa de control.

   Gracias a que rectifico la red y obtengo esos 300V, puedo sacar casi 4500 rpm en la pínola, a velocidad High (en la Low la mitad). El motor no sufre en ese aspecto apenas.

CAPITULO II dentro de unos picosegundos... digooo... fentosegundos  :D
« última modificación: 20 Noviembre 2009, 14:54 por tio_gil »
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Desconectado Nacho

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Re:Modificacion del control de velocidad de la BF20 VARIO
« Respuesta #1 en: 14 Noviembre 2009, 23:28 »
jajajaja.... si es que estos malandrines no veas como intentan despitarrrr ehhhh

muy muy interesante....

lo seguire atento....

muchas graciasssssssss

Desconectado Manrique

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Re:Modificacion del control de velocidad de la BF20 VARIO
« Respuesta #2 en: 15 Noviembre 2009, 12:09 »
Interesante...sobre todo para cuando se nos estropee a los demás... ;)
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Desconectado delcano

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Re:Modificacion del control de velocidad de la BF20 VARIO
« Respuesta #3 en: 15 Noviembre 2009, 16:04 »
Aunque la que tengo no se llegue a estropear, me gustala idea y cuando lo tengas listo, ya veremos. No me gusta mucho como funciona tal como está ahora.
Ya que lo del Servo motor se me fué a pique, probaremos con esto.
Lo que creo que haré en cualquier caso, será sustituir los dos primeros engranajes (el del motor y el siguiente por correa y poleas dentadas. Los engranajes, a alta velocidad silban como los de la Gomera.
 

Desconectado tio_gil

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Re:Modificacion del control de velocidad de la BF20 VARIO
« Respuesta #4 en: 17 Noviembre 2009, 09:26 »
CAPITULO II

B) CONTROL



   La parte de control está basada en una placa diseñada para el control de motores ( o lo que sea) de CC, con posiblidad de inversión de polaridad de estado sólido (puente H a base de mosfet). La he utilizado en el control de la "barra de cilindrado electrónica" del amigo Juan Ignacio y de José Jiménez (Carpin), un regulador de temperatura con peltier, dimmer de luz y alguna cosa más

   La placa está pensada, como he dicho, para un control total de un puente pero a baja tensión (no más allá de 50V). Puesto que voy a andar trasteando con 300V y no necesito la inversión electrónica, sólo aprovecho el disparo del mosfet "bajo" de una de las ramas. El disparo luego se lleva a la placa de potencia mediante cable.

   La placa lleva dos alimentaciones ya sean de contínua o alterna: una para la parte de potencia y otra para la parte de control. Como he explicado antes, no uso la potencia "integrada", por lo que me basta alimentar el control. Aquí conecto la salida del trafo de 12V localizado en la placa de potencia.

   Para el ajuste de velocidad se utiliza un potenciómetro normal.

   Para ver que estamos haciendo y leer otros parámetros de funcionamiento, se incorpora un display LCD de caracteres 20x4 (4 filas de 20 caracters).

   El tacómetro se monta alrededor de fotodetector reflectivo CNY30 y un operacional rápido (LM6132) con el que se ajusta el umbral de disparo.

   El sensado de corriente se realiza con una resistencia bobinada de 0.15 ohm, situada en la placa de potencia (la he puesto bobinada porque no tenía otra de ese valor). :D La señal se lleva mediante un cable a la placa de control

   Todo lo anterior son los "apéndices" de la "inteligencia" de la placa, que está basada en un microcontrolador de la casa Cypress, CY8C29466 (PSoC). En este se han incorporado:
 
- Un amplificado de gancia variable (PGA) x 8 para leer la corriente
- Dos filtros paso bajo, uno para el potenciómetro y otro para la corriente (para quitar ruidos)
- Dos conversores ADC incrementales, de 8 bit cada uno, para leer el potenciómetro y la corriente.
- Un prescaler para ajustar la frecuencia base del PWM (la frecuencia de salida puede varirar entre 47KHz y 370Hz)
- Un PWM de 16 bit que genera el disparo de la puerta del mosfet
- Un Timer de 1ms de propósito general
- Un contador de 24 bit para leer el tacometro (resolución de 1us en el contador)
- Una UART completa a 19200 para programar parámetros e incluso controlar la velocidad del motor
- Una transmision I2C para controlar una EEprom de 2Kbit, donde se almacenan los parámetros del controlador
- Un control de display LCD a 4 bit.
- Un puerto de propósito general para los pulsadores de mando

C) FUNCIONAMIENTO

   Sin entrar en detalles de programación, voy a explicar el funcionamiento:
una vez conectado todo y sin equivocarse en los cables (muy importante)  :D, enchufamos a la red y .... ostras! no hace bum  ;D ;D. Ya vamos bien, buen comienzo.

   El firmware está contínuamnete leyendo la velocidad programada (mediante el potenciómetro), la corriente que pasa por el motor y el pulsador de marcha.

   Una vez presionado el botón de arranque, y con la velocidad programada, vamos aumentando el valor del PWM para que el motor empieze a girar.

   A su vez, vamos leyendo el tacómetro, que nos da las rpm a las que está girando el motor.

   Mediante la lectura de la corriente, y multiplicando por una cte. tenemos directamente el par que ofrece el motor, ya que en un motor de contínua, corriente y par estan directamente relacionados, sin intervenir otros factores.

   Y eso...eso, essso es todo !!, si bajo el valor del potenciómetro, disminuyo el valor del PWM y el motor baja las vueltas y viceversa.


CAPITULO III en breves momentos... no se levanten de su silla. :)
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Re:Modificacion del control de velocidad de la BF20 VARIO
« Respuesta #5 en: 17 Noviembre 2009, 13:15 »
Pregunta tonta: Tengo 10 FET IRFP450 ue son de 500 voltios y 14 amperios, RDS=0,33 ohm.
¿Crees que servirían en lugar de los que has puesto tu?
 

Desconectado Nacho

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Re:Modificacion del control de velocidad de la BF20 VARIO
« Respuesta #6 en: 17 Noviembre 2009, 15:53 »
muy bueno tio_gil  ;) seguro que a mas de un compañero que tenga la BF20 le vendra de perlas.... ;)

graciasssssss por el aporte

Desconectado tio_gil

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Re:Modificacion del control de velocidad de la BF20 VARIO
« Respuesta #7 en: 17 Noviembre 2009, 18:03 »
Hay una regla (thumb rule) que dice que hay que poner los mosfet del doble de la tensión máxima que vayamos a tener. Los que me dices pueden valer (de 300 a 500 hay margen). Si fuesen de 400V se podría pero no aconsejable.

Por la corriente, te sobra (el motor es de 800W, ergo tendrá unos 3 amperios a potencia nominal, un poco más si te pasas... es conveniente poner algo que se funda antes, por ejemplo... UN FUSIBLE  :D (el transistor fusible no  ;D ;D).

En cuantoa la Rds, si pasan 4A, tienes una Pa disipar +- de 3W. Un poco más por el tema de pérdidas en conmutación. Del todo aconsejable poner disipador (si tiene parte metálica trasera el TO247, poner una lamina de silicona térmica -lámina, no pasta-, para que pase calor y no te dé un trallazo si tocas el disipador)

Importante disparar el mos con 12V y proteger la puerta con unos zener.

Pondré los esquemas de todo este invento en un ratillo.
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Re:Modificacion del control de velocidad de la BF20 VARIO
« Respuesta #8 en: 17 Noviembre 2009, 21:27 »
Ya de paso pon aproximadamente por cuanto sale (€) este kit de tunning para la BF-20
   Torno Wabeco D 6000 E, Fresadora Opti BF-20L y Sierra Opti 121g  

Desconectado tio_gil

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Re:Modificacion del control de velocidad de la BF20 VARIO
« Respuesta #9 en: 17 Noviembre 2009, 22:05 »
si te digo la verdad... NPI
me está fallando lo más estúpido: el captador del tacómetro. me está entrando ruido (cuando ponga el capítulo III entedereis por qué "puede" haber ruido) y me desbarata el regulador PI. Esta parte la tengo que afinar.  >:( >:(
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Desconectado tio_gil

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Re:Modificacion del control de velocidad de la BF20 VARIO
« Respuesta #10 en: 18 Noviembre 2009, 15:58 »
CAPITULO III

D) MECÁNICA

      
       
   Aprovechando la caja de mandos original, cambié el frontal y le puse todos los elementos necesarios.... y me han entrado por los pelos.

   La parte trasera la he utilizado tal cual. Lo único que tuve que cambiar de sitio fue el filtro original que trae la BF20 y que sigo utilizando.

   Otra cosa que aproveché a cambiar es el brazo, que debió recibir algún golpe y estaba rajado. Quedó sustituido por un codo y un tramo recto de tubo de cobre de 1" y un par de acoples de latón, para las sujecciones.

   Para que el sensor del tacómetro leyese la vueltas, utilicé un tubo de pvc de 32 mm, bien ajustado a la parte superior de la pínola, al que se le pegan unos trozos de papel-espejo adhesivo. También vale el papel de plata pegado por el lado mate. El tubo previamente debe ser pintado en negro, para que el contraste sea óptimo

E) INSTALACIÓN

      

      
       
   Pues a meter cables... creo que con las imágenes, queda explicado

Y ahora pausa...Acudan a nuestro bar...En breves momentos Capitulo IV

Y entre café (y copa, puro y lo que se tercie), pongo los esquemas.
« última modificación: 18 Noviembre 2009, 16:09 por tio_gil »
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Desconectado Santiago

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Re:Modificacion del control de velocidad de la BF20 VARIO
« Respuesta #11 en: 18 Noviembre 2009, 16:21 »
Jolin que buen trabajo has hecho, enhorabuena y gracias por tu articulo
Emco Maximat Mento10, Fresadora BF30 CNC,sierra de cinta femi 780 y muchas ganas de arrancar viruta

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Re:Modificacion del control de velocidad de la BF20 VARIO
« Respuesta #12 en: 20 Noviembre 2009, 00:13 »
CAPITULO IV

2.- CONCLUSION Y OTRAS COSITAS....

   Y entoces... para que demonios tanto lío?? Pues el "poyaque".

   La primera versión no iba realimentada. Instalé todo y estuve trabajando con ella un tiempo. Un día hice el animal y como ya se sabe que "en casa de herrero...", no puse fusible y me cargué el mosfet de potencia (es decir, sí tengo fusible, el transistor. Una de las Leyes de Murphy relacionadas con la electrónica   ;D). Así que, a cambiar "el fusible". La cosa fue rápida. Trabajando con la fresadora sí que observé que se bajaba de vueltas cuando le metías carga, ergo, tenía que modificar el funcionamiento para poder realimentar.

   Peeero, viene el amigo Nacho por casa y le comento que no me agarra bien el portabrocas (que no es de los malos) las brocas cuando lo uso en la fresadora... y el colega agarra el porta con la mano y pone en marcha la fresadora... y algo hizo "pluff" dejando de funcionar todo  :-[ :-[.

   Andaba con las ganas de hacerle la puñetera modificación al firmware pero soy un poco perezoso y lo iba dejando... dejando...dejan...de.... Nacho lo arreglo: o lo hacía o lo hacía. (Gracias Nacho, Gracias  ;D ;D)

   Para no desmontar el motor de la fresadora, me monté otro motor, con el máximo de vueltas parecidas y con el que pudiese hacer las pruebas. El motor da unas 4600 rpm a 26V.


 
   La modificación principal fue a nivel de firmware, puesto que debía pasar de un lazo abierto a uno cerrado de regulación. Para ello he recurrido a un control PI digital.

   El funcionamiento en pocas palabras: leída la referencia y la velocidad de giro, se calcula el error; el error se multiplica por un factor Kp, teniendo la parte P del control; la parte I se calcula sumando este error al anterior obtenido y multiplicando el resultado por una constante Ki.
   
   No he usado la parte D, porque no me interesa que de muchos bandazos ante una variación. Otra de la razones, es que el término derivativo (D), mete ruido al sistema.

   La parte I del control asegura que el error final sea mínimo.

   Dado que a los microcontroladores (8 bit) el "cálculo matemático no les gusta mucho", tengo un tiempo de respuesta bajo en cuanto a variación en la referencia (de 0 a 100 % en unos 12 segundos), pero en cuanto a variaciones en funcionamiento, no llega al 0.5 segundo.

   El error final en velocidad, está sobre el 2% en toda la escala (teniendo en cuenta que la minima velocidad de giro que tengo es de uns 150 rpm)

   Otra cosa que me surgió es el tema del cambio de velocidad en la BF20: este cambio se realiza mediante un mando mecánico, lo que permite tener 1500 o 3000 rpm máximas. Podía haber puesto un sistema que leyese el mando y leerlo desde el micro pero la máxima KISS la cumplí: puse un interruptor en el panel de mando (por eso aparece sin leyenda y en medio de todo) y corregí el firmware para tenerlo en cuenta.

   A nivel hard, he puesto protecciones en las entradas de señal, por si algún pico "escarriado" aparece y el micro me hace de protección, que no me hace pizca de gracia el asunto.

   Espero que no hayais aterrizado la cabeza sobre teclado y os sirva para algo este articulillo.



AGRADECIMIENTOS:
Foro Metal Afición (www.metalaficion.com)(mejor foro de mecanizado on the world)
Fernando Fernández (F3Checa) (tacómetro)
Santos (su taller de mecanizado)
Nacho (culpable de la segunda versión y que va redonda)
Andrew Smetana (AN2208 cypress.com)
Andrew Page (motor control cypress.com)
Dave Van Ess (motro control cypress.com)
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Desconectado Juan

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Re:Modificacion del control de velocidad de la BF20 VARIO
« Respuesta #13 en: 20 Noviembre 2009, 07:59 »
Muy bueno gil, pero que muy buero :-* :-* :-* :-* :-*

Desconectado tio_gil

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Re:Modificacion del control de velocidad de la BF20 VARIO
« Respuesta #14 en: 20 Noviembre 2009, 09:37 »
CAPITULO IV.- Apostilla

Bueno por la apostilla es que una vez montado y todo dentro de la caja original de mando y pasando todos los cables juntos, tenía más ruidos que una discoteca  :D. entre otras cosas, el display se volvía loco y el tacómetro también, aunqe los cables fuesen apantallados.

Para el display ha bastado con ponerle lámina de cobre a la cinta plana por ambos lados y derivar ésta a 0V para que haga de protección.

Para el tacómetro la cosa ha sido más complicada. Para quitar ese dichoso ruido, he tenido que poner un optoacoplador en la entrada del micro, pero no funcionando como optoacoplador, me explico: lo primero, es que al tener que mover 15mA (la corriente del led), el ruido debe tener suficiente energía para que este se active (hay que tener en cuenta que los picos de ruido tienen tiempos entre 10us y 50us, pero al ir a una interrupción del micro la señal, éste los cazaba) y luego, el hecho de que tenga que atravesar la parte óptica, elimina cualquier otro parásito.

También he cambiado el circuito del fotosensor, para que salga por emisor en vez de por colector (cuando es para detectar objetos). La razón: no sé, pero por los circuitos que he visto hay una relación de 90 a 10 de circuitos saliendo por emisor en vez de colector. Tengo que averiguar (curiosidad) el porqué.

¿ Por qué no pasa en la BF20 con el tacómetro incluído o puesto aparte (como el de Fernando -F3checa- ) ? Pues porque la conmutación -léase regulación- es distinta. La reguladora original usa tiristores para la regulación y sí se mete ruido, pero no tan salvaje como cuando conmutas 300Vcc con un par de amperios, flancos muy rápidos de subida/bajada y carga muy inductiva.

Resumidas cuentas: QUE VA DE MARAVILLA !!!   ;D ;D

Adjunto el esquema corregido
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Re:Modificacion del control de velocidad de la BF20 VARIO
« Respuesta #14 en: 20 Noviembre 2009, 09:37 »

 

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