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Autor Tema: Placa control motor continua, con micro-controlador ARM Cortex Mx  (Leído 2902 veces)

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Re:Placa control motor continua, con micro-controlador ARM Cortex Mx
« Respuesta #45 en: 10 Marzo 2019, 11:50 »
¿Por qué se queman los motores de continua, en las máquinas herramienta?
Hay varias causas, no todas achacables a la baja calidad del motor. Veamos varias situaciones desgraciadamente muy comunes:

1) El motor da un chispazo, suena un ruido fuerte, y saltan los fusibles de la máquina e incluso las protecciones de la vivienda.
En muchos casos, la placa electrónica también se daña.
La avería es grave, y la reparación muy costosa en términos de dinero (aunque fácil de llevar a cabo).
Cuando saltan las protecciones, inmediatamente tenemos que pensar en que se ha producido una sobrecarga, es decir en un posible cortocircuito. Un motor se cortocircuita cuando sus bobinados pierden el aislamiento, quedando las espiras eléctricamente unidas.
Causa más probable:
Una utilización abusiva de la máquina, que ha sometido al motor a sobrecorrientes constantes, las cuales calientan los devanados más allá de sus límites aconsejables. Esto va degradando paulatinamente el barniz aislante del hilo de cobre de los devanados, hasta que pierde su capacidad de aislamiento, y se produce el cortocircuito.
A partir de aquí, deben actuar las protecciones de la máquina, cortando instantáneamente la alimentación, para intentar salvar la placa electrónica que alimenta el motor, que ahora está en riesgo de quemarse debido al cortocircuito franco al que la estamos sometiendo.
Desgraciadamente, muchas máquinas se entregan de fábrica con fusibles totalmente fuera de rango, muy sobredimensionados, que ni siquiera llegan a quemarse, y acaban actuando las protecciones de la vivienda. Esto ocurre, en mi opinión, porque algunos fabricantes emplean economías de escala, y montan los mismos fusibles a todas sus máquinas.
Soluciones:
Utilizar fusibles correctamente dimensionados. Si el fabricante incluyera fusibles de valores ajustados, no se podría sobrecargar la máquina, ya que actuarían inmediatamente.
(Por ejemplo, mi torno de 500 vatios se entrega con fusibles de 10 Amperios, cuando lo correcto sería fusibles de 5 Amperios).
Si posteriormente el usuario, bajo su responsabilidad, los cambia por unos de mayor amperaje para que no actúen tan a menudo, sería el responsable de la inevitable posterior destrucción del motor, que antes o después llegará.
También se puede diseñar una placa de control que no permita corrientes sostenidas en el tiempo, que pongan en peligro la máquina. Los fabricantes no lo suelen incluir ya que obliga a utilizar una electrónica más compleja y cara, por ejemplo, con un microcontrolador.

El usuario de la máquina herramienta se ha de concienciar de que una máquina para aficionados tiene unos límites claros que no se deben sobrepasar. Desgraciadamente, me he encontrado muchos casos de personas que me preguntan cómo eliminar estas “molestas” protecciones.

2) Se produce una destrucción de las escobillas del motor, del colector, o de ambas partes.
Cuando las escobillas o el colector de rotor se dañan, siempre es debido a las chispas que se crean durante la conmutación.
Debido a ello, se ha extendido la creencia de que estas partes del motor de continua son su gran punto débil, y que esto las incapacita para ser empleados en máquinas herramienta de cierta calidad.
En realidad, si la alimentación es correcta, y se controla bien la reacción de inducido del motor, la conmutación en el colector de delgas no da problemas. Los motores de continua, bien cuidados, con una alimentación correcta, duran muchos años, sin dar ningún problema.

3) Ruido grave de fondo, parecido al de un gran transformador.
Las placas electrónicas originales producen este efecto tan molesto en los motores a los que alimentan. En general, estas placas básicas montan un puente de tiristores y un diodo de libre circulación (algunas, incluso omiten éste último), o incluso usan puentes semicontrolados, totalmente contraindicados para este uso.
Causa más probable:
El puente de tiristores alimenta el motor con trozos de semiciclos, recortados de la onda sinusoidal de la red eléctrica. Es decir, pulsos positivos, de valor cambiante, a frecuencias bajas (50 Hz).
Estos trenes de pulsos cambiantes, a bajas frecuencias, generan un flujo de la misma naturaleza en el hierro de la máquina, que la somete a fuertes vibraciones de baja frecuencia, produciéndose ese zumbido tan molesto.
Soluciones:
La solución es sencilla, pero más cara: La placa electrónica ha de entregar una alimentación totalmente continua, para cualquier valor de alimentación. De esta forma el flujo magnético será constante y no provocará vibraciones en el hierro de la máquina. Es decir, la electrónica ha de ser más elaborada y por tanto, más cara.
« última modificación: 25 Marzo 2019, 13:18 por Valen »
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Re:Placa control motor continua, con micro-controlador ARM Cortex Mx
« Respuesta #46 en: 10 Marzo 2019, 11:50 »
¿Cómo soluciona este diseño, los problemas planteados?
1) La placa genera una tensión continua totalmente plana, para cualquier valor de alimentación.
Para ello se ha diseñado una “fuente conmutada” que opera a 10 kHz, que evita la más mínima vibración en el hierro, y tampoco provoca resonancias mecánicas.
Además, incluye un enorme condensador electrolítico, que actúa como estabilizador de la tensión y corriente entregada al motor, manteniendo los valores estables "aguas abajo", incluso antes grandes demandas puntuales.
Todo ello hace que la máquina herramienta sea muy silenciosa, siendo esta una de las grandes mejoras que ofrece.

2) Emplea un potente micro-controlador ARM Cortex M4, que permite incluir todo tipo de controles software.
Si la corriente consumida por la máquina supera los 5 amperios durante más de un cierto tiempo programado, la placa desconecta la alimentación, y obliga a reiniciar el equipo.
El objetivo es evitar que una utilización abusiva de la máquina sobrecaliente los devanados del motor, degradándolos. De esta forma evitamos que se lleguen a cortocircuitar, con los efectos anteriomente descritos.

3) El puente de tiristores usado en placas chinas, se ha sustituido por un IGBT de uso industrial, que se ha seleccionado muy sobredimensionado. De hecho, me consta que es capaz de gobernar motores del doble de potencia que el de las típicas fresadoras para aficionados, y que además es capaz de hacerlo en las peores condiciones de inductancias parásitas, etc.
Este IGBT, conmutando a 10 kHz, genera una onda rectangular de gran calidad que, en conjunción con el enorme condensador electrolítico, aplican al motor una alimentación continua, totalmente plana.
« última modificación: 11 Marzo 2019, 22:27 por Valen »
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Re:Placa control motor continua, con micro-controlador ARM Cortex Mx
« Respuesta #47 en: 01 Abril 2019, 18:18 »
Distribución en bloques de la placa.
El diseño de la placa está totalmente condicionado por la necesidad de ser compatible con las placas de potencia que se montan en las máquinas herramienta más habituales (Fresadoras y tornos alemanes y chinos).
Por ello, las dimensiones de alto, largo y ancho estaban prefijadas. Además, por simplicidad, se han colocado los conectores en la misma posición que en las placas originales.

Como novedad, en esta versión he incluido el filtro EMC contra el ruido eléctrico, dentro de la propia placa. Esto no se incluye en las placas chinas, lo que obliga llevar a cabo un cableado engorroso.

En las imágenes que se muestran a continuación, se ven tres zonas:

- Filtro EMC.
- Circuito de Potencia.
- Circuito de Control.


1) El filtro EMC evita que el ruido eléctrico, producido por la conmutación de los diodos del puente rectificador, y la conmutación del IGBT, pueda llegar a la red eléctrica general, y lo que es aún más importante, que pueda entrar en el circuito de mando, alterando su funcionamiento.
Este filtro emplea tres condensadores de polipropileno (los mejores y más caros....) junto con una bobina (choke) que en conjunto, conforman un filtro de gran calidad. La placa tiene un conector de "tierra" (típico cable verde y amarillo) que es necesario conectar para mejorar el funcionamiento del filtro.

2) El circuito de control está construido con componentes SMD (de montaje superficial) y un micro-controlador ARM Cortex M4 de 32 bits, que implementa todos los algoritmos de control que hemos descrito en este hilo.
Esta zona de control está eléctricamente aislada del resto de la placa, y se relaciona con el circuito de potencia mediante componentes aislados:
- Un driver de IGBT.
- Un sensor Hall de corriente.
- La fuente de alimentación de 3,3v
De esta forma, cualquier problema en la zona de potencia quedará siempre aislado, no pudiendo llegar a la zona de control, que es desde donde el operario maneja la máquina herramienta.

3) La zona de potencia incluye un condensador electrolítico de gran tamaño, que garantiza la estabilidad de la corriente y la tensión "aguas abajo", en el motor. También incluye un sistema de conmutación de la onda continua, mediante un IGBT y un diodo de potencia de libre circulación. El IGBT va protegido frente a picos de conmutación, por un condensador de polipropileno. Finalmente, incluye una pequeña fuente que, a partir de los 316v del condensador electrolítico, obtiene 15v para alimentar el driver del IGBT.


« última modificación: 02 Abril 2019, 07:41 por Valen »
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Re:Placa control motor continua, con micro-controlador ARM Cortex Mx
« Respuesta #48 en: 02 Abril 2019, 20:15 »
Ruido generado por la máquina, antes y después de instalar esta placa de control.
Rebuscando entre los vídeos de mi canal en Youtube:
https://www.youtube.com/channel/UCFWVbpkuHroVm2BXEySvLvA
he encontrado material para poder comparar cómo suena el motor con la placa original, y con la nueva placa de control.



Vídeos comparativos:
He encontrado el vídeo que grabé al comprar el torno Optimum 180x300 vario, con la máquina totalmente original:
https://www.youtube.com/watch?v=nIRhHe-OrRY

Y he grabado uno equivalente, con la nueva placa instalada:
https://youtu.be/EGJxneRBkHI

Como se ve, la mejora es espectacular....  ;D
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Re:Placa control motor continua, con micro-controlador ARM Cortex Mx
« Respuesta #48 en: 02 Abril 2019, 20:15 »

 

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