Autor Tema: Aislación de potencia entre motor de continua y puente H integrado  (Leído 5866 veces)

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Desconectado Gonzalo_BlackHawk

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Hola a todos. Paso a explicar:

Problema: El pulso electromagnético generado por un transformador de HF cercano penetra por la parte de potencia de mi circuito y calcina mi puente H integrado (No lo digo en sentido figurado, lo quema completamente con humo gris y todo). No encuentro forma de aislar el motor de mi puente H integrado.

Descripción del circuito: Les dejo una imagen de la parte de potencia del circuito, consiste en un puente H integrado L6203 que comanda un motor de corriente continua de 24 V y 2 A nominales mediante PWM a 2 KHz, luego la velocidad es sensada a traves de FCEM.  Tanto la señales de comando desde el PIC como aquellas que van hacia el amplificador son filtradas criticamente.
Todo el circuito esta contenido dentro de un tablero de metal conectado a tierra, a excepcion del motor que forma parte de un alimentador de alambre que se encuentra conectado por 1 metro aproximadamente de cable bipolar no mallado.



Condiciones de trabajo: El circuito trabaja en un ambiente industrial, pero mediante filtrado he logrado inmunidad al mismo. El circuito pertenece a un alimentador automatico de alambre de aporte para soldadura, por lo tanto se encuentra relativamente  cerca (3 metros aprox) de un equipo de soldadura TIG de 350A, que posee un transformador de HF para el inicio del arco (Conocido en la jerga como transformador HF o de alta frecuencia, este consiste en un circuito oscilador por salto de chispa que induce en el circuito de salida de la soldadora un voltaje de 5000V y modulado a varios KHz de frecuencia no estable). Al encenderse este transformador durante el arranque de la soldadura, este pulso de alta tensión y frecuencia circula a traves del cable de potencia de la maquina provocando una chispa entre la torcha y la pieza a soldar, ionizando el aire y logrando que se forme el arco eléctrico de soldadura.
El problema es que este mismo pulso genera un enorme campo electromagnetico que viaja en forma de EMI e induce voltajes peligrosisimos en los circuitos cercanos (Puede llegar a colgar una PC a distancias de hasta 5 metros o borrar la memoria de programa de un PIC desde 10 metros). Además el pulso se transmite en forma de ruido conducido a traves de cualquier material metálico en contacto con la potencia o la masa de la soldadura.

Mi hipotesis: No creo que la EMI sea la causante del problema, pues el circuito esta protegido por una carcaza metalica a tierra y además aunque cambie el cable que va hacia el motor por uno cable mallado los puentes siguen cayendo muertos. Creo que el pulso esta circulando a traves del alambre de aporte (que esta en contacto con la potencia del equipo de soldadura y luego pasa al motor a traves de las ruedas metalicas del alimentador y el eje del motor. Logicamente una vez que alcanza el motor, no le es dificil a semejante ruido atravesar los bobinados y el cable bipolar para llegar al puente y hacer de las suyas. Pude determinar por expermientacion que no hay otro ingreso del ruido además las demas entradas y salidas del circuito hacia el ambiente exterior esta siendo altamente filtradas.

No encuentro forma de filtrar la señal de potencia entre el puente H y el motor, y aqui el metodo de prueba y error no se aplica pues no es cuestión de andar quemando integrados porque sí. Los capacitores a tierra o en paralelo con el motor no son factibles porque junto a la inductancia del motor pueden entrar en resonancia y quemarme el integrado. Inductancias en serie me reducirian demasiado la tensión aplicada la motor ya que la frecuencia de salida es de 2 KHz. Estaba pensando en TVS pero no se consiguen para estos valores de tensión, ta vez pueda usar varistores, o alguien ha aislado potencia mediante algun enlace óptico o magnético y pueda indicarme como aplicarlo. El voltaje de aislamiento tiene que ser por lo menos de 5000V.

¿Ha alguien se le ocurre alguna solución? Espero sus respuestas y opiniones sobre el tema.

Espero no haber explayado demasiado, pero ya saben lo que dicen "mas vale que sobre y no que falte".

Saludos.

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Desconectado Renatox_

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Re: Aislación de potencia entre motor de continua y puente H integrado
« Respuesta #1 en: 08 de Junio de 2008, 03:55:30 »
hola tienes un problema interesante, y si usas un acople que no sea metálico entre el eje del motor y la carga que vendría hacer el alimentador, de esa forma estarías aislando al motor de la parte positiva de la soldadura.

Supongo que toda la corriente que jala el equipo soldador en el arranque tambien cuelga la PC puede ser debido a la bajada de tensión, talves la solución venga por poner inductores en la linea trifásica a la entrada del soldador para que el choque no sea tan brusco, he visto que usan inductores de alto amperaje como filtros de linea para drivers(15HP) que jalan corrientes pico altas.

Colocar el chasis del motor a tierra no creo que sería solución ya que este está conectado al positivo del equipo de soldadura.

Otra forma de aislar sería usar un trafo de 1 a 1 entre el puente H y el motor DC, aunque no te garantizo que funcione porque nunca he visto algo parecido.

espero te sirva

saludos.
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Re: Aislación de potencia entre motor de continua y puente H integrado
« Respuesta #2 en: 08 de Junio de 2008, 04:40:24 »
Hola amigo Gonzalo, en mi trabajo uso Reles con un control para desplegar de uno Remolque los laterales y asi nos Sirve como Ecenario.
usar reductor quizaz funciones, pero nos recomendaron Reles.


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Re: Aislación de potencia entre motor de continua y puente H integrado
« Respuesta #3 en: 08 de Junio de 2008, 10:50:05 »
Hola a todos. Paso a explicar:

Problema: El pulso electromagnético generado por un transformador de HF cercano penetra por la parte de potencia de mi circuito y calcina mi puente H integrado

hola gonzalo disculpa la pregunta quizas sea tonta pero ami me quedo una duda este transformador de alta frecuencia es parte del tu sistema? o es externo?

si hablas de que la perturbacion es debido por un pulso electromagnético, eso quiere decir que se transfiere por el espacio y no por el cable; quizas pudieras cubrir el transformador con una caja metalica buscando usar el efecto de la jaula de faraday
No es lo mismo un metro de encage negro a que un negro te encage un metro

Desconectado Gonzalo_BlackHawk

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Re: Aislación de potencia entre motor de continua y puente H integrado
« Respuesta #4 en: 08 de Junio de 2008, 15:24:30 »
Hola chicos. Muchas gracias a todos por las respuestas. Paso a responderle a cada uno:

si usas un acople que no sea metálico entre el eje del motor y la carga que vendría hacer el alimentador, de esa forma estarías aislando al motor de la parte positiva de la soldadura.

Es una solución posible desde el punto de vista eléctrico, pero no desde el punto de vista mecánico, el alimentador tiene que hacer muchisima fuerza (Aunque el motor sea de 2 A, posee un reductor mécanico bastante considerable) y aca todo es de metal, las ruedas del alimentador, el soporte del mismo, la base, la brida al motor. Habia pensado en algun buje de plástico entre el eje y la rueda del alimentador y alguna junta tambien plástica entre la brida y el soporte, pero el problema es que la señal de HF (asi es como se le dice en la jerga al voltaje de alta tensión y alta frecuencia que se utiliza en los arranques de soldadura) puede puentear facilmente mediante un arco eléctrico en forma superficial a un aislante que tenga menos de 4 o 5 centimetros. Asi que descarte esa posibilidad.  :(

Supongo que toda la corriente que jala el equipo soldador en el arranque tambien cuelga la PC puede ser debido a la bajada de tensión, talves la solución venga por poner inductores en la linea trifásica a la entrada del soldador para que el choque no sea tan brusco, he visto que usan inductores de alto amperaje como filtros de linea para drivers(15HP) que jalan corrientes pico altas.

En la empresa las soldadoras se conectan en una linea trifásica de alto amperaje, que es totalmente independiente de la linea monófasica en donde se conectan las computadoras, los servidores y todos aquellos dispositivos sensibles a las bajadas de tension. Además todos los aparatos poseen UPS. Además, Si uno inicia la soldadura sin tener el electrodo cerca de la pieza, la señal de HF se produce pero no inicia el arco de soldadura y aun asi, la PC se tilda. Aunque sorprenda es en realidad el pulso electromagnetico generado por este arranque de HF  lo que tilda la máquina.

Otra forma de aislar sería usar un trafo de 1 a 1 entre el puente H y el motor DC, aunque no te garantizo que funcione porque nunca he visto algo parecido.

mmm, interesante idea Renatox, voy a investigar un poco más, tal vez a 2 KHz todavia pueda recurrir a transformadores con nucleo de hierro. ¿Nadie ha utilizado este metódo de aislamiento magnético antes? Me preocupa que el puente H integrado pase a manejar un trafo en vez de un motor, aunque los dos son inductancias, no es lo mismo obviamente.

Hola amigo Gonzalo, en mi trabajo uso Reles con un control para desplegar de uno Remolque los laterales y asi nos Sirve como Ecenario.
usar reductor quizaz funciones, pero nos recomendaron Reles.

Perdona, stk500, no entendi lo que quisiste decir.

hola gonzalo disculpa la pregunta quizas sea tonta pero ami me quedo una duda este transformador de alta frecuencia es parte del tu sistema? o es externo?

El transformador de HF (que en realidad es un circuito muy parecido al de las bobinas tesla, solo que menos potente, miren este link bobina de tesla) forma parte del equipo de soldadura y se encuentra dentro de este, y se utiliza como método de arranque para los procesos de soldadura TIG o de soldadura plasma, para no tener que apoyar el electrodo sobre la pieza para iniciar el arco. Mi circuito es parte de un dispositivo mecánico y electrónico que es un alimentador semiautomático de alambre, que se ubica entre 2 a 3 metros del equipo de soldadura. Mi circuito esta dentro de un tablero de metal y además tiene alimentación independiente de la del equipo de soldadura. Sin embargo, el cable de potencia pasa por el alimentador de alambre (para sensar cuando se inicio el arco) y además el alambre se encuentra a la tensión de soldadura, por lo que el ruido puede llegar al alimentador por esos dos medios (Existen otros cables que van hacia el equipo de soldadura, pero son de transmision digital y son altamente filtrados) o bien en forma irradiada.

si hablas de que la perturbacion es debido por un pulso electromagnético, eso quiere decir que se transfiere por el espacio y no por el cable; quizas pudieras cubrir el transformador con una caja metalica buscando usar el efecto de la jaula de faraday

Exacto electro, en realidad no solo se transmite como EMI sino tambien como ruido conducido, es más puede trasmitirse como EMI y luego inducirse en alguna linea de transmisión y luego viajar como ruido conducido. Los transformadores modernos de HF son electrónicos y no producen tanta alteración electromagnética, pero esta maquina requiere de un arranque más potente y a más distancia de la pieza y por eso utiliza un circuito de HF primitivo para hacerlo.
Como la HF debe inducirse en el circuito de potencia para poder generar el arranque, todo el cable de potencia como el de la masa de la soldadura actua como conductor y antena de la HF (ni se les ocurra medir con un tester la tensión de arco de estos cacharros con la HF activada, van a necesitar un tester nuevo :mrgreen:) por lo que es complicado mallar semejantes longitud y grosores de cable. La unidad de HF en si esta cubierta de una jaula de Faraday como tu dijiste, asi como mi circuito, por eso es que mi hipotesis es que en realidad el ruido esta penetrando en forma conducida y no radiada.

Como lo unico que me falta filtrar es la salida de potencia del motor, me suena muy lógico que esta sea la puerta de entrada del ruido. Estaba pensando en reles de estado sólido, Pero si coloco los SSR el puente H integrado ya no cumpliria su función, pues la potencia la manejarian los SSR y no el puente ¿Les parece una idea posible? ¿Ha alguien se le ocurre alguna otra idea? Tal vez a mi se me esta escapando algo. Cualquier opinión sobre el tema será agradecida.

Saludos.
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Desconectado stk500

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Re: Aislación de potencia entre motor de continua y puente H integrado
« Respuesta #5 en: 08 de Junio de 2008, 15:34:12 »
Gonzalo te quizes decir que usamos motores de CC con Reles para deplegar Ecenario ya que asi en vivo claro que se te calienta el L6203.


Desconectado Leon Pic

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Re: Aislación de potencia entre motor de continua y puente H integrado
« Respuesta #6 en: 08 de Junio de 2008, 16:19:53 »
Hola Gonzalo.

Los diodos D1 y D2, a mi parecer, no son los correctos, ya que en el datasheet dice que soportan hasta 1000V y tu necesitas aislación de 5000V
Jesús dijo, yo soy el CAMINO, la VERDAD y la VIDA, nadie llega al PADRE si no es por mi.

Desconectado Renatox_

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Re: Aislación de potencia entre motor de continua y puente H integrado
« Respuesta #7 en: 08 de Junio de 2008, 20:55:56 »
Hola Gonzalo, cuando dices que los equipos de soldadura usan una fuente trifásica independiente te refieres a que usa un trafo trifásico para aislarla del resto de la red..?.

Prueba con un trafo haber como va, yo creo que si va a 2Khz sino ponle 1Khz, el L6203 no debe tener problemas en manejar un trafo pequeño. Pruebalo primero sin el euipo solador encendido.

Has visto ya la forma de onda que tiene tu motor, la que da el puente H, si esta mal disparado los transistores no estan cerrando bien y no se observa la onda cuadrada sino una especie de escalera, los mosfets son más fuertes en corte y saturación, asegúrate que estos esten funcionando en esa zona, viendo que la onda que llega al motor sea cuadrada como la que sale del pic.

Tanta es la fuerza EMI que apaga a la PC?, yo pensé que era a traves de la red, asu.

Y si asilan tambien el area de trabajo o sea que este medio tapado con planchas de fierro..como una cabina.

saludos.
control de movimiento

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Re: Aislación de potencia entre motor de continua y puente H integrado
« Respuesta #8 en: 08 de Junio de 2008, 21:11:25 »
Una forma sencilla de saber si estan bien disparados tus mosfet, sin usar osciloscopio es la sgte:

Dale 12v a tu motor a traves del puente H, midelo con el multimetro y luego empieza a frenar poco a poco el motor, si los mosfets estan bien disparados el voltaje debe mantenerse en 12v sino este va a disminuir facilmente ante torques pequeños.

Un buen disparo del puente H asegura la proporcionalidad voltaje-velocidad que debe tener todo motor dc. es decir si tu pic ordena 12v entonces esos 12v deben permanecer en bornes del motor aun asi varie la carga al eje.

saludos.
control de movimiento

Desconectado Gonzalo_BlackHawk

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Re: Aislación de potencia entre motor de continua y puente H integrado
« Respuesta #9 en: 08 de Junio de 2008, 21:36:05 »
Hola a todos.

Los diodos D1 y D2, a mi parecer, no son los correctos, ya que en el datasheet dice que soportan hasta 1000V y tu necesitas aislación de 5000V

Es cierto Leon, estos diodos son recomendados por el Datasheet del L6203, y los coloque antes de hacer las pruebas y la verdad que no me he dado cuenta de su voltaje inverso máximo, si el ruido penetra por la potencia del puente, con semejante pulso de seguro que entran en avalancha. Voy a ver de cambiarlos, gracias por el detalle.

El datasheet no indica la función especifica de estos diodos, pero supongo que sirve de apoyo a los diodos fuente-drenador instrinsecos a los MOSFET de conmutación. Corrijanme si estoy equivocado por favor. De todas formas, estos diodos estan en paralelo y no van a evitarme que el pulso de HF entre al punte H, por eso habia pensado en los TVS en paralelo con los diodos, pero no los consigo aca. En las proximas pruebas voy a colocar varistores.

Hola Gonzalo, cuando dices que los equipos de soldadura usan una fuente trifásica independiente te refieres a que usa un trafo trifásico para aislarla del resto de la red..?.

Si, la linea de potencia (que alimenta los talleres de toda la fabrica) es distinta a la de la de administración y la utilizada para las computadoras y los servidores y todos los equipos electrónicos de ese tipo. inclusive se compensa el factor de potencia en forma independiente y llegan a la subida al suministro electrico en lineas separadas. No creo que las bajadas de tensión representen aqui un problema. De todas forma que se tilde la PC no me importa pues solo la uso para programar y depurar, en el sitio donde se encuentra la maquina soldadora y el alimentador no hay computadoras y si hay que realizar algun cambio llevo la notebook, trabajo, la retiro y pruebo.

Prueba con un trafo haber como va, yo creo que si va a 2Khz sino ponle 1Khz, el L6203 no debe tener problemas en manejar un trafo pequeño. Pruebalo primero sin el euipo solador encendido.

Mañana en el trabajo realizo las pruebas y comento los resultados, voy a tener que bobinar un transformador y elegir algun nucleo de hierro para los 2 KHz.

Has visto ya la forma de onda que tiene tu motor, la que da el puente H, si esta mal disparado los transistores no estan cerrando bien y no se observa la onda cuadrada sino una especie de escalera, los mosfets son más fuertes en corte y saturación, asegúrate que estos esten funcionando en esa zona, viendo que la onda que llega al motor sea cuadrada como la que sale del pic.

Ya lo he revisado, inclusive a bajas velocidades y alto torque el puente H conmuta de maravillas, el L6203 soporta velocidades de hasta 40 KHz y no tiene problema con los 2 KHz con los que trabaja.

Gracias a todos por las respuestas. Voy a probar con el transformador 1:1 intercalado entre el motor y el puente a ver que sucede.

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Desconectado electrotacto

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Re: Aislación de potencia entre motor de continua y puente H integrado
« Respuesta #10 en: 08 de Junio de 2008, 21:55:45 »
Voy a probar con el transformador 1:1 intercalado entre el motor y el puente a ver que sucede.

de antemano creo que puede resultar positivo, estaba buscando material sobre generadores de turbinas francis y kaplan, la cual no encontre; pero resulta que estos generadores tienen partes que funcionan en CC y AC y se transfieren energia desde el rotor hasta el estator por medios magnético, no por escobillas como generalmente sucede debido que a ese nivel de ponencia las chispas serian descomunales; el punto es que si se puede usar acoples magnéticos en estos tremendos generadores porque no en tu sistema. 
No es lo mismo un metro de encage negro a que un negro te encage un metro


 

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