Puente H con Mosfet y Relé - Silla de ruedas eléctrica

[Picuino]

MerLinZ:
En la página 13, tratando el tema del diodo zener, aparece la ecuación 20.6 que es como la que yo he puesto antes:

   P = ( 0.5 · I^2 · L ) · Frequency

   http://classes.soe.ucsc.edu/cmpe240/Fall05/LectureNotes/ch20_DCMotorApplications.pdf

En la página 23 aparece un ejemplo con un motor pequeño, en el que se disipa poca energía:
   Vcc = 12v
   Rm = 14 ohm
   Lm = 0.48 mH
   fc = 1000 Hz
   Imax = 0.85 A
   P = 0.17 W


Si aplicas los valores que he puesto antes sale lo mismo que ya calculé, una potencia disipada de 100 vatios:
   Vcc = 48v
   Lm =  1 mH
   fc =  2000 Hz
   Imax = 10 A
   P = (0.5 · 10^2 · 0.001) * 2000 = 100 W

Una aclaración que hace el documento (que yo no he tenido en cuenta antes) es que esa energía de la bobina se disipa tanto en el diodo zener, como en el interior del motor (resistencia y f.c.e.m). Por lo tanto el zener no tiene que disipar toda esa energía.


En la página 16 aparece una gráfica que compara la velocidad de apagado de la corriente del motor.
En este caso gana el zener, porque su misión es precisamente esa, apagar más rápido la corriente de la inductancia absorbiendo y disipando su energía.


Al final no veo la ventaja de utilizar un zener.  En el caso de corrientes y frecuencias de conmutación elevadas, no es práctico porque consume una potencia enorme.
En cualquier caso los zener siempre consumirán más corriente que un diodo freewheeling normal, de manera que no veo la ventaja.


No he podido encontrar en el documento una explicación a porqué prefieren el uso de zener.


Un saludo.

[Chaly29]

Hola MerLiNz, el datasheet que tu posteas de la página de Mauser no es un zener normal (lee con más atención), y dándome la razón a mí es un transzorb o en ingles: Transient-voltage-suppression diode. Vuelvo a repetirte lo mismo, los diodos zener comunes no sirven porque son muy lentos. Y yo siempre hable de diodos rápidos y no de los comunes!!!

http://en.wikipedia.org/wiki/Transient-voltage-suppression_diode
http://www.mouser.com/ds/2/308/P6SMB6.8AT3-D-99834.pdf

Yo no se tanto de cálculos, ni de números, yo tengo mucha batalla en la cancha y si veo que algo anda es porque funciona tal como está. Años que veo usarlo y lo uso, y nunca un problema, es sencillo y económico de implementar, los componentes se encuentran hasta en la verdulería. Por que complicar siempre las cosas?

Si es con fines didácticos, pues me parece perfecto, si alguien lo hace con otros fines, pues, pienso que es una perdida de tiempo, mi experiencia dice que siempre es mejor lo más sencillo ante lo muy rebuscado si el resultado final es el mismo.

Pues con las palabras anteriores, me despido de esta discusión.

Un saludo a todos.

Atte. CARLOS.

[MerLiNz]

Chaly, tampoco usas un DIODO COMUN sino un ULTRAFAST, cierto? Aun asi porque no aparecen los tiempos de respuesta de los zener comunes, pero estoy seguro que es mas rapido que un DIODO COMUN.
Complicar el que?? Llamas complicar a SUSTITUIR un diodo por otro??


Picuino, te has respondido tu mismo:

Al final no veo la ventaja de utilizar un zener. -->  En la página 16 aparece una gráfica que compara la velocidad de apagado de la corriente del motor. En este caso gana el zener, porque su misión es precisamente esa, apagar más rápido la corriente de la inductancia absorbiendo y disipando su energía.


Si mirais al inicio del post pongo el zener como alternativa por su mayor rapidez en disipar energia aparte de comunmente ser mas rapido que un diodo normal, NADA MAS.

[Picuino]

Yo por ahora ya he aprendido unas cuantas cosas de esta "discusión".
No conocía los diodos Transzorb, ni la utilización de zener en supresión de transitorios de motores. En esto la experiencia de ambos es muy interesante.
Quizá deberíamos comentar con menos vehemencia, porque creo que todos podemos aprender.


En cuanto a los cálculos, Charly, es verdad que a veces complican innecesariamente, pero no creo que sea el caso.
En electrónica de potencia merece la pena hacer algunos para no llevarse sorpresas.

El primer cálculo que propongo en este caso es muy sencillo y muy importante, la stall current o corriente de arranque. Esta es la máxima corriente que se espera que circule por el motor. Ocurre generalmente cuando se intenta arrancar el motor mientras está parado y se le aplica la tensión nominal.
Es un poco mayor que la corriente que comentaba Charly (la corriente que proporciona el motor cuando está girando y le cortocircuitamos los bornes)

El cálculo es el siguiente:

   Imax = Vn / Rm

   Imax = Stall current o corriente de arranque a tensión nominal en amperios
               (suele ser la máxima corriente que absorbe el motor)
   Vn = Tensión nominal de motor en voltios
   Rm = Resistencia interna del motor en ohmios

La Rm se calcula fácilmente midiendo con un polímetro en bornes del motor.

Esta corriente, en motores pequeños normales, suele ser el doble de la corriente nominal. Es decir, si el motor tiene una corriente nominal de 10 Amperios, la corriente de arranque 20 Amperios. En este caso, con motores y corrientes relativamente pequeños, es una buena opción colocar diodos y transistores que aguanten el doble de la corriente nominal. Estos no deberían quemarse nunca, por ninguna circunstancia. Se quemará antes el motor que los componentes.

En otros motores de mejores prestaciones, la corriente de arranque puede llegar a ser 10 veces la corriente nominal. En este caso no es práctico colocar componentes sobredimensionados. Es mejor limitar la corriente máxima con sensores.

Un saludo.

[Picuino]

MerLinZ:
Si aparece el zener en tantos sitios, por algo será. Y me gustaría saber por  qué, pero no lo entiendo.
No comprendo por qué es una ventaja disipar la energía de la bobina del motor.
Yo estoy acostumbrado a utilizar diodos que mantienen la energía y no la disipan y eso es lo que me parece mejor (no malgastar energía)


Un saludo.

[MerLiNz]

No se malgasta, aunque tuvieses por ejemplo un diodo normal y aun le quedase energia a la bobina al volverle a darle paso a la corriente la intensidad volveria a circular desde la fuente igualmente. La ventaja por ejemplo seria en un PAP donde se podria aumentar la frecuencia ya que si se quedase energizada la bobina hasta que no se vaciase casi al completo no cambiaria el paso ya que seguiria magnetizada esa posicion. Aun asi estamos hablando de una frecuencia alta.

Desde un principio he dicho que se podria usar un zener, toda esta discusion empezo porque decian que los zener eran mas lentos y demostre que no es cierto.

Y aun asi estoy seguro que un zener es mas rapido que un diodo, lo unico es que no puedo demostrarlo porque no encuentro datasheet de un zener normal que venga la velocidad de respuesta, sin embargo me he encontrado muchas tablas de este tipo:
http://www.wollemi.com.tw/product/download_subcat/tvs_001.pdf

Donde tanto el TVS como el zener los da como "very fast response"

[elgarbe]

Busco los datos del motor y los subo.

Tendrás suerte si los consigues. La mayoría de las veces no hay más remedio que hacer ensayos. Por otro lado no son difíciles de realizar.
El primero de todos es muy sencillo: se mide la resistencia del inducido con un polímetro con el motor parado. Si el valor de resistencia es muy bajo y no se mide bien, puedes alimentar el motor con una corriente baja (100mA por ejemplo) y medir su tensión en bornes con un polímetro.

El motor es de fabricación ncional y he tenido la suerte de conocer al dueño de la fábrica. ya he solicitado los datos de los ensayos del motor. Espero puedan facilitármelos. En caso contrario, mi socio de empresa es docente de la cátedra "Máquinas eléctricas" por lo que él podría encarar el ensayo del motor con sus alumnos, pero eso llevará mas tiempo...

Saludos!

[elgarbe]

....
Hola elgarbe, no se que experiencia posee MerLiNz en este tema en particular, pero como ya te e comentado, tengo más de mil placas reparadas que usan ese método de supresión y nunca tienen problema con el circuito tal como te lo comento, funcionan en 24Vcc y corrientes parecidas a las que tu usarás. Porque tú deberías tener problemas con ese circuito?
...

Carlos, no creo que tenga problemas con el circuito que me sugeriste, todo lo contrario, lo adopté al instante ya que me cierra por todos lados. La discucion del zener, el diodo ultra fast o el componete que valla, queda más para el plano teórico y de aprendizaje de temas que desconozco. Cuando no hay una "verdad unánime" siempre me guío por la experiencia y en este caso me inclino por la tuya.

Por lo que estoy modificando el circuito para incluir un segundo diodo (por si uno solo se queda medio corto) y voy a usar los SF54 que tengo en stock de otros productos que fabrico (fuente switchin en este caso).

Saludos!

[elgarbe]

Para acelerar la conmutación, puedes agregar los capacitores de los cuales hablas, deben estar en paralelo a las resistencias R2, R3, R12 y R13, con un valor de 1nF debería ser más que suficiente, de última está en probarlos si tienes un osciloscopio.

Por más dudas me consultas.

Un saludo.

Atte. CARLOS.

Pda: Esos relay que estas usando en el diseño, pues los veo muy chicos para trabajar con 10 u 11 (250W) amperios en 24Vcc. a mi forma de ver las cosas, o se te sueldan o se estropean muy rápidamente. Igual será cuestión de probar.
Otro consejo!! a engrosar las pistas que conducen la corriente del motor, pues esa placa parecerá estufa a cuarzo
Los mosfet necesitarán disipador
Esos conectores los veo medio débiles para los 10A y ni hablar de 20A que es lo que puede llegar a soportar el conector de entrada de alimentación de los motores
Fíjate que la masa del mosfet 2 "M2" es muy deficiente, tiene un recorrido muy largo para llegar hasta el conector de alimentación y pistas muy finas. Es siempre mejor usar dos conectores independientes de alimentación, uno por motor. Aunque después se unan en la batería

Voy a agregar los capacitores, aunque no creo que los suelde de entrada ya que no es una aplicacion demasiado crítica y no creo que trabaje a una frecuencia alta.

Los relés los voy a revisar, los tengo en casa. Estos irían: http://www.te.com/catalog/pn/en/7-1393243-9 ? o tengo que tener contactos con In del doble de la de mi motor o más? Estoy viendo que no tengo en elemon (mi proveedor habitual) relés doble inversores con corrientes altas. Quizá deba pasar a reles simples inversores.
En cuanto a las pistas las iba a dejar sin máscara para llenarlas de estaño. son pistas de 50mils. Si cambio de relés tendría más espacio para esas pistas de potencia. En la silla que viste, los relés estaban en el impreso? por que la otra opcion es colocar relés montados en una placa y cablear todo con terminales.

Las borneras de potencia son estas:
http://www.elemon.com.ar/elemon/CotizarRubroVisual.aspx?GrupoId=MC&RubroId=581 : BORNE 2P P/CI VERDE P=5MM 24A/250V XY129V-B-2P

El plano de masa es lo más debil que tengo, por eso puse que tengo que trabajar en esa parte. Me gustó la idea de entrar a la placa con 2 conectores de alimentacion. De este modo, incluso puedo rutear el GND con pistas en las zonas de potencia y dejar el plano para rellenar/repartir GND de baja corriente.

Bueno, tengo bastante trabajo por delante aún....

Saludos y gracias!

[Picuino]

El motor es de fabricación ncional y he tenido la suerte de conocer al dueño de la fábrica. ya he solicitado los datos de los ensayos del motor. Espero puedan facilitármelos. En caso contrario, mi socio de empresa es docente de la cátedra "Máquinas eléctricas" por lo que él podría encarar el ensayo del motor con sus alumnos, pero eso llevará mas tiempo...

Los primeros ensayos son muy fáciles.
La resistencia del motor es lo primero que debes conocer, para calcular la corriente máxima.
Se puede medir con un polímetro en posición de 200 Ohmios. Mide la resistencia entre los dos bornes de alimentación. Así de fácil.
Eso te servirá para calcular el transistor y si necesitas uno o dos diodos.

Saludos.

[Picuino]

MerLinZ:
Estoy estudiando el tema de los zener y me encuentro con muy poca documentación en Internet.

En cuanto a la rapidez, hay dos tiempos importantes en un diodo:
   1º  El tiempo que el diodo tarda en comenzar a conducir la corriente directa
   2º  El tiempo que el diodo tarda en pasar a corte y dejar de conducir con corriente inversa


Voy a buscar los datos sobre el zener y si los encuentro los posteo.


Otra cosa distinta es el tiempo que tarda un diodo de rueda libre o freeweeling en descargar la corriente de una bobina (en descargar su energía).
Este tiempo siempre será menor con un zener, porque tiene más caída de tensión y por lo tanto disipa energía más rápido.
 

Saludos.

[elgarbe]

1.4 ohm. Descontada la r de los cables del tester, un fluke.

Sludos

[MerLiNz]

MerLinZ:
Estoy estudiando el tema de los zener y me encuentro con muy poca documentación en Internet.

En cuanto a la rapidez, hay dos tiempos importantes en un diodo:
   1º  El tiempo que el diodo tarda en comenzar a conducir la corriente directa
   2º  El tiempo que el diodo tarda en pasar a corte y dejar de conducir con corriente inversa


Voy a buscar los datos sobre el zener y si los encuentro los posteo.


Otra cosa distinta es el tiempo que tarda un diodo de rueda libre o freeweeling en descargar la corriente de una bobina (en descargar su energía).
Este tiempo siempre será menor con un zener, porque tiene más caída de tensión y por lo tanto disipa energía más rápido.
 

Saludos.

El TVS que puse lo pone en el datasheet, 1ns, en los zeners normales no pone nada o por lo menos los pocos datasheets que he visto no ponen ese dato, aun asi deben ser rapido porque se utilizan en fuentes reguladas y tienen buena velocidad de reaccion.

[Picuino]

El TVS que puse lo pone en el datasheet, 1ns, en los zeners normales no pone nada o por lo menos los pocos datasheets que he visto no ponen ese dato, aun asi deben ser rapido porque se utilizan en fuentes reguladas y tienen buena velocidad de reaccion.

Si, parece que ese zener es muy rápido al comenzar la conmutación.
Lo que no he visto es el tiempo de apagado. De todas formas, si se coloca otro diodo en serie para cortar la corriente inversa, el tiempo de corte será el menor de los dos.

Saludos.

[Picuino]

1.4 ohm. Descontada la r de los cables del tester, un fluke.

Sludos

Si alimentas con 24 voltios, la corriente de arranque será de:

   I = V / R = 24 / 1.4 = 17.14 amperios.


Es un motor de bajo rendimiento.

Con un consumo de 10 amperios, la caída de tensión en la resistencia interna será de:

   V = R * I  =  1.4 * 10  = 14 voltios (de los 24 voltios de alimentación)

El rendimiento en este caso será de:

   Rend = (Vcc - R·I) / Vcc = 10 / 24 = 42%


Las pérdidas de potencia en el inducido, con corriente de 10 Amperios:


   P = I^2 · Rm = 10*10 * 1.4 = 140 vatios


Si dimensionas bien los componentes (para 20 Amperios) es más fácil que se te queme el motor que se queme el transistor o el diodo

Saludos.