Pico consumo arranque motor eléctrico

[planeta9999]

Hola.

Tengo un diseño de un circuito con un PIC18 y un MOSFET, entre otros componentes. La carga del MOSFET es un motor eléctrico que tiene un consumo continuo, medido con el amperímetro, de unos 18 Amperios. El caso es que el MOSFET se quema, apenas arrancar, a los pocos segundos, este MOSFET es de 49 amperios 110W, muy por encima del consumo teórico del motor. Tiene a la salida su correspondiente diodo protector, que no se quema.

Despues de darle vueltas al tema, solo se me ha ocurrido que el motor tenga un consumo de pico en el arranque muy superior a los 49 Amperios máximos que aguanta el MOSFET, otra cosa ya no se me ocurre.

Le he preguntado al cliente si tiene la hoja de características del motor, o la referencia, y me dice que no. La cuestión es ¿ cuanto suele ser el consumo de pico en el arranque de un motor eléctrico, con respecto al consumo continuo ?.

Tengo por aquí un motorcito pequeño, que de manera continua a 12v, consume 550mA, y según el amperímetro de la fuente, al darle tensión  me da un pico de consumo de 2.6 Amperios en el arranque, osea unas 5 veces el consumo continuo que tiene el motor. ¿ Es válida esta regla de considerar que un motor eléctrico va a tener un pico de consumo en en el arranque, de unas 5 veces el consumo continuo, o varia mucho de unos motores a otros ?.

En fin, después de estar un rato largo, larguisimo hablando con el cliente por teléfono, porque no estamos en la misma ciudad, he quedado en montarle otra placa con un MOSFET de 280 Amperios 330W de disipación, en vez de el de 49 Amperios 110W que tenía puesto, y espero que con este si que aguante sin problemas, además así también le disipará mucho mejor el calor, y ya puestos, aunque no se quemó, le voy a cambiar el diodo de protección de 10 Amperios, por uno de 25 Amperios.

Saludos.

[KILLERJC]

En los motores de AC estamos normalmente hablando de 5 a 7 veces la corriente nominal.
En los motores de AC se comportaria como un transformador con el secundario cortocircuitado. Al estar el rotor inmovil.

En el motor de DC al no existir una una FEM, simplemente la maxima corriente de arranque va a estar dada por la resistencia del bobinado del rotor ( asumiendo que sea de imanes permanentes)

El tema esta en cuanto tiempo necesita para empezar a moverse el motor, si la carga que maneja el motor es pequeña y alcanza rapidamente la velocidad entonces tu MOSFET deberia aguantar el pico de corriente ese, lo deberias ver con el datasheet, tendrias la grafica del SOA.
Tambien deberia tu MOSFET ser activado lo suficientemente rapido para disminuir la potencia en el switching y entrar en el SOA,

Por lo que comentas se esta quemando por potencia disipada a los pocos segundos.
Normalmente el maximo que dan esta MUY limitado a mantener la temperatura de carcaza a 25ºC asi la temperatura de la juntura no excede los valores permitidos. Creo que el principal valor que deberias considerar en potencia es la temperatura virtual de juntura y que no exceda su valor.

Una prueba que haria para ver si el MOSFET es capas de soportar esa corriente es bypasear el MOSFET con una llave, activar la llave para que el el motor pase la parte de arranque, y luego activar el MOSFET + abrir la llave, de esa forma el MOSFET lo unico que deberia aguantar es la corriente de marcha, y ver cuanto dura.

PD: MOSFET Cual?, Y marca del motor/tipo aunque sea ?

[planeta9999]

El MOSFET que le puse es un IRFZ44 de 49 Amperios, 100W de disipación. Ahora he pedido MOSFET de 280 Amperios 330W de disipación para reemplazarlos, y diodos de protección de 25 Amperios (se los puse de 10A, aunque estos diodos no se han quemado).

El motor ni idea de su referencia, ese dato no me lo ha dado el cliente, y tampoco lo tiene fácil porque va dentro de un fusil de paintball o algo así, y desmontar la carcasa para sacarlo ya me dijo que está complicado.

Solo se que consume en marcha 18 Amperios y es de continua. No se el pico que consume en el arranque, que para mi es lo que está quemando el MOSFET, esa era mi duda. En las pruebas que he hecho con un motor más pequeño que tengo en casa, el pico de consumo en el arranque se multiplica por 5 con respecto al consumo continuo 2.5A/500mA. De ahí mi consulta, si se puede considerar un dato estandar para motores de continua, que su pico de consumo en el arranque sea de 5 veces el consumo en funcionamiento o es algo que puede variar mucho según el motor.

Si esa regla de tener un pico de consumo de 5 veces en el arranque se cumple, entonces para este motor que consume 18 amperios en marcha, el consumo en el arranque rondaría los 90 Amperios, y eso explicaría que se queme un MOSFET de 49 amperios. No le he encontrado otra explicación, porque el circuito en mi casa con el motor que tengo de 500mA funciona perfectamente.

[KILLERJC]

Si esa regla de tener un pico de consumo de 5 veces en el arranque se cumple, entonces para este motor que consume 18 amperios en marcha, el consumo en el arranque rondaría los 90 Amperios, y eso explicaría que se queme un MOSFET de 49 amperios. No le he encontrado otra explicación, porque en el circuito en mi casa con el motor que tengo de 500mA funciona perfectamente.

No creo que el Multimetro tenga la velocidad suficiente como para determinar el maximo Pico. Aun asi medi con el multimetro la resistencia del motor, V/R te deberia dar la corriente pico del motor. Nuevamente estamos hablando de motores de DC y no sabemos que motor se trata, pero imagino que tiene delgas y es de imanes permanentes que seria lo mas "comun" para un motor de DC.

Ademas no estas teniendo en cuenta la corriente de conduccion al comparar el de 500mA con el otro que consume 18A para decir que "funciona perfectamente" Yo creo que el principal problema es que no puedas tener un motor a tu lado y probarlo. Deberias pedir uno. Sino asi a la distancia es un dolor de cabeza 

[planeta9999]

Si esa regla de tener un pico de consumo de 5 veces en el arranque se cumple, entonces para este motor que consume 18 amperios en marcha, el consumo en el arranque rondaría los 90 Amperios, y eso explicaría que se queme un MOSFET de 49 amperios. No le he encontrado otra explicación, porque en el circuito en mi casa con el motor que tengo de 500mA funciona perfectamente.

No creo que el Multimetro tenga la velocidad suficiente como para determinar el maximo Pico. Aun asi medi con el multimetro la resistencia del motor, V/R te deberia dar la corriente pico del motor. Nuevamente estamos hablando de motores de DC y no sabemos que motor se trata, pero imagino que tiene delgas y es de imanes permanentes que seria lo mas "comun" para un motor de DC.

En el amperímetro de la fuente, con el motor pequeño de 500mA, me llega a marcar en el arranque un consumo de hasta 2.8 Amperios y luego se queda en 500mA durante el funcionamiento, tiene una resistencia de 0.94 ohm, ¿ eso son 12 amperios de consumo de pico a 12 voltios ?.

En cuanto al motor grande, le he hecho medir al cliente la resistencia del bobinado, y me ha comentado que 0.5 ohm, aunque el tester que tiene es de los malos, no es nada fiable lo pueda haber medido. ¿ el consumo de pico para 12 voltios, serían 24 amperios ?, de ser así no me explico como se quema un MOSFET de 49 amperios, seguramente la resistencia del bobina es menor.

[AcoranTf]

Normalmente los mosfet soportan corrientes de pico casi 100 veces superiores a la nominal por un tiempo muy pequeño, que esta indicado en la hoja tecnica Pero ojo hay un parametro muy importante y que no habeis mencionado, este es la RDSon, (en ese mosfet es de 0,028 Ohm), o sea la resistencia que presenta el mosfet en estado de conduccion y sirve para calcular la potencia que disipa el propio fet, este parametro interviene en el funcionamiento a largo plazo, no en el arranque. Con esa resistencia y esa corriente la disipacion es despreciable, por lo que supongo que no va por ahi el problema.
Por otro lado el pico de corriente de arranque de un motor, aparte de sus propias caracteristicas, tambien depende de la carga mecanica que se oponga al arranque. Una solucion sencilla si el problema es de arranque seria arrancarlo suavemente, por medio de un PWM que aumente el duty desde aproximadamente un 30% hasta dejarlo al 100% en varios segundos.

Saludos.

[Chaly29]

Hola planeta9999, definitivamente la medición que realizó tu cliente no es de utilidad, ya que ese motor, como máximo debe de estar en los 0.2 ohms. Y para medir esos valores necesitarías de una medidor de bajos ohms y aparte influirán las escobillas del propio motor, por lo que para hacer una medición correcta deberías de desarmarlo y medir el rotor y los campos si son bobinados.

Ese motor fácilmente diría que por lo menos en el arranque esta consumiendo 7 o 8 veces su intensidad nominal. O sea hablamos de 126 o 144 ampers.

Tu medición con el amperímetro de la fuente no es muy confiable, ya que el amperímetro en cuestión seguramente es extremadamente lento, por lo tanto si a ti te a dado 5 veces la nominal, pues de seguro es mucho más alto que eso.

No se que mosfet piensas usar en reemplazo (ese que dices de 300A), pero estoy casi seguro que no funcionaría, ya que esos 300A saben ser "ficticios", o sea son ampers de pico y no constantes. Y el problema con este motor en particular es que seguramente arranca con carga, por lo que los ampers picos duran varios segundos hasta que logra la velocidad nominal, por lo tanto ese mosfet casi seguro no serviría.

Yo te recomendaría usaras varios mosfet en paralelo, que siempre es mucho mejor que uno grande, ya que la RDSon disminuye.

En tu situación usaría por lo menos 3 o 4 IRF3205 en paralelo y probaría los resultados, por supuesto todos montados sobre un disipador.

Por otro lado, si controlas el arranque con PWM, necesitarás más diodo de protección, por lo menos 3 o 4 veces la intensidad nominal, para esto te recomiendo el uso de 3 o 4 MUR1620 (ambos diodos en paralelo), o sea uno por cada mosfet.

Espero te sea de ayuda.

Un saludo.

Atte. CARLOS.

[planeta9999]

Gracias Acoran y Chaly.
El problema es que el PCB ya está hecho, y además por error mio lo he tenido que enviar a fábrica dos veces, la primera invertí la polaridad de unos CD4066 y en la segunda había equivocado la conexión de los interruptores de esos mismos chips.

Además no queda espacio para añadir nada más, ahora confío que metiendo estos MOSFET de 280A las cosas vayan mejor, es pasar de 49A a 280A, y luego podría probar también a arrancar el motor como dice Acoran, con un PWM que vaya incrementando el duty cycle hasta llevarlo al máximo, a ver si así el pico de arranque aún se amortigua más.

Cruzo los dedos, porque tener que rediseñar la parte de potencia, sería un caos, mandar por cuarta vez la placa a fabricar ya es demasiado, aparte de que no hay espacio, a menos que coloque los otros MOSFET en la cara inferior. Voy a ver si con los nuevos MOSFET la cosa tira.

Lo de que el amperímetro de la fuente no llega a reflejar el pico máximo de consumo real ya me lo imagino, pero si ya me indica 2.8 Amperios para un motor que consume 500mA cuando está rodando, ya me hago una idea de que el problema es ese, el MOSFET se me quema por el pico de consumo en el arranque. No he encontrado otra explicación para que se queme un MOSFET de 49 Amperios conectado a un motor que consume 18 Amperios.

[Fer_TACA]

Ese motor fácilmente diría que por lo menos en el arranque esta consumiendo 7 o 8 veces su intensidad nominal. O sea hablamos de 126 o 144 ampers.
Atte. CARLOS.

Fácilmente un motor trifásico en el momento inicial de arranque (o golpe de torque) el Irisk suele superar las 8 veces la tensión nominal, llegando el algunos casos a las 10 o 12 veces.

.................... Y el problema con este motor en particular es que seguramente arranca con carga, por lo que los ampers picos duran varios segundos hasta que logra la velocidad nominal, por lo tanto ese mosfet casi seguro no serviría.
Atte. CARLOS.

 Si el motor está bien diseñado la duración de esos picos de arranque NO deben durar mas de los 100-150 msg.
Lo que si sucede es que después de ese tiempo la corriente no cae de golpe hasta la nominal sino que durante 1-2 segundos baja y se mantiene como 3-4 maximo la nominal hasta conseguir la velocidad normal de rotación para después caer de golpe a la nominal.

[tapi8]

Fácilmente un motor trifásico en el momento inicial de arranque (o golpe de torque) el Irisk suele superar las 8 veces la tensión nominal, llegando el algunos casos a las 10 o 12 veces.

Como norma general para los trifasicos se asume que va a tragar 7 la I nominal con arranque directo (un simple contactor que le meta corriente), con arranque suave, bien sea con arrancador suave o bien con variador (regulando la rampa de acceleracion), es 3 veces la I nominal. Esto vale para motores de induccion asincronos (jaula de ardilla) no vale para los de imanes permanentes que al no llevar el rotor bobinado tienen unos picos de arranque menores. Los motores Dc con escobillas tambien tienen picos de arranque pero aqui ya no se de cuanto, siempre trabaje con potencias muy pequeñas y nunca me dieron problemas.

ahora confío que metiendo estos MOSFET de 280A las cosas vayan mejor, es pasar de 49A a 280A, y luego podría probar también a arrancar el motor como dice Acoran, con un PWM que vaya incrementando el duty cycle hasta llevarlo al máximo, a ver si así el pico de arranque aún se amortigua más.

Creo que con ese mosfet te arrancara sin problemas, o eso espero. Si no la solucion que te da Arcoran creo que tambien puede ir bien, aunque nunca lo probe en estos motores.

[Chaly29]

Hola planeta9999, que mosfet son los de 280A que mencionas?

Un saludo.

Atte. CARLOS.

[planeta9999]

Hola planeta9999, que mosfet son los de 280A que mencionas?

Un saludo.

Atte. CARLOS.

IRF2804SPBF
http://www.tme.eu/es/details/irf2804spbf/transistores-con-canal-n-smd/international-rectifier/

Parece que se usan bastante en automoción, según el datasheet, y tiene una Rds bajísima de solo 1.5 miliohm, supongo que eso le permite disipar 330W.

[Picuino]

Hola Planeta.
Si vas a hacer funcionar el mosfet con PWM, el diodo debe ser rápido. En caso contrario el mosfet conduce demasiada corriente durante el paso a corte del diodo y se pueden quemar cualquiera de los dos, independientemente de que la corriente del motor sea baja.

Un saludo.

[planeta9999]

Hola Planeta.
Si vas a hacer funcionar el mosfet con PWM, el diodo debe ser rápido. En caso contrario el mosfet conduce demasiada corriente durante el paso a corte del diodo y se pueden quemar cualquiera de los dos, independientemente de que la corriente del motor sea baja.

Un saludo.

Gracias, lo tendré en cuenta, de momento voy a probar con este MOSFET de 280A sin meter PWM y espero que sea suficiente.

Los diodos también los he cambiado por unos que aguantan 25 Amperios, no me he fijado en la rapidez, solo que aguanten. Antes los puse de 10A, aunque el problema estaba en el MOSFET, se quemaba antes de poder comprobar si los diodos aguantaban, porque el diodo no se llegó a quemar. Supongo que si el motor consume 18 Amperios rodando,  un diodo de 25A será suficiente para proteger el MOSFET del voltaje inverso que genera el motor al quitarle tensión.

Le he puesto este P2500D
http://www.tme.eu/es/details/p2500d-dio/diodos-universales-tht/diotec-semiconductor/p2500d/

[cristian_elect]

Yo ice un circuito con puente H con mosfet para un motor de 10A 48V de imán permanente, los mosfet son de 33A tiene resistencias a tierra con los 2 mosfet para censar corriente así que nunca de malogran. Mas corriente que el de arranque es frenar el motor con toda su carga, ahi no se usa freno mecánico; se usa el mismo motor .