Autor Tema: Proteccion de puente H  (Leído 4977 veces)

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Proteccion de puente H
« en: 03 de Octubre de 2021, 15:05:58 »
Hola a todos, a ver si alguien me puede echar una mano.

Para una maqueta de trenes H0 no digital monté un regulador poniendo para la salida un LMD18200. Son caros pero prácticos y muy fáciles de utilizar, ya que por un pin se aplica la señal PWM para controlar la velocidad, por otro la dirección y por otro una señal para parar el motor.
El regulador ha estado funcionando durante bastante tiempo sin ningún tipo de problema, hasta que ha "saltado" uno de los puentes, seguramente por un cambio brusco en la dirección (esto lo estoy cambiando en el código del pic que lo controla para que al cambiar de dirección vaya bajando progresivamente la velocidad, cambie la dirección con el motor parado y vuelva a arrancar el motor poco a poco).

Para evitar que vuelvan a saltar, ¿cuál sería la mejor protección? Estoy pensando en dos opciones:

- Red snubber en paralelo con el motor, con un condensador de 68nF y una resistencia de 10 Ohm.
- Transil en paralelo con el motor (tengo a mano varios 1.5KE20CA bidireccionales, que para motores de 12 Vdc creo que sería suficiente.

¿O sería mejor poner las dos cosas?

Muchas gracias!!!

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Re:Proteccion de puente H
« Respuesta #1 en: 03 de Octubre de 2021, 15:34:34 »
No sé cómo es el circuito, pero en algunos puentes en H intentar frenar el motor muy rápido produce el efecto de transmitir la energía eléctrica "hacia atrás". Es decir, el motor del tren se convierte en un generador eléctrico del que se absorbe energía eléctrica, que se inyecta en la línea de corriente continua. Esto hace que se eleve la tensión y puede llegar a quemar el circuito.

La solución no está en proteger el puente en H por el lado del motor, sino en limitar la tensión de alimentación del puente con un transistor o resistencia que absorba la energía de frenado cuando la tensión se eleva demasiado.

Los trenes de verdad llevan unas resistencias en el techo para realizar la operación de frenado regenerativo sin inyectar corriente en la línea de alimentación. La energía de la frenada se disipa en las resistencias del techo.

 

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Un saludo.

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Re:Proteccion de puente H
« Respuesta #2 en: 03 de Octubre de 2021, 15:54:21 »
Gracias por contestar, Picuino.

Según el datasheet, cuando se aplica el frenado la salida se cortocircuita a través de los mosfet del puente. Supongo que la situación será parecida e incluso acentuada porque se está invirtiendo la polaridad con el motor aún en movimiento cuando hay un cambio brusco de la dirección.
Los motores son de 12Vdc nominales, pero he medido tensiones de 16 ó 18V funcionando (alimentación filtrada desde trafo de 12V sin estabilizar), y corrientes de 1 A (1,5 cuando está tirando de muchos vagones)
En estas condiciones, ¿con una resistencia de 0,5 Ohm sería suficiente? Estaría disipando 1,5*1,5 *0,5 = 1,125 W

Muchas gracias!!!

Desconectado Picuino

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Re:Proteccion de puente H
« Respuesta #3 en: 03 de Octubre de 2021, 17:25:01 »
Voy a empezar por leerme el datasheet del LMD18200
https://www.ti.com/lit/ds/symlink/lmd18200.pdf

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Re:Proteccion de puente H
« Respuesta #4 en: 03 de Octubre de 2021, 17:29:23 »
¿Qué resistencia tienen los motores eléctricos del tren cuando están parados?
Se puede medir poniendo una tensión de 1Voltio en bornes de alimentación del motor y midiendo la corriente con los motores parados o bien inyectando 100mA y midiendo la tensión, con los motores parados.

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Re:Proteccion de puente H
« Respuesta #5 en: 03 de Octubre de 2021, 23:02:19 »
Gracias por contestar, Picuino.

Según el datasheet, cuando se aplica el frenado la salida se cortocircuita a través de los mosfet del puente. Supongo que la situación será parecida e incluso acentuada porque se está invirtiendo la polaridad con el motor aún en movimiento cuando hay un cambio brusco de la dirección.
Los motores son de 12Vdc nominales, pero he medido tensiones de 16 ó 18V funcionando (alimentación filtrada desde trafo de 12V sin estabilizar), y corrientes de 1 A (1,5 cuando está tirando de muchos vagones)
En estas condiciones, ¿con una resistencia de 0,5 Ohm sería suficiente? Estaría disipando 1,5*1,5 *0,5 = 1,125 W

Muchas gracias!!!

Las protecciones van a saltar tarde o temprano y la idea es que debes disipar esa energía en alguna parte.

Un método al ojo con respecto al caculo de la resistencia, es que debes medir cuando corriente consume el motor a su máximo voltaje y a plena carga (vagones con su máxima capacidad).

Esto lo puedes hacer simplemente aplicando el voltaje máximo y con un amperímetro, sin tu circuito de control.

Esa resistencia estará en serie con el motor, de tal manera que cuando sucede el freno o inversión de giro brusco, la resistencia disipe el forma de calor esa energía.

Aquí puede existir dos problemas:

1. El valor de la resistencia que calculas puede ser muy grande con respecto a la resistencia del motor y en condiciones normales se convierte en un divisor de tensión.

2. La corriente que va a circular por el transistor que cortocircuita los terminales del motor para que frene es muy alta.

Para solucionar ese problema, la resistencia que disipa la energía debe conectarse se paralelo al motor sólo durante el frenado.

Mediante un relé a manera de interruptor, cuando activas la señal de frenado, también activas al relé, de esa manera conectas momentáneamente la resistencia para disipar la energía.
Tengo una idea algo difusa sobre MPLAB Harmony, XC32 con PIC32

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Re:Proteccion de puente H
« Respuesta #6 en: 04 de Octubre de 2021, 05:36:04 »
Por los valores de tensión que soporta el driver y los valores de corriente que ha dado fuente, creo que el problema va a estar en la corriente máxima que soporta el driver, que se puede superar con facilidad.
Lo veremos con el valor de resistencia del motor.

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Re:Proteccion de puente H
« Respuesta #7 en: 04 de Octubre de 2021, 12:53:47 »
Hola a todos.
He medido la corriente en tres locomotoras diferentes utilizando una pila alcalina de 1,5972 V.
La corriente ha estado entre 30 y 40 mA aproximadamente, lo que coincide con la resistencia medida con el polimetro más o menos.
No son las locomotoras con las que suele funcionar porque el regulador se lo monté a un amigo y no las tengo a mano. Las que he medido son de mi hijo, que son parecidas.

En las hojas de datos de otros puentes recomendaban la red snubber con los valores que indiqué en el primer póster, por eso lo estaba barajando, pero mejor preguntar y aprender.

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Re:Proteccion de puente H
« Respuesta #8 en: 04 de Octubre de 2021, 13:10:50 »
La red snubber siempre te vendrá bien, pero no es la razón por la que se ha quemado el integrado.

La resistencia que has medido es:

   R_motor = V / I = 1.5 / 0.035 = 43 Ohmios

Esa resistencia es demasiado alta, no me cuadra.
Si paras la locomotora y la alimentas con 12V tendrás la corriente de arranque, que es la máxima corriente que absorbe el motor:
 
   I_arranque =  V_alim / R_motor = 12V / 43 Ohm = 0.28 Amperios

Ni siquiera llega a valer 1 amperio que decías que consumía el tren en marcha.

La resistencia que yo esperaba está en torno a los 3 ohmios. Alimentando con 1.5 Voltios debería absorber cerca de 0.5 Amperios con el motor parado.

¿Es posible que haya un puente de diodos entre la alimentación y el motor?
Prueba con dos pilas en serie a ver que pasa.

Un saludo.

 

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Re:Proteccion de puente H
« Respuesta #9 en: 04 de Octubre de 2021, 13:21:13 »
Hasta esta noche o mañana no voy a poder medirlo porque no estoy en casa.
También es verdad que el regulador ha estado funcionando sin problemas durante varios años, y sabiendo en mano de quien está, me puedo esperar cualquier cosa.
La corriente de 1 A que mencionaba tampoco es muy fiable, por las condiciones en las que la medí en su día.
Si tomamos como buenas las medidas que he hecho ahora ¿cual sería la mejor forma de protegerlo?

En cuanto a lo del puente de diodos, no. No lo hay. He desmontado las locomotoras para limpiarlas varias veces y no hay ningún puente por medio.

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Re:Proteccion de puente H
« Respuesta #10 en: 04 de Octubre de 2021, 13:47:59 »
Ese puente aguanta una corriente de 3 Amperios, con picos transitorios de 6 Amperios. Con ese motor que has medido no hace falta protección ninguna. Es demasiado pequeño y maneja corrientes muy bajas como para que queme el puente. Ni siquiera en un arranque brusco o con una inversión de polaridad vas a quemarlo. Se quemará antes el motor.

Otra cosa es un motor que consuma 1.5Amperios con carga. En el arranque puede pasar fácilmente de los 3 Amperios máximos y en una inversión de giro mucho más

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Re:Proteccion de puente H
« Respuesta #11 en: 04 de Octubre de 2021, 13:57:50 »
El datasheet no habla en ningún momento de redes snubber, pero no estaría de más añadir una para el motor grande.
Pondría una resistencia igual a la resistencia del motor y una capacidad que se cargue a tensión de alimentación en 200ns con la corriente nominal, unos 22nF como mínimo.

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Re:Proteccion de puente H
« Respuesta #12 en: 04 de Octubre de 2021, 14:05:18 »
En cuanto al frenado, si lo haces cortocircuitando al motor, solo debes tener cuidado de no frenar muy a menudo para no sobrecalentar el motor.
Si lo haces poniendo el PWM con una velocidad más lenta que la que lleva la locomotora, para frenar despacio, ahí si deberías medir la tensión del condensador del transformador para asegurarte de que la tensión no sube demasiado durante la frenada regenerativa. Si sube mucho, la solución fácil es poner en paralelo un zener de potencia o un zener con un transistor de potencia.

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Re:Proteccion de puente H
« Respuesta #13 en: 05 de Octubre de 2021, 14:15:10 »
Lo bueno de ese driver es que tiene sensado de corriente.
Si utilizas ese sensor para compensar la caída de tensión de la resistencia del motor, lo que puedes conseguir es que el motor se mueva a velocidad constante independientemente del rozamiento o la carga.
A grandes velocidades no se nota mucho, pero a bajas velocidades es una gozada ver cómo el motor se mueve despacito, sin tirones, sin pararse independientemente de la carga que tenga, como un tren de verdad cuando arranca o circula a baja velocidad.

Para conseguirlo hay que inyectar una señal PWM:
   
   PWM = K1 * Tensión_deseada_en_el_motor  + K2 * sensor_de_corriente

El valor de PWM cambiará de 0 para velocidad cero a 255 para velocidad máxima (12V de alimentación)
El valor de K1 = 255 / 12Voltios
El valor de K2 hay que calcularlo o encontrarlo experimentalmente y depende de la resistencia del motor. Una vez bien ajustado, el motor no cambiará de velocidad a pesar del rozamiento y podrá moverse a baja velocidad sin tirones.

Saludos.

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Re:Proteccion de puente H
« Respuesta #14 en: 04 de Diciembre de 2021, 16:38:30 »
Al final puse la red snubber, espero que así aguante.

En cuanto a lo que comentas del sensado de corriente, lo utilizo para detectar consumos excesivos en la vía, que se caiga algo metálico entre los railes, por ejemplo. En cuanto el consumo supera los 2,5 A, se para.

Si tengo tiempo, estudiaré la compensación que comentas, Picuino. Suena interesante.

Muchas gracais a todos por el apoyo!!!!