Комментарии 80
К сожалению, формат короткой статьи для хабра
Intelсмотрите, у человека это короткая статья.
Выглядит интересно, круто что выкладываете наработки.
Может глупый вопрос, но скалярное управление - это ограничение железа или только вопрос прошивки? А то казалось бы - даже вход для энкодера есть, т.е. можно не только векторное но и close-loop управление сделать.
MC3PHAC Monolithic IntelligentMotor Controller - для самых простых частотных преобразователей годный вариант. Делал когда-то. Потом пропал смысл что-то делать.
Крутой проект, давно, когда занимался системами управления асинхронными приводами, контроллер реализовывали на DSP процессоре Texas Instrument, TMS вроде из серии 320. В те времена в России бешено шла “автоматизация” даже в глухих деревнях демонтировались водонапорные башни и заменялись ПЧ-насос и датчик давление с ПИД регулятором и оказалось, что скалярного управления было достаточно для рынка, что векторным или даже прямым управлением моментом (DTC) не было смысла заниматься, а потом оказалось, что закупать ПЧ из Китая и не только (ABB, Siemens и пр.) стало “дешевле” и быть просто сервисным центром.
Интересный проект! Но, как было правильно подмечено - "цель должна оправдывать средства"...
Спасибо, прочитал с удовольствием. Видно, что написано профессионалом со знанием дела. Я приводчик, на фирме делаем тоже самодельные частотники, и ни одно слово в статье у меня не вызвало какого-либо дискомфорта или "да зачем так делать".
Единственно что не очень понял исходный посыл - большинство промышленных электродвигателей на 380В линейного действующего напряжения. Частотником, который питается от однофазной сети, такое напряжение не выдать. Значит или нужен более низковольтный электродвигатель, что относительная редкость, или недоразгонять/недогружать до номинала двигатель на 380В. Какой юзкейс такого частотника? Почему не трёхфазный с 540В на шине постоянного тока?
Двигатели на 380 В когда их обмотки включены звездой.
Но у обычных асинхронных двигателей в клемной коробке всегда можно перекинуть перемычки на подключение треугольником. И тогда номинальное напряжение будет 220 В.
На шильдиках обычных двигателей также всегда указываются параметры и для звезды и для треугольника.
Поэтому в статье на схемах везде подчеркнуто, что подключение производится по треугольнику.
Далеко не во всех асинхронниках выводится 6 концов обмоток.
Да, но есть двигатели 380/660. Поэтому на 380 В универсальный вариант частотника.
Мелкие движки - осбенно вентиляция, ставятся вообще на расщепителях. Приходит одна фаза 220В и расщепляется на 3 фазы 220В, движок соединяется треугольником и в работу. Когда на 0,036кВт ставится частотник - движок дешевле электроники - это значит работают ведущие поставщики вентоборудования.
Мне кажется, что фазорасщепители и т.д. - это скорее домашнее использование, так называемый SOHO. Например, готовое законченное изделие, которое расчитано на подключение в обычную розетку. При проектировании не притянуть 3 фазы, а использовать одну - это очень узкий кейс, связанный с какими-либо ограничениями, а не стандартное решение.
Вентиляшка вся сидит на таких решениях. Когда на мотор 50Вт ставят шкаф управления с частоником, потому, что промышленный двигатель 3*380. Потом начинаешь искать, чем его защитить по 3 фазам - токи маленькие. И приходится, чтобы не городить огород, делать питание на 220В - токи нормальные, автоматы, селективность и т.д.
Какая-никакая, а ниша однако.
Кстати на чипмейкере как-то была тема "Регулятор оборотов на ардуино" .
3 фазы из одной получают повышающим ККМ
Посмотрел исходники вашего проекта, вы используете либу Inverter_firmware/MotorControlLib, и как я правильно понял из либы у вас PMSM, все важные алгоритмы для вашего проекта закрыты, есть только ашники. Плюс в статье у вас ACIM привод, а pmsm не равно ACIM в управлении, если вы хотите реализовать foc для amic, придется писать самостоятельно алгоритмы (и там действительно все не просто, почитайте реализацию наблюдателей хотя бы для pmsm). Да и векторное для АС приводов у вас не заработает с этой либой никогда. Для скалярного управление это библа тоже не подойдет (как я правильно понял поэтому в сами и реализовывали скаляр. управление). Идея хорошая), но без алгоритмов все будет провально. Если вы использовали эту либо значит не совсем понимаете как векторное управление реализовывается на практике (могу ошибаться), почитайте Анучина А.С. (https://habr.com/ru/company/npf_vektor/blog/389793/ в статье Векторная датчиковая структура управления асинхронным двигателем) . посмотрите проекты: VESC-controller, ODrive) Удачи с проектом! Хорошая статья!
Согласен. Примение закрытых библиотек это недостаток. Но я не нашел тогда открытых проектов с понятным описанием теории. И библиотеки Freescale были на тот момент самыми убедительными.
Но выложенные исходники точно работают с асинхронными двигателями и в скалярном режиме.
С проектами на которые вы дали ссылки я знаком. Интересные безусловно.
А вы думали использовать плис + мк. На плис гораздо легче откатать алгоритмы foc , управление ключами и т.п. а на мк вынести только ui управления кнопки и др. ? Плюс когда вы развяжите критично важный узел через плис, программирование мк будет сказка очень легко. На мк легче навернуть пром сети и др. А foc для acim уже будет сам все на плис.
С использованием ПЛИС я встречал проекты в научной литературе.
Но сейчас есть микроконтроллеры на 1 ГГц с плавающей точкой двойной точночсти и пикосекундными градациями длительности ШИМ импульсов. Можно делать очень сложные алгоритмы FOC.
Я все же думаю что больше всего упрощает отладку цифровых алгоритмов использование плавающей точки.
Крутейшая защита - дублирование или троирование.
Для этого делают многоядерные uC c lockstep
В случае же с ПЛИС будет гораздо больше проблем с кондиционированием сигналов, т.е. приведением их в кондицию безопасную для самой ПЛИС.
Необходимость в ПЛИС я вижу когда речь идет о мультифазном многоступенчатом управлении. Таких стандартных блоков просто нет в микроконтролерах общего применения. Но это речь о мощностях в десятках киловат на централизованной платформе.
Ширина полосы пропускания вашего датчика тока - 120кГц, время отклика на скачок тока - 3(!!!) мксек, а суммарное 4. То, что вы не спалили ни один силовой модуль иначе как чудом не назвать. Он годится максимум косинус фи мерить.
Да, задержки отклика измерителей тока является проблемой.
Синхронизация момента выборки и центрально симметричный ШИМ помогает решить проблему.
А зачем удорожание? В модуле выведены три силовых эмиттера отдельно, что очень удобно для формирования трёх значений, представляющих значения фазных токов, сформировать ШИМ для каждой фазы при этом много проще, однако собраны в кучу, и так представляю действительно реализуют простое ограничение по току. И очень интересно как реализовано считывание тока с шунта Ibus, судя по схеме, там отрицательное относительно Dgnd напряжение. Полный отказ от Microchip из-за ошибки схемотехника, ну такой себе вывод.
Нет, шунты в эмитерах не являются удобством. Поскольку они привязаны к силовой земле. А микроконтроллер измерения ведет по отношению к своей аналоговой земле. В промышленных частотниках используют кучу деталей чтобы развязать эти земли и сохранить целостность сигнала.
Я решил взять детали дороже, но уменьшить общее их количество и разнообразие. При этом упростилась трассировка и повысилась гибкость применения.
А в маломощных одноплатных схемах, да, сигналы с шунтов эмитеров можно сразу подавать на АЦП микроконтроллера, и тогда это удобство.
В старых(?) Yaskawa/Omron серии 3G3JV/CIMR-J7 МК вполне себе сидит на минусе звена постоянного тока. Отвязаны только интерфейсные сигналы.
Схемотехнических приемов куча, от соединений Кельвина до трансформаторов тока, последние выигрывают вообще по всем позициям. Так что с измерением шунта Ibus?
до трансформаторов тока, последние выигрывают вообще по всем позициямСамое выигрышное в ТТ — гальваническая развязка. А так, транс имеет индуктивный характер — и, как следствие, запаздывание сигнала. Транс может работать только на переменке — а тут преобразователь частоты. То есть, на выходе может быть и 1 Гц. На такой частоте с ТТ про точность можно сразу забыть :)
Термосенсоры я разработал так чтобы их мог запаять контрактный производитель, а выносными отдельно монтируемыми сенсорами они не занимаются. Т.е. выбор сенсора был просто вопросом технологичности сборки.
По поводу шунтов против холлов, то я сейчас тоже бы предпочел что-то вроде дельта-сигма модуляторов AMC1303x. Но специализированные приемники для таких модуляторов есть только в очень нишевых микроконтроллерах или ставить те же ПЛИС. Это расходится с нашей линией максимальной универсальности платформ. Я сейчас рассматриваю возможность применения для этого демодуляторов STM32H753
простите, а почему вы, например, на лидеров рынка не посмотрели? Например ABB, Siemens?
Так по сути ПЛК встроен, функционал богатый, защита, гарантия, интерфейсы, вот это все.
К нам какой продавец не придет, то всегда с утверждением что они лидеры рынка.
Про лидерство ABB и Siemens не знал.
Видимо в каждом регионе свои лидеры. Omron он же Yaskawa тоже имеет функции ПЛК.
Тут надо еще помнить, что многие модели разных производителей выполнены на одинаковых платформах. Поэтому сам брэнд еще не говорит об оригинальности платформы.
Ну как бы мировая доля в преобразователях частоты в сегменте до 1000 В - это достаточное основание для утверждения про лидерство.
По регионам - только в США ситуация другая, насколько я знаю. Азиатский регион - тоже в тройке, в ЕС понятно что просто первые два места.
Как раз таки у Сименса и АББ своя платформа, если уж говорит про китайцев, то скорей будет наоборот))
Сименс? Серьезно? Лютый проприетарный пипец. Из серии: купи наш двигатель, наш частотник, наш кабель, наш SDK, вызови нашего специалиста или поучись в нашем центре - и вот тогда...
P.S. Я работал в Сименсе.
Хмм, в ЕС они работают немного по другому. Но это не отменяет того факта, что они лидеры рынка и у них есть чему поучиться в смысле железа, в том числе надежности преобразователей.
Сименс? Серьезно? Лютый проприетарный пипец.Не настолько лютый, как когда-то. Но то, что Сименс — это католическая свадьба, это точно.
С другой стороны — ну и пусть, что лютая проприеритарщина. Автор же не проприеритарщину копирует, а на общий дизайн смотрит. Сименс можно ругать бесконечно, и даже по делу. Но с инжинирингом у них всё достаточно качественно, а документирование просто на недостижимой для других высоте.
купи наш двигатель, наш частотник, наш кабель, наш SDK, вызови нашего специалиста или поучись в нашем центре — и вот тогда...С приводом попроще будет, чем с остальным. Три фазы — они и в Африке три фазы.
В защиту «наш кабель» могу сказать, что доводилось собирать в полях и ProfiBus, и всякую полукустарную модбасину… ProfiBus с «нашим кабелем» и инструментом для зачистки собирается, как лего — быстро, правильно и аккуратно. А с вариантом «сделай сам» можно в несколько раз больше времени потратить — и тратили. В итоге, «наш кабель» оказывается даже экономнее :)
Я работал в Сименсе.Я тоже :)
От чтения сложилось впечатление описания некоего "сферического" ЧП в вакууме с непродуманным ТЗ. Вообще не понятно, что хотел получить в итоге разработчик и для чего применить!!
Нельзя разрабатывать устройство вне знания о сфере его будущего применения, ведь от этого, по сути, зависит весь концепт. Так, например, ЧП для питания двигателя электромобиля это одно, а для питания станка другое, в первом случае микроконтроллера может не быть вовсе.
Признаюсь, глядя на нынешних "разработчиков", покорителей ЕГЭ и "Ардуино", становится "спокойно" за будущее России.
Учитесь создавать преобразователи и привода у Meldas.
С интересом прочитал вашу статью. Как раз недавно в голове вертелась мысль сделать простой и дешевый, максимально упрощенный чп на мощность не более 1 кВт, доступный для повторения радиолюбителям и самодельщикам. Я хотел реализовать следующие особенности:
Игбт мост на рассыпухе, чтобы можно было подбирать транзисторы в зависимости от цены и необходимой мощности
Пассивное охлаждение
Одноплатный вариант, встраиваемый, например сразу в щит.
Минимум управляющих интерфейсов или вообще без них (например, rs232)
Установка оборотов - фиксированная, потенциометром прямо на плате, или рядом с ней, пуск/стоп - парой сухих контактов.
Управление 3х и однофазным двигателем.
фильтры эмс на плате предусмотреть, но установка на усмотрение собирающего.
Область применения - маломощные бытовые асинхронные однофазные и трехфазные двигатели (насосы, маломощные сверлильные и пр. станки)
Как вы считаете, исходя из вашего опыта, такая разработка была бы интересна широкому кругу потребителей?
Если в этом дивайсе основная польза в снижении габаритов, то да такие тренды устойчивы.
Но тогда уже надо переходить на SiC MOSFET и делать унивесальную платформу.
Управление как асинхронными так и синхронными двигателями, гибридными и прочими. Тут я вижу привязку частотников к рынку моторов. Надо следить за преобладающими технологиями моторов. Тренды говорят что обязательно там должна быть и IoT технология, т.е. беспроводные интерфейсы, связь с облаками, нейросетевые алгоритмы предиктивной диагностики и большие данные.
Но рынок DIY мастеров готовых купить насос или станок без инвертора, а потом искать инвертор к нему я плохо знаю. Тут ничем помочь не могу.
Может там большой спрос будет просто на add-on к Arduino. Тоже по своему интересно.
Ворвусь, извините. Одноплатный вариант - очень плохо, ибо силовая плата и плата управления проектируются совсем по-разному. Скрестить ежа с ужом можно, но габарит улетит в космос и обеспечить нормальную ЭМС будет тяжко.
Ну очень сомнительный аргумент. Никто не мешает спроектировать силовую и цифровую части совсем по разному, но на одной плате. И габарит как раз таки будет меньше, как минимум из-за меньшего количества точек крепления и отсутствия межплатных разъемов. ЭМС обеспечивается установкой фильтров по питанию и выходу, а вовсе не дроблением на большое количество плат. Это вообще несвязываемые параметры.
Толщина меди все определяет.
На силовой плате медь должна быть толстой, тогда дорожки можно сделать уже, детали разместить компактней, уменьшится индуктивность, станут меньше шумы от разности потенциалов на концах силовых проводников.
Но на толстой меди нельзя разместить микроконтроллер и другие микросхемы с шагом 0.5 и меньше и зазорами 0.1 мм
Поэтому лучший вариант и повсеместно используемый - это отдельные процессорные модули и отдельно силовые платы.
Делал как то силовое устройство, хотел заказать двуслойку с толстой медью - отказали, сказали что не делают, несмотря на то, что в заказе такая опция есть. Есть только обычный текстолит 35 мкм. Может где-то и можно заказать с толстой медью - надо долго у муторно выискивать. Это не вариант для радиолюбителей и мелкой серии (на которых и расчитывается девайс). Пришлось в устройстве применять старый прием - делать полигоны для пропайки припоем. Девайс под 50А.
У меня речь идет про мощности до 1 кВт, там все это несущественно.
На силовой плате… детали разместить компактней
Минимальные зазоры могут быть против. Более того, для увеличения пути пока, — часто делаются вырезы между проводниками.
Вклад зазоров на больших мощностях очень незначителен. Там пара миллиметров если делать вырезы и вести шины во внутренних слоях. В однофазных частотниках н авнешних слоях делают 2.5 мм между линиями DC шины. Ширина же шин достагает нескольких десятков миллиметров.
И уменьшение этой ширины хотя бы в два раза сильно экономит место.
Хотя конечно можно увеличить количество слоев при тонкой меди.
Но тогда платы становяться дороже. Хотя тот же Omron не стесняется делать по нескольку многослойных плат в одном частотнике, ну так он и дороже даже единичных самоделок.
Мне обычно шеф мешает такую дичь творить)) Вы не сможете (вас пошлет производитель) делать тонкие дорожки, маленькие переходные отверстия и пр на плате с 3-4 унциями меди (105-140 мкм). А, если производитель вас не пошлет, то процент брака будет высок. Помимо этого, в этой плате будет очень много фрезеровки - чтобы путь тока увеличить. Также вам придется ВСЮ эту плату покрывать защитными компаундами из расчета высоких напряжений и токов. Вам придется делать 6-8 слоев, так как надо будет заливать полигоны в попытке хоть как-то экранировать командную часть от силовой (и нет, "установкой фильтров по питанию" вы не обойдетесь).
строго IMHO:
2. пассивное охлаждение потребует мега-радиатор, особенно учитывая летние температуры до 40 градусов Цельсия в тени и монтаж в закрытом щите.
5. потенциометр - только выносной, подключаемый на аналоговый вход. Монтаж на плате приведёт к отказу/ремонту всего частотника при износе копеечного потенциометра.
Погулите слово "Восьмикрут".
1) Как я понял, на управляющей плате, Х3 это вход аварийного выключения. Через гальваноразвязку вы его заводите напрямую на строб буфера U1 силовой платы. Мне показалось, что это может привести к выдаче очень коротких импульсов (плохой контакт линии, наводки) на включение/выключение, при этом, силовые ключи могут находится в линейном режиме. Может быть, стоит завести сигнал на вход аппаратного отключения выходов таймера микроконтроллера? Так можно будет более гибко настроить эту функцию, например, добавить защелки, фильтры, выдержки времени, дополнительную логику и т.д.
2) На управляющей плате есть сигнал BR_ON, который с микроконтроллера заводится на разъем Х9, но больше его нигде нет. Это так и должно быть?
3) Когда-то, для измерения тока в фазах PMSM, использовал токовые датчики Allegro ACS711. В процессе отладки выяснил, что они очень сильно подвержены влиянию внешнего магнитного поля. Рядом с платой стоял отключенный двигатель, и даже вращая ротор рукой, было видно как у датчиков плавает ноль. У своих вы такое не замечали?
Аппаратное независимое отключение буферов - обычное решение в частотниках. Так к примеру сделано в Goodrive20. Если использовать для этого специальный вход у микроконтроллера, то придется отдать на внешний аудит всю программу микроконтроллера чтобы получить серитификат безопасности и саму программу придется писать по жестким стандартам.
Сценарий с линейным режимом не совсем понял как может призойти.
BR_ON был предназначен для управления внешними механическими тормозами, но функциональность не была реализована.
Охотно верю что у датчиков плавает ноль от магнитного поля, он еще плавает от температуры и просто нестабилен во времени. Поэтому их на плате 3, а не два как обычно , и перед каждым запуском ноль перекалибровывается.
Допустим, ключ находится в открытом состоянии. Приходит несколько коротких импульсов, длина каждого меньше времени выключения ключа. Ключ начинает выключаться, выходит из насыщения и заходит в него обратно, при этом на кристалле выделяется дополнительная энергия. Если режим работы был на пределе, такие импульсы могут вывести его из строя. Но это чисто гипотетическая ситуация, обычно у таймеров делают фильтр коротких импульсов. Поэтому, если без помощи микроконтроллера, то хоть моностабильный мультивибратор поставить?
Да, такой сценарий возможен.
Но у нас сигнал на аварийное отключение идет с реле кторое запаздывает не менее чем на 200 мс с помощью конденсатора. А перед этим приходит сигнал торможения.
Отключать буфер на полном ходу дребезжащими концевиками конечно безумие, такое же как отключать на полном ходу выход частотника контакторами.
Тоже интересуюсь темой. Для начала хочу собрать бюджетный вариант:
1.5kW induction motor speed controller with dsPIC33FJ64MC802 and STGIPS30C60
https://disk.yandex.ru/i/oy1nwp7s5xDIpA
Даже комплектацию основную собрал ( "моторный" dsPIC, IGBT-модуль, быстрые оптопары HCPL ), все не соберусь никак с духом, силовая электроника не для слабонервных. :-)
Отличный проект, а почему не рассматривали TI серии C2000 в качестве контроллера?
Это вызвано просто моей сферой интересов.
Я не прфессиональный разработчики инверторов и у меня не было цели сделать еще один заурядный инвертор, оптимизированный по себестоимости c минимально необходимой функциональностью.
Я ориентируюсь на чипы с ядром ARM Cortex и максимально универсальные. Которые бы и двигателем могли управлять и в облака выходить и развитый HMI c GUI на достаточно больших дисплеях поддерживать, и нейросетевые алгоритмы выполнять.
TI я очень уважаю и широко пользуюсь их элементной базой, но их DSP уж слишком остро заточены на целевое применение. Они очень умело привлекают к своим технологиям типа InstaSPIN-FOC. Но с другой стороны у них медленный древний JTAG для отладки, некая собственная среда разработки Code Composer (очень мне не нравится) , плохо с float point вычислениями, их алгоритмы теперь может сгенерировать и Matlab. Я уже не ищу проприетарные библиотеки, а моделилирую все в MATLAB и оттуда генерирую нужные исходники. Таким образом проприетарные библиотеки для управления двигателями для меня сильно потеряли свою ценность.
Да и перспективы у ARM Cortex гороздо шире чем у серии C2000. Должен уже скоро выйти Cortex-M55, и тратить время на освоение какой либо старой архитектуры не с руки
Но обычно не совмещают собственно сам контроллер инвертора и контроллер, который занимается всякими экранами и прочими интерфейсами.
Code Composer , к слову, это обычный эклипс, со своими плагинами, так много кто делает сейчас.
Согласен, не совмещают.
В статье это и показано. Только в китайском частотнике стоит один микроконтроллер.
Это, конечно, рисковано делать все на одном ядре.
Но если делать на двух или более чипах, то возникает проблема межпроцессорного взаимодействия и усложнение отладки.
Я понимая всю степень риска предпочитаю все же удобство отладки в противоположность архитектурной надёжности.
Поскольку опыт говорит, что архитектурная надежность не успевает сыграть значительную роль. Если завис, скажем, CAN интерфейс, то неважно на каком ядре работало управление двигателем, но цикл агрегата будет запорот. Т.е. программно-аппаратные баги превалируют.
Эклипс приходится порой запускать, но он уступает отладчику IAR по удобству и полноте инструментов отладки.
Господа, я всё понимаю, но где можно найти на хабре (или где?) внятный материал по ЧП для клозетлуп серводвигателей вроде minas A6 и подобных систем? Зачем там остро необходимы 23 битные энкодеры? Какие китайские аналоги есть не ломучие? Заранее благодарю.
Всё-таки в очень многих нишах ведущие производители, как уже сказали — ABB и Siemens.
Но ещё сильно зависит от ниши: кажется, в нише оборудования для станков ЧПУ Yaskawa берёт одно из первых мест.
Ну, и зависит от требований: вряд ли для условного простого вентилятора имеет смысл брать дорогой инвертор, да. :)
Здравствуйте. С интересом прочитал ваш проэкт. Сам раньше никогда не занимался ПЧ, поэтому много непонятного. Сейчас появилась необходимость отыскания проэкта ПЧ для управления двумя асинхронными двигателями мощностью по 75кВт. Может подскажете в каком направлении двигаться, или возможно есть готовый вариант?
Открытый проект частотного преобразователя для управления электродвигателями