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楼主: armok

主轴电机调速线路的研究与测试 (雕刻机开源项目中,目前讨论得最精彩的帖子)

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发表于 2009-9-19 12:08:54 | 显示全部楼层
【198楼】 cowboy
1、是lm339吧?
2、限幅时的尖峰没什么大的影响吗?
3、限幅的幅度要等于三角波的幅度?
发表于 2009-9-19 12:34:48 | 显示全部楼层
【200楼】 kalo
1、是LM339,LM393用多了老是顺手打错。
2、尖峰会被C1滤掉,有轻微影响,但这里并不是很精准的转速度控制,不必理会。
3、两个幅度是相等,这是电路的关键。

原图的结点太小,再上一个修正的。

(原文件名:未命名.PNG)
发表于 2009-9-19 12:37:43 | 显示全部楼层
谢谢牛版
 楼主| 发表于 2009-9-19 12:51:12 | 显示全部楼层
谢谢牛版
发表于 2009-9-19 13:08:29 | 显示全部楼层
晕,怎么来个牛版,仿真与实搭电路往往有出入,实物并不一定有这么理想,是否可行还有待硬件验证。
发表于 2009-9-20 01:22:44 | 显示全部楼层
希望牛版可以说明一下限幅部分的原理。见笑。。。
 楼主| 发表于 2009-9-20 01:23:53 | 显示全部楼层
今天我在外面跑了一整天。刚才回到家。

明天一早起来搭实物验证。
发表于 2009-9-20 13:44:45 | 显示全部楼层
RE:【205楼】 kalo
用运放组成的限幅电路:
第一个图,输入电压低于V+时,运放输出最大电压,二极管反偏,对输出电压不影响,输入多大输出也多大;
输入电压大于V+时,运放输出电压变低,二极管导通,直至把电压箝位到和V+相等。
第二个图,把二极管方向反一下,原理同上。
第三个图,两个电路组合起来就变成双向箝位。
用比较器代替运放,需要加上拉电阻。而201楼的正向箝位部分既没有上拉电阻也没有二极管,留待自个思考吧:)

(原文件名:未命名.PNG)
发表于 2009-9-20 14:38:47 | 显示全部楼层
谢谢牛版详细解释。还布置作业。。。
正向箝位时,也是光耦导通,三极管充当箝位二极管,R2就是上拉电阻。
 楼主| 发表于 2009-9-20 23:33:13 | 显示全部楼层
刚才将cowboy网友提供的线路搭好:


(原文件名:01.jpg)

信号输入用 Agilent 33220A 函数发生器,产生5K的PWM信号。输出用TEK 1012B-SC 查看波形。

测试结果如下:

   1. 真的可用。并且反应灵敏。

   2. 实测的输出频率是19.4K。 看来应该加大2700pF电容?设想是15K左右。

   3. 输出的波形有抖动。 我用相机放慢速度,拍得以下的图片。频率是固定的,但PWM的占空比在抖动。



(原文件名:02.jpg)

   4. 实测得此电路的最大占空比是: 89%       ------------我希望是接近100%最好能做到100%。
                    最小占空比是: 24.8%     ------------希望能低一些,比如低于10%。
发表于 2009-9-20 23:49:15 | 显示全部楼层
根据cowboy的模拟波形图,输出占空比与R7、C1滤波后的有效电压值有关。(假设555输出的三角波均匀稳定的话)
可能是滤波后输出的电压有波动。加大C1,试试。不过应该会影响反应速度。
发表于 2009-9-21 00:20:32 | 显示全部楼层
正常情况下占空比输出能达到0~100%,可以测量几个关键点:
1 NE555的5脚,直流7.2V;
2 LM339的5脚,直流3.6V;
3 LM339的1脚,限幅后的方波, 顶线7.2V,底线3.6V;
4 NE555的2脚,类似三角波,峰值7.2V,谷值3.6V。

占空比抖动,可能的三个原因:
1 C1上的残余纹波未滤干净,正常应在10mV以下。
2 电源或其它干扰,尽量缩短555的2、6脚引线,LM339的8、9脚引线。
3 看不到电源的滤波电容,焊在底面?至少得有个0.1uf的电容,最好还加个100uf的电解。如有必要,555的5脚,LM339的5脚,可各加一电容0.01uf到地。
 楼主| 发表于 2009-9-21 00:49:40 | 显示全部楼层
好的。明天会详测试。
发表于 2009-9-21 08:48:23 | 显示全部楼层
估计LM339出现自激了,使1脚波型畸变,如果出现这种情况,请试试试在1脚接个1000pF电容到地。
 楼主| 发表于 2009-9-21 15:26:25 | 显示全部楼层
好消息来了。

我们目前使用的是 mach 2 软件进行测试,mach2对主轴PWM控制,只有6个点的数据。即主轴只能输出6个点的PWM。

这两天我详细测试了 mach3 软件,发现它的主轴PWM,几乎是无数点的。

所以,我之前166楼的电路可以直接使用了,不需要再进行四倍频。只要到时我们制订一份S值与真正空载转速的对照表,大家就能编程G代码时使用正确的速度。



(原文件名:SNAG-0030.jpg)
 楼主| 发表于 2009-9-21 15:27:36 | 显示全部楼层
上面 cowboy 的四倍频电路停止测试。

但仍要对 cowboy 的努力表示感谢。这个电路非常有用,说不定迟些我们能再使用到。


下一步我会详细测试 mach3 软件的主轴控制。
发表于 2009-9-21 15:40:15 | 显示全部楼层
谢谢cowboy!
这段小插曲很好。
发表于 2009-9-21 16:28:47 | 显示全部楼层
呵呵,这真是个好消息,用PWM转为4倍频的PWM我就觉得有点别扭,怪怪的感觉,现在能直接用上,显得更专业了。
今天想了一下,昨天阿莫实际测试与仿真相差较远的情况,唯一的可能是出现自激,由于LM339内部没有频率补偿,作为线性应用时极容易自激,因而若以后有机会再用到,务必按【213楼】所述在1脚加入0.01uf电容到地进行补偿才能得到满意的效果。
 楼主| 发表于 2009-9-21 17:37:53 | 显示全部楼层
我换了两个品牌的LM339,情况一样。

是的,我也觉得使用四倍频率的方法比较怪。

测试中我还发现,mach 3 还可以输出速度与频率成比例的方式。即速度越快,频率越高。
发表于 2009-9-23 23:31:32 | 显示全部楼层
MARK
 楼主| 发表于 2009-9-23 23:35:47 | 显示全部楼层
这几天雕刻机生产及网站测试升级的事跑开了。明天回来重新继续本测试。

注:本方案对雕刻机的影响已经重新布了PCB,已经快速打样。 四天后就能拿到。


明天是测试 mach3 的主轴调整的详细PWM波形与特性。
发表于 2009-9-24 08:48:57 | 显示全部楼层
记号
发表于 2009-9-24 16:35:02 | 显示全部楼层
调速板的输出波形会不会对电机的换向器造成更大的火花,导致换向器磨损加剧?我使用交流斩波的调速电路就发现这样的问题存在。
 楼主| 发表于 2009-9-24 16:41:24 | 显示全部楼层
【222楼】 xpxp
调速板的输出波形会不会对电机的换向器造成更大的火花,导致换向器磨损加剧?我使用交流斩波的调速电路就发现这样的问题存在。
---------------------
理论上调整器最终也是以直流的形式加到主轴马达上的。应该不会造成更大的火花,导致换向器磨损加剧。

这是一个很好的质疑。我也乐于做一个对比测试: 用 Agilent E3644A 输出的纯正直流电,与调速器做对比。有人知道如何做对比测试?
发表于 2009-9-24 17:01:30 | 显示全部楼层
超级技术贴!
发表于 2009-9-24 17:22:59 | 显示全部楼层
【222楼】 xpxp
调速板的输出波形会不会对电机的换向器造成更大的火花,导致换向器磨损加剧?我使用交流斩波的调速电路就发现这样的问题存在。
------------------------------
你是交流供电的串激电机吧?可以并联个阻容吸收电路试试。

直流电机应该不会有这个问题,有续流二级管,电流是连续的,不会引起火花增大。
发表于 2009-9-24 17:39:08 | 显示全部楼层
呵呵,八仙过海各显神通
发表于 2009-9-24 18:20:12 | 显示全部楼层
谢谢gzhuli 咕唧霖网友的回复。
我的电机确实是串励电机,此类型的电机是可以直流供电的,当然也可以使用交流电。我使用的是可控硅调速,但是输出接有全桥,供给电机的电应该是直流电了吧?可控硅我是接有RC吸收电路的,曾经试过不同的RC组合,问题还是存在,没有任何改善,不知道怎么解决。
发表于 2009-9-24 18:42:11 | 显示全部楼层
具体要看电路才知道。
发表于 2009-9-25 15:07:29 | 显示全部楼层
我用MULTISIM10.0仿真出来的波形怎么不对啊?
发表于 2009-9-25 19:36:54 | 显示全部楼层
阿莫,我记得主轴电机是没有过流检测的对吗?现在已经加上调速电路了,是不是可以把这个功能加上?
反正电路也增加不多,当电机堵转时可以自动急停,我想会安全很多,毕竟这么多用户,什么情况都会遇到,如果堵转了,刀又没有断,那么步进一直在使劲,对结构的伤害比较大呀
 楼主| 发表于 2009-9-25 19:57:09 | 显示全部楼层
【230楼】 xmysz
阿莫,我记得主轴电机是没有过流检测的对吗?现在已经加上调速电路了,是不是可以把这个功能加上?
反正电路也增加不多,当电机堵转时可以自动急停,我想会安全很多,毕竟这么多用户,什么情况都会遇到,如果堵转了,刀又没有断,那么步进一直在使劲,对结构的伤害比较大呀
----------------------
谁说我们没有主轴限流设计的?

1. 我们是使用变压器供电,本身已经有良好的限流作用,并且电源上已经有了保险丝。这个限流已经足够。
   电机或变压器短时的过流,没有什么害处的。超过1秒应该就能烧断保险丝起保护作用了。

2. 我们的价值68万元加工中心如果碰刀了,仍是不停的转的,既使那时候的阻力很大。有人值守才是正道。

3. 不断加下去,会越来越复杂,也越来越多东西要加入。

再给一个实测支持数据:

1. 主轴电机在平时空转时,电流1A也不到。
2. 电机在启动时,电流可能高达10A 。

你说,电流要限定多少?

限定10A? 我可以告诉你,堵转的电流也不一定有10A (具体要实测一下才能确认)。
发表于 2009-9-25 21:29:23 | 显示全部楼层
mark
发表于 2009-9-25 21:32:32 | 显示全部楼层
我尝试着画个电路看看,不过启动的电流应该是<=堵转的电流的,因为堵转的时候相当于电机线圈只剩下阻抗,感抗没有了(PWM全开时),而启动时最差也就是这个情况。
 楼主| 发表于 2009-9-25 21:39:12 | 显示全部楼层
【233楼】 xmysz
我尝试着画个电路看看,不过启动的电流应该是<=堵转的电流的,因为堵转的时候相当于电机线圈只剩下阻抗,感抗没有了(PWM全开时),而启动时最差也就是这个情况。
----------------------------------
启动的瞬间的电流,应该与堵转电流是同一数量级的。

如果你要建议增加过流控制,请直接修改我们已经定稿的线路图。 如果可行,我们会纳入测试范围。谢谢。
发表于 2009-9-27 05:49:38 | 显示全部楼层
因为个人水平有限,粗略地画了个图,真的是抛砖了,原理倒也不复杂,望诸位高手现身,给出更好的电路。

先贴图,后作说明。


(原文件名:主轴驱动限流电路.GIF)


(原文件名:启动电路.GIF)


(原文件名:电流采样电路.GIF)


(原文件名:电压参考电路.GIF)


(原文件名:过流比较.GIF)
发表于 2009-9-27 06:03:21 | 显示全部楼层
大致的思路是:

在功率mos下端加电流采样电阻,跟参考电压进行比较,然后输出给pc机。

启动电路是因为阿莫担心启动时电流也很大,不易与堵转时的电流区别开,故而为之。
首先是把电机关闭状态与电机全开&电机PWM驱动区分开,当电机关闭时,光耦输出高,电机全开时,光耦输出低,电机PWM驱动时,有高有低。先对光耦的输出波形进行滤波,由于比较器的参考为11.8V,也就是说PWM的占空比大于10%的时候,就可以使比较器输出翻转,而我看了阿莫贴的图,最小的占空比也超过10%,那么通过这个滤波和比较,可以区分出电机关闭和电机打开二种状态。

然后进行延时,由于我是采取了对参考电压进行控制来决定是否限流的,电机关闭和电机刚启动时,把参考电压抬高,则限流不起作用。那么只要R13、R14、C8取合适的值,就可以得到合适的延时时间。当电机关闭及刚启动时,Q2打开,把参考电压提高,延时结束后,Q2关闭,参考电路输出正常的参考值,给比较器做限流参考。

Q2的基极电压要么是4V,要么是0V,而它的关断电压是1.8V,从0V充到1.8V这里就有个延时的作用了。

电流采样电路是用了下端采样,有没有什么副作用,高手帮着斟酌一下。

至于比较电路,那么就很简单了,不说也罢。

各位高手们拍砖吧!
发表于 2009-9-27 06:28:05 | 显示全部楼层
如果阿莫觉得这个电路不算很复杂,有兴趣加进现在的电路的话,有几个参数需要测试:
1.主轴启动电流。
2.启动时间。
3.空载电流。
4.正常工作电流。
5.堵转电流。
这里我对堵转电流还有点疑问,就是当以不同的转速工作时,堵转了,电流是否相同?
对了,还有不同转速下的启动电流是否也相同呢?
 楼主| 发表于 2009-9-27 07:18:43 | 显示全部楼层
【238楼】 xmysz
如果阿莫觉得这个电路不算很复杂,有兴趣加进现在的电路的话,有几个参数需要测试:
----------------------------
1. 上面我已经解释,目前的过流保护功能我们是有的。

2. 为了个“看似更好”一点的过流保护,将线路复杂程度增加一倍,没有必要。

3. 如果硬要过流功能,何不直接使用专用芯片? 或直接用单片机开发? 这都违反了我们在规划这台雕刻机时的宗旨。

4. 作为理论研究,你的建议与电路不错。

5. 有兴趣的可以在收到机器后,自行加入这部分线路。
发表于 2009-9-27 07:56:17 | 显示全部楼层
分析的很精彩
发表于 2009-12-5 13:35:27 | 显示全部楼层
mark 要慢慢看的
发表于 2009-12-15 02:16:17 | 显示全部楼层
建议:做成闭环伺服主轴,加个测速电机(磁铁和线圈)和个电压比较器就可以,成本不多,效果比变频主轴要好,也比一些坛子的大侠们做的显示转速的东东要实用得多.因为雕刻过程中电机受力不断变化,在吃刀量大的地方转速会慢,这是断刀的主要原因.我也做过实验,由于水平有限,还没能达到自己希望的效果,主要是电机噪音问题,但实际使用效果已经超过一般的变频主轴.希望在本论坛能最先做出这样的东西,这绝对是一个重大的改善.(主要是我也想要!)
发表于 2009-12-15 08:21:56 | 显示全部楼层
MARK
发表于 2009-12-15 08:28:16 | 显示全部楼层
顶。。。漫漫看了。
发表于 2009-12-26 03:10:10 | 显示全部楼层
为什么不用单片机做PWM,加上反馈,连速度控制,过流保护都可以办了,零件数量还减少一大批。
 楼主| 发表于 2009-12-26 13:06:47 | 显示全部楼层
回复【245楼】presto  
为什么不用单片机做PWM,加上反馈,连速度控制,过流保护都可以办了,零件数量还减少一大批。
-----------------------------------------------------------------------
你不了解我们的坚持:5000元内的雕刻机,不会使用单片机。 并且,不会打磨芯片。 N年后,大家能自行在市场上购买到便宜的零件进行维修。

我们也会编写开源资料出版书箱。 每多使用一种单片机,我们的读者与支持者就会减小一半。
发表于 2009-12-26 16:43:12 | 显示全部楼层
回复【246楼】armok 阿莫
回复【245楼】presto   
为什么不用单片机做PWM,加上反馈,连速度控制,过流保护都可以办了,零件数量还减少一大批。
-----------------------------------------------------------------------
你不了解我们的坚持:5000元内的雕刻机,不会使用单片机。 并且,不会打磨芯片。 N年后,大家能自行在市场上购买到便宜的零件进行维修。
我们也会编写开源资料出版书箱。 每多使用一种单片机,我们的读者与支持者就会减小一半。

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单片机公开源码效果是一样的。
发表于 2010-1-5 17:29:16 | 显示全部楼层
积极灌水
发表于 2010-1-6 17:48:50 | 显示全部楼层
看的都晕了
发表于 2010-1-22 16:44:22 | 显示全部楼层
真是牛贴,终于看完了,收获不少,得多多潜水学习呀!!
发表于 2010-1-22 17:07:12 | 显示全部楼层
学习
发表于 2010-1-25 14:29:48 | 显示全部楼层
不用单片机也可以闭环啊,就用555和一个运放.
发表于 2010-2-9 12:43:30 | 显示全部楼层
回复【252楼】xiaozhou 半桶水
不用单片机也可以闭环啊,就用555和一个运放.
-----------------------------------------------------------------------

说一说吧!
发表于 2010-4-13 09:36:53 | 显示全部楼层
做出来了
为老虎插上翅膀"小型有刷直流电机调速恒速电路"
http://www.ourdev.cn/bbs/bbs_content.jsp?bbs_sn=3971075&bbs_page_no=1&bbs_id=1027
发表于 2010-4-15 00:02:11 | 显示全部楼层
盖楼
发表于 2010-4-15 20:19:24 | 显示全部楼层
这个帖子我又学到了很多东西
发表于 2010-4-15 20:19:36 | 显示全部楼层
慢慢看
发表于 2010-4-15 21:55:51 | 显示全部楼层
学习一下
发表于 2010-4-16 19:28:11 | 显示全部楼层
我手里有一块美国产的直流调速板,两片LM324N加上ATY4001-03模块组成,0-90VDC或0-180VDC可选,输出电流有四档2.5A,5A,7.5A,10A.有电流和转速反馈切换.力矩和最大转速和最小转速可调.电路看起来不是很复杂,有兴趣的可以抄板,没有电路图.是进口设备上拆下来的,运行很好.

(原文件名:dcdrive.JPG)


(原文件名:dcdrive1.JPG)
发表于 2010-5-1 22:05:48 | 显示全部楼层
mark
发表于 2010-6-16 11:41:32 | 显示全部楼层
mark
发表于 2010-6-20 14:07:30 | 显示全部楼层
mark
发表于 2010-6-25 19:19:44 | 显示全部楼层
mark
发表于 2010-7-28 16:42:17 | 显示全部楼层
看过
发表于 2010-7-30 17:23:05 | 显示全部楼层
为经典的帖贡献一份无用的回帖!学习了!谢谢
发表于 2010-8-2 21:21:20 | 显示全部楼层
看完了此贴,使我对mos管驱动有了更深的认识,所以很有必要回复一下。
发表于 2010-8-31 19:34:30 | 显示全部楼层
mark
发表于 2010-9-10 10:26:25 | 显示全部楼层
莫大和坛子里的大虾设计的这个不错,我按照电路雕了板子,组起来了还不错,试了一个垃圾的24v直流伺服和taobao标称12v 16000转的那种电机,都能通过。不知道什么原因,手动的时候电位器扭倒最小,电机还是会慢慢转,一定要断开电源才能停止转动。

这个是实物板子,有点难看阿! (原文件名:pwm1.JPG)

手艺不行,拍照技术更不行,手机拍的,好烂,自己都看不下去了。
发表于 2010-9-25 10:33:18 | 显示全部楼层
专业
发表于 2010-10-17 23:08:17 | 显示全部楼层
学习
发表于 2010-11-5 08:24:40 | 显示全部楼层
mark
发表于 2010-11-5 16:45:42 | 显示全部楼层
请教一个问题, 我想用这个电路驱动一个水泵(65W,24V)并实现调速的功能,用PLC S7-300输出0~10VDC来控制占空比为0~100%,从来控制水泵的转速,请问这个电路我可以借鉴么?
发表于 2010-11-8 23:57:21 | 显示全部楼层
研究老大的电路图半天,发现555的占空比调节职能手动调节W1,这样我电控占空比的想法是不能实现了。
发表于 2010-12-2 17:21:03 | 显示全部楼层
mark一下。
发表于 2011-1-6 09:08:38 | 显示全部楼层
mark
发表于 2011-2-1 11:45:02 | 显示全部楼层
阿莫,这个电路最后在你的产品中用上了吗?用的效果如何?小电路大学问。
 楼主| 发表于 2011-2-1 12:44:15 | 显示全部楼层
回复【276楼】yixiu  
阿莫,这个电路最后在你的产品中用上了吗?用的效果如何?小电路大学问。
-----------------------------------------------------------------------

用上了。我们的雕刻机AMCNC-01已经交货127台,全部使用这个主轴线路。效果很好。
发表于 2011-2-1 23:25:57 | 显示全部楼层
回复【277楼】armok 阿莫
回复【276楼】yixiu   
阿莫,这个电路最后在你的产品中用上了吗?用的效果如何?小电路大学问。
-----------------------------------------------------------------------
用上了。我们的雕刻机amcnc-01已经交货127台,全部使用这个主轴线路。效果很好。
-----------------------------------------------------------------------

非常受益,多谢。
完成相同的功能,电路越简单越可靠,越容易维护。“先进”或“高级”在另一个层次上意味着更简单。
发表于 2011-3-15 21:46:39 | 显示全部楼层
标记,收下电路图了
发表于 2011-4-28 20:47:46 | 显示全部楼层
受益匪浅~
发表于 2011-5-3 13:56:57 | 显示全部楼层
Mark
发表于 2011-5-14 13:32:32 | 显示全部楼层
感谢分享!!
发表于 2011-5-22 13:07:45 | 显示全部楼层
mark
发表于 2011-7-26 21:32:05 | 显示全部楼层
请问莫哥,您的主轴电机是什么型号的啊,我也想买个啊
发表于 2011-7-27 17:05:02 | 显示全部楼层
mark
发表于 2011-8-20 17:33:12 | 显示全部楼层
mark NE555 电机驱动
发表于 2011-9-10 17:25:31 | 显示全部楼层
MOS管尖峰处理
发表于 2011-9-10 19:49:51 | 显示全部楼层
雕刻机涨价了……打算省点钱买呢,还没攒够……前几天看着还是5K的,现在变6,7K了……55555
发表于 2011-9-14 09:11:27 | 显示全部楼层
请问阿莫,这个板用在250W的主轴上可不可以?
发表于 2011-9-14 18:07:25 | 显示全部楼层
今天学习
发表于 2011-10-16 10:39:41 | 显示全部楼层
mark
发表于 2011-10-22 12:55:59 | 显示全部楼层
mark
发表于 2011-10-23 16:20:36 | 显示全部楼层
mark!!!
发表于 2011-11-20 20:44:52 | 显示全部楼层
真的MARK下来。很好的一个小电路~!
发表于 2011-11-22 15:33:51 | 显示全部楼层
mark!
发表于 2011-12-17 12:56:13 | 显示全部楼层
mark
发表于 2012-1-1 22:44:01 | 显示全部楼层
太精彩了,学到很多东西。
发表于 2012-3-25 16:45:22 | 显示全部楼层
图中的几个5819可以用4148代替吗?
友情提示:标题不合格、重复发帖,将会被封锁ID。详情请参考:论坛通告:封锁ID、获得注册邀请码、恢复被封ID、投诉必读
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