HELP! Jak policzyć rezystor hamujący (ballast resistor) ?

[automatyk75]

Załóżmy, że serwo ma nominalną moc 240W (zasilanie 24VDC, prąd ok. 11A).
Przy bardzo szybkim zatrzymaniu napędu napięcie zasilające wzrośnie (właśnie do jakiej wartości ?). Układ posiada wejście zwierające do masy (zapewne przez jakiś tranzystor NPN) dodatkową rezystancję (ballast resistor) podłączoną do + zasilania (24VDC).

Producent zaleca dobranie rezystora >=2 ohm o mocy nie mniejszej niz 50W.
Dla mnie to masło maślane.
Jak obliczyć wymaganą rezystancję, nie znając napięcia jakie może się pojawić w obwodzie ?

[markcomp77]

Przy bardzo szybkim zatrzymaniu napędu napięcie zasilające wzrośnie (właśnie do jakiej wartości ?)

do jakiej?.... to zależy
-od wartości pojemności filtrującej
-od masy hamowanej - i stałej deakceleracji
-no i od właściwości motorycznych silnika

innymi słowy...
dobrać eksperymentalnie... albo zgodnie z zaleceniami

[automatyk75]

OK. Doświadczalnie dobieram więć rezystor drutowy 100 Ohm / 200W Powinno być OK z duuużym zapasem

[Asza PL]

Można z dużym przybliżeniem założyć że silnik nie wytworzy większego napięcia niż jego napięcie nominalne i z tego wynika też prąd max. Więc dla twojego przypadku 24V i 11A , z prawa Ohma wyliczmy R=U/I=2.18 oma a moc P=IxU =240W ale na pewno nigdy nie będzie silnik cały czas hamował można przyjąć cykl 1/4 więc wychodzi 50-60W. Co jest zgodne z tym co napisałeś wcześniej i co producent zaleca. Dla przykładu w moim falowniku 1.5kW producent zakłada opornik 50-60om 50W dałem na 80W i jest całkiem zimny , więc jest z dużym nadmiarem.
100 om to zdecydowanie za dużo

[cnc3d]

"Można z dużym przybliżeniem założyć że silnik nie wytworzy większego napięcia niż jego napięcie nominalne "

No nie do końca tak jest.
Podczas hamowania dynamicznego ze względu na procesy podobne do działania przetwornicy podwyższającej, napięcie może być znacznie wyższe niż wynikało by to z napięcia znamionowego silnika. Często na serwie zasilanym 48V możę chwilowo pojawić się 70V.
W dużym przybliżeniu można powiedzieć, że energia hamowani zwiększa napięcie na kondensatorze filtrującym napięcie stałe. O ile zwiększy to zależy od wielu czynników. Prędkość obrotowa, masa rozpędzonego podzespołu opory własne itp. ale również zależy od pojemności tego kondensatora. Rezystor hamujący stosuje się to po aby zabezpieczyć kondensator i tranzystory w mostku przed przebiciem.
Jaki powinien być opornik?
Najpierw należy zrobić eksperyment. Najlepiej za pomocą oscyloskopu zmierzyć maksymalne prądy pojawiające się podczas pracy srerwonapędu. Możemy założyć, że przyspieszenie i przy rozpędzaniu i zwalnianiu ma porównywalną wartość, więc powinniśmy zastosować rezystor R= U_zasilania / I_max. Zapewni to nam nieprzekraczalność napięcia.
Trzeba pamiętać że ten rezystor jest włączany tylko po przekroczeniu pewnego napięcia (tworzy się czoper), więc zazwyczaj stosuje się mniejsze wartości, ale takie które nie spowodują przepływy zbyt wysokiego prądu na tranzystorze hamującym. Co do mocy rezystorów to są to specjalne rezystory hamujące, które na. przy nominalnej mocy 200W mogą znieść kilkusekundową przeciążalność do 5kW. Oczywiście pisze o rezystorze np. do falownika o mocy kilku kW.

[Asza PL]

Wysokie napięcie powyżej napięcia zasilania to tylko impulsy o krótkim czasie trwania pojawiające się przy nagłym wyłączaniu lub włączaniu których moc jest niewielka . Już z samej zasady zachowania energii (podstawy fizyki) wynika że ilość energii odzyskanej nie może być większa niż dostarczonej. No ale każdy może mieć swoją TEORIĘ

[ma555rek]

Niby tak ale energia może być gromadzona przez dłuższy czas i zdolność hamowania powinna wielokrotnie przekraczać potencjał napędu ( w ujęciu energetycznym). Stąd własnie przewymiarowanie mocowe rezystorów hamujących.( choćby zwykła winda w ruchu do dołu przy hamowaniu)
Druga rzecz że są to elementy masowe które tak łatwo jak półprzewodniki się nie dają uszkodzić.

Trzeba pamiętać że ten rezystor jest włączany tylko po przekroczeniu pewnego napięcia (tworzy się czoper), więc zazwyczaj stosuje się mniejsze wartości, ale takie które nie spowodują przepływy zbyt wysokiego prądu na tranzystorze hamującym..

stąd właśnie producent wyprowadza minimalną wartość rezystora bo wie od jakiego napięcia będzie go obciążał. ( zapewne też zakłada jakieś jeszcze dodatkowo dozwolone przekroczenie napiecia)
Te rezystory to w wiekszości zwykłe druty oporowe zasypane piaskiem lub zalewą poprawiajace własności rozpraszania ciepła. I odpornosci mechanicznej.

[Leoo]

Jeśli producent zaleca opornik 2R to instalujemy 2R a nie 50R. Przy 50R układ zabezpieczenia nie będzie działał prawidłowo a przy 100R praktycznie wcale i możemy stracić sterowanie. Ilość energii zwracanej do zasilania, w określonym układzie, zależy od inercji obciążenia i wielkości opóźnienia. Ewentualne opory zmniejszają w/w energię. Tu można się doktoryzować i liczyć energię traconą w oporniku, tylko po co jeśli producent już to zrobił?

[Asza PL]

Dzięki LEOO za poparcie ja to właśnie chciałem koledze pokazać że można to wyliczyć

wyliczmy R=U/I=2.18 oma

i nie proponowałem 50R bo tak jest dla MOJEGO falownika 1500W 400V . Rezystor ów zmniejszył czas hamowania silnika z 3000obr do 0 , z 12s do 2s. Przedtem przy krótszym czasie rampy falownik wywalał błąd.

[cnc3d]

"Wysokie napięcie powyżej napięcia zasilania to tylko impulsy o krótkim czasie trwania pojawiające się przy nagłym wyłączaniu lub włączaniu których moc jest niewielka ."

1.

Kolega prawdopodobnie ma na myśli zjawisko iskrzenia przy wyłączaniu obciążenia o charakterze indukcyjnym, gdzie rzeczywiście energia impulsu jest niewielka i łatwo ją poskromić diodą lub kondensatorem.

" Już z samej zasady zachowania energii (podstawy fizyki) wynika że ilość energii odzyskanej nie może być większa niż dostarczonej. "

2.

Skoro już kolega zaangażował do tego podstawowe prawo fizyki jakim jest zasada zachowania energii, to na pewno kolega wie, że energia tak po prostu nie znika.
Podczas rozpędzania silnika przekazujemy jego wirnikowi energię w postaci prąd*napięcie*czas, a wirnik tą energię gromadzi w postaci kinetycznej.

Oczywiście jak wrzeciono odłączymy od zasilania to po pewnym czasie stanie z powodu tarcia itp. ale ten czas będzie bardzo długi.

Dla uproszczenia przyjmijmy, że to silnik prądu stałego, ale ogólna zasada jest taka sama dla AC.

Mamy mostek H z 4 tranzystorów. Aby rozpędzić silnik sterujemy PWM tak, aby napięcie stale rosło. Silnik się rozpędza do momentu osiągnięcia 100% PWM. Prędkość silnika wynika z jego BackEMF. Podczas tego rozpędzania do silnika dostarczana jest energia. Teraz chcemy wyhamować. Co robimy? Zaczynamy zmniejszać wypełnienie PWM i co się dzieje? Proporcjonalnie do wypełnienia napięcie zasilania podłączane jest w odwrotną stronę i napięcie zasilające i napięcie generowane przez silnik się sumują. Teoretycznie powinniśmy mieć zwarcie, ale po drodze mamy przecież uzwojenie silnika, które jest cewką, a na cewce szybkość przyrostu prądu jest odwrotnie proporcjonalna do indukcyjności. zaczyna płynąć prąd. Cewka ma również tą właściwość, że lubi gromadzić energię. Więc w czasie tego odwrotnego cyklu PWM ta cewka się "ładuje" energią wynikającą z czasu, prądu i sumy napięć BackEMF i zasilania. I znowu PWM odwraca kierunek. Co się dzieje z energią zgromadzoną w cewce wirnika? Ano kolejną cechą indukcyjności jest to, że bardzo nie lubi nagłych zmian prądu i zrobi wszystko co w jej mocy, aby nie dopuścić do zmiany wartości płynącego przez nią prądu. Właśnie dlatego po przełączeniu tranzystorów jedyną drogą zamknięcia obwodu w celu podtrzymania przepływu prądu jest naładowany kondensator zasilacza, który jest doładowywany energią zgromadzoną w indukcyjności. (zasada działania przetwornicy podwyższającej napięcie).
Cykl powtarza się w takt PWM, więc nie są to pojedyncze impulsy.

Bez rezystora hamującego falowniki się wyłączają ponieważ napięcie rośnie im do takiego poziomu, że jeśli nie zadziałał by obwód awaryjny, to urosło by do takiej wartości, że przebiło by tranzystory albo rozsadziło kondensatory. Rezystory hamujące pochłaniają tą nadwyżkę energii podczas hamowania.


"No ale każdy może mieć swoją TEORIĘ "

3.
Teoria to teoria. wynika z przemyśleń i analiz. Ta teoria jest teorią uważaną za prawdziwą i potwierdzona w wielu doświadczeniach. Nie wiem o co koledze chodzi, ale mam wrażenie, że drwi kolega z tematu za bardzo go nie rozumiejąc. Wielokrotnie pisałem, że jeśli nie jesteśmy czegoś pewni to wystarczy dodać -wydaje mi się...