LTspice IV, buizenfysica en een goede sound

[D3nnis]

Het hele fijne weet ik er ook niet van, maar in mijn geval ging het om een asynchrone 3-fase inductiemotor. Frequentieregelaar dc bus voltage 680V (vrij standaard bij 400V 3ph...PWM output weet ik ff niet meer), en hij vond het niet heel gaaf. En zijn (dezelfde) opvolger ook niet
Opnieuw laten wikkelen met voldoende isolatie voor frequentieregelaar toepassing en probleem opgelost.

[cluseau]

Voor de derde keer dit topic even afstoffen, gebeurd hier nog wat mee? Fred? Nico?


Als er dan niks kapot gaat laten we dan wat kapot maken

[cluseau]

Het volgende heeft niks met gitaarsound te maken maar alles met LTSpice en daar ging dit topic toch over?


In post 46 was ik aan het stoeien met een schakeling voor een snelheidsregelaar dmv pulsbreedte regeling. Vanwege de noodzaak e.e.a. snel aan de praat te krijgen is het roer om gegooid. Een vette driefase motor en frequentieregelaar hebben dit werk voor me overgenomen en werkt al een jaar als een tiet. Tot zover topic 46.


Een aantal weken terug kwam mijn grasmaaier (ik dus) een dikke tak tegen en reed daar onverschillig overheen (lees: had hij maar geen grasmaaier moeten worden) Dat kwam hem (mij) duur te staan want hij heeft nooit meer in die hoedanigheid gewerkt. Na het wrak te hebben opengemaakt trof ik een klein tutmotortje aan welke via een tandriempje en spanner met 10:1 overbrenging het maaiblad aandreef. Spanner in tienen en de tandriem incl wielen beschadigd. Nu kan ik makkelijk een ander machientje scoren maar is dat leuk ???? dacht t niet


Goed, ik had nog een aantal zwaar caliber wasmachine motoren liggen dus het idee was geboren daar iets mee te doen. Zo'n motor is vele malen sterker dan het origineel dus om te voorkomen dat we er een helicopter van maken welke binnen de kortst mogelijke tijd "down under" uit de grond komt moet er wat geregeld worden. Hier kwam LTSpice om de hoek kijken en moet zeggen dat ik daar veel profijt van heb gehad.


Allereerst het karretje helemaal gesloopt tot een leeg karkas overbleef. Daarna moest de dikke motor passend gemaakt worden, beugeltje, verloopasje, lagers, en nog meer van dat gedoe. Mechanisch komt hier niet aan de orde maar daar kwam ook wel een en ander om de hoek kijken.


De motor moest beheersbaar draaien en zoals later bleek ook een softstart hebben. Na diverse eerste pogingen werd het ding opgestart op de werkbank waar ook een poetslap aanwezig was. Door afwezigheid van een softstart ging het ding aan de haal en zoog de poetslap inclusief netsnoer naar binnen. Allee, lap em snoer werden prettig verteerd door de net geslepen wieken. Stoppen er uit, grote rookwolk, rondvliegend puin, thuiswerkende echtgenote in paniek, etc. De rest van de gevolgen vallen buiten beschouwing van dit topic.


Aan de slag met LTSpice:


De motor heeft een generatortje aan boord waarmee je de omwentelingssnelheid kan monitoren. Handig als we daar wat mee doen toch? Om een motor van flink vermogen te regelen leek het me beter dit te schakelen. Waarom? Als je gaat schakelen verleis je nagenoeg geen vermogen (warmte) in de regelaar. Vermogen is het product van spanning en stroom en is het grootst op het punt waar de spanning en de stroom het grootst zijn. Stel ik heb een voeding van 300V waarvan 150 over de motor valt en 150 over de regelaar. Stel dat de stroom op dat moment 4A is dan is de vermogensontwikkeling in de regelaar 150Vx4A=600W en dat wordt heet hoor! Als je de motor met een schakelaar aan zet en gelijk weer uit zal hij niet zijn volledige snelheid hebben behaald. Op het moment dat de snelheid afneemt kunnen we de schakelaar weer even aan zetten. Is de schakelaar open dan loopt er 0Ax300V=0W. Is de schakelaar gesloten dan is de stroom bv 10Ax0V=0W. Je ziet dat er in beide gevallen geen vermogensverlies optreed in de schakelaar. Stel nu dat we in staat zijn om die schakelaar 1000 maal te openen en sluiten. De motor zal dan niet op volle snelheid draaien en toch beheersbaar blijven. De snelheid kan geregeld worden door de schakelaar langer of korter te sluiten en dat is nu precies wat ik met de volgende schakeling wilde doen.




Het schema van de schakelaar:





De motor wordt gevoed met 325V (HV) direct gelijkgericht uit het lichtnet, power genoeg dus. Aan de onderkant zie je de werkelijke schakelaar. Een zogenaamde IGBT Dit is een combi van transistoren en een mosfet maar neem maar gewoon aan dat je met heel weinig energie de schakelaar kan sluiten of openen en wel op zeer hoge snelheid.


De IGBT wordt aangestuurd door een opamp. Deze vergelijkt de twee ingangen met elkaar en maakt aan de hand van die vergelijking de uitgang (geel) hoog of laag (IGBT geloten of open). Op pin3 staat een constant driehoekvormig signaal wat uit een driehoek generator komt. Op pin 2 staat een gelijkspanning welke afhankelijk is van een handmatige instelling EN een door de motor opgewekte spanning opgeteld. Deze spanningen bepalen dus hoe lang de schakelaar gesloten blijft en de motor kracht kan leveren.


Op pin 3 staat de driehoek in groen. De uitgang (geel) is afhankelijk van de positie van de gelijkspanning (rood) tov de driehoekspanning. Hoe hoger het niveau van de gelijkspanning tov de driehoek hoe korter de schakelaar gesloten wordt.







In bovenstaand diagram zie je dat de rode lijn zakt tov de driehoek. De uitgang blijft dan langer actief en de schakelaar gesloten. De tijd dat de motor spanning krijgt wordt dan langer. Voor het plaatje zijn de schakeltijden hier lang maar in werkelijkheid gaat dit heel snel.




De regel en startspanning:





Op de motor zit een generator welke een spanning levert. Deze generatorspanning wordt toegevoerd aan [TACHO] De diodes en de cap maken hier een snelheidsafhankelijke gelijkspanning van die op zijn beurt weer beperkt kan worden door de potmeter. De regelspanning zou direct van de potmeter afgenomen kunnen worden ware het niet dat de schakeling dan opstart op volle snelheid. Die inschakelpiek vernielt per direct alle componenten (lees leergeld). Om deze reden moest ik een soort softstart bedenken en dit heb ik gedaan door de schakeling te laten starten met een hoge regelspanning. Ik laat hiermee de schakeling denken dat hij op hoge snelheid loopt en dus ff moet inhouden. De transistor Q1 hangt met de emitter aan de 15V. In de basis loopt een stroom veroorzaakt door de lege elco C6 en R6 van 32K waardoor de transistor gaat geleiden. Hierdoor zal de collector van Q1 de potmeter pootje lichten naar 15V. Zolang de elco niet opgeladen is blijft Q1 geleiden. Is deze periode verlopen (2sec) dan komt de motor langzaam op gang en neemt rustig de ingestelde waarde aan. Het starten en stoppen gebeurt gewoon onder volle hoogspanning door de elco weer te ontladen. Door de elco te ontladen stopt de motor en bij inschakelen moet de softstart opnieuw zijn proces voltooien.


De RPM limmiter:





Volgende probleem was een begrenzer voor als het fout gaat. Stel de regelaar raakt defect dan is er nog deze schakeling. De ingang [sence] meet de door de generator opgebrachte spanning. Overschrijdt deze een bepaalde waarde dan wordt Q2 in geleiding gebracht. Op zijn beurt komt Q3 ook in geleiding wat Q2 permanent laat geleiden. Het relais zal aantrekken en de voeding naar de motor verbreken. In deze situatie komt pas verandering als alle spanning is uitgeschakeld. Velen zullen de combinatie Q2/Q3 herkennen als een thyristor.




De current overload:





Dit stukje geeft de voeding weer. V1 is gweoon de netspanning en V5 is een 15V adapter. Met R17/R18 wordt een halve voedingsspaning U2 gecreeerd om de opamp goed te kunnen laten werken. De motorvoeding loopt door R13 wat een spanningsval tot gevolg heeft. Zou de motor vastlopen en daardoor veel stroom gaan trekken wordt het relais geactiveerd. De voeding wordt verbroken en R14 houd deze toestand vast tot de netstroom wordt verbroken.




Tot slot het hele schema en het totale diagram inclusief de softstart tijd.

[fredjuh]

Mooi stukje huisvlijt, leuk om te lezen. Voor dit soort dingen is LTSpice heel handig. Het is ook ooit bedacht om schakelende voedingen te ontwerpen.

[Plant]

Intussen staat het gras tot de bovenverdieping en moet de zeis eraan te pas komen

[D3nnis]

Nou ben ik niet de doelgroep van dit topic, want dit is verre van mijn tak van sport, maar alhoewel ik het doel en de uitwerking begrijp, snap ik dit niet helemaal:

Is de schakelaar open dan loopt er 0Ax300V=0W. Is de schakelaar gesloten dan is de stroom bv 10Ax0V=0W.

Als er 300V staat tussen twee punten, en die zijn niet verbonden (schakelaar open) dan snap ik dat dat resulteert in 0A, en daarom ook 0W vermogen.
Dat 10A x 0V resulteert in 0W is uiteraard ook duidelijk, maar U = I x R, dus als R niet 0 is kan I=10 niet resulteren in een U van 0? Anders gezegd, bij 0V kan er toch eigenlijk geen stroom lopen?
Of maak ik een denkfout?

[cluseau]

......., maar U = I x R, dus als R niet 0 is kan I=10 niet resulteren in een U van 0? Anders gezegd, bij 0V kan er toch eigenlijk geen stroom lopen?
Of maak ik een denkfout?

Je redenering klopt wel maar je vergeet dat U over de serieschakeling van de motor en schakelaar staat.

Denk simpel., schakelaar gesloten = al het vermogen gaat naar de motor. In de schakelaar ontwikkeld zich geen vermogen (!0warmte)

Schakelaar open = helemaal geen vermogen.

[cluseau]

Intussen staat het gras tot de bovenverdieping en moet de zeis eraan te pas komen

Dat stond het idd maar vermogensreserve van de motor is zo hoog dat hij in hoog gras gewoon doormaalt. Het mooie is ook dat het toerental nagenoeg stabiel blijft bij zware belasting, dit komt door de tegenkoppeling van de generator.

Zodra de belasting toeneemt daalt de generatorspanning. Je ziet op de scope gelijk de pulsbreedte toenemen en de snelheid gering afnemen. Zolas in ieder meet/regelsysteem is een kleine afwijking nodig om te kunnen bijsturen.

[D3nnis]

Je redenering klopt wel maar je vergeet dat U over de serieschakeling van de motor en schakelaar staat.

Denk simpel., schakelaar gesloten = al het vermogen gaat naar de motor. In de schakelaar ontwikkeld zich geen vermogen (!0warmte)

Ah zo, ja, natuurlijk!
Ik moet me hier ook helemaal niet mee bemoeien

[cluseau]

Ah zo, ja, natuurlijk!
Ik moet me hier ook helemaal niet mee bemoeien

Juist wel man, op die manier vergroot je kennis en inzicht wat algemeen van belang is. Ook in een gitaarversterker