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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik BLDC mit Zwangskommutierung betreiben mit Mega168


Autor: Marius (Gast)
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Hallo,

ich habe hier einen Ausgebauten Fanuc-Servomotor, da Fanuc keine Infos 
dazu rausrückt habe ich ein paar Fragen an euch :D

Das Encoder-Messsystem kann ich nicht nutzen da Fanuc das Protokoll 
nicht rausrückt, das ist Firmengeheimnis. Finde ich schade, kann ich 
aber bei der Präzision die mit diesen Motoren möglich ist durchaus 
verstehen. Ich habe diese Motoren mal in Aktion gesehen, in einem 
Fanuc-Roboter. Echt beeindruckend so eine Maschine, Hut ab vor dem 
Entwickler... Bis ich diesen Wissensstand erreicht habe wirds noch 
seeehr lange gehen... :)

Es ist ein "echter" Servomotor, also eine Synchronmaschine, somit folgt 
diese Sklavisch der Felddrehzahl, bis man zu viel mech. Kraft abnimmt, 
dann ist schlagartig Sense wenn ich richtig informiert bin.
Ich möchte diesen Motor zum Antrieb einer kleinen selbstgebauten 
Ständerbohmaschine für mich Privat verwenden. Das Problem ist daß ich 
zwar mechanisch und elektronisch etwas Ahnung habe, aber mit solchen 
"teuren" Spielzeugen noch nie was zu tun hatte. Übrigends der Motor ist 
nicht aus dem besagten Robot "zufälligerweise rausgefallen :D" sondern 
ich habe diesen von einem Servicetechniker von Fanuc geschenkt bekommen, 
da das Messsystem manchmal Ärger machte und der Motor dadurch 
unzuverlässig ist. Da ich das Motörchen aber nur rotatorisch Betreiben 
will ohne Messsystem sollte das kein Problem sein.

Es Handelt sich konkret um einen Fanuc-Servo der Beta-Serie, Leistung 
0.35KW bei 86V bei 2.9A Strom laut Typenschild. Was ich aber nicht 
verstehe ist daß aufgedruckte Leistung und die berechnete Leistung aus 
dem Strom und der Spannung nicht übereinstimmen. Weiterhin würde mich 
interessieren ob der Aufgedruckte Strom das Absolute Maximum ist oder 
nur eine Art "Richtwert". Auf Wunsch kann ich auch ein Bild des Motors 
mit Typenschild posten. Der Motor ist übrigends recht klein, länge etwa 
16cm, Querschnitt quadratisch mit 10cm Kantenlänge. Wellendurchmesser 
14mm. Laut einem Kollegen ist das ein "Standartservo" von Fanuc also 
nichts utopisches. Die Wicklungen sind in Sternschaltung verdrahtet, der 
Sternpunkt ist nicht zugänglich da irgendwo innen im Motor. Es sind nur 
die Wicklungsanfänge + Schutzleiter auf eine Steckbuche herausgeführt.

Der Motor ist für mich interessant da ich ihn erstens geschenkt bekommen 
habe, zweitens mich sowas neugierig macht und drittens weil ich nicht 
gleich mit Netzspannung hantieren will, das überlasse ich den Profis die 
Ahnung davon haben. Bei ca. 1A Strom (Begrenzt mit Labornetzteil) kann 
man den Rotor nur mit roher Gewalt aus seiner Lage drehen das Ding hat 
ganz schön Kraft hätte ich nicht gedacht.

Jetzt zu den Fragen:

Ich möchte den Motor betreiben und zwar nicht als Bremse sondern als 
Motor, der soll also Drehen :)
Ich habe eine 3-Fach Halbbrücke von IR (Bezeichnung IRAMS10UP60A) 
besorgt, damit bin ich das Problem daß bei Falscher Ansteuerung eine 
Halbbrücke einen "Durchschuss" fabriziert los. Der eingebaute Controller 
in die Halbbrücke verhindert das. Das Teil hat auch einen Thermoschutz, 
damit ist es schon mal schwer das ich das Modul Kaputtmache... :)
Hat jemand die Phasenfolge die ich an den Motor anlegen muss damit der 
dreht?

Ich Programmiere in Bascom (Bitte nicht hauen, C und Assembler möchte 
ich mir in meinem Alter nicht mehr Antun) Kann ich damit den Motor zum 
Drehen bingen? Da ich nicht weiß wie ich die Rückmeldung machen muss 
(Der Motor hat ja keine Hallsensoren) dachte ich an 
"Zwangskommutierung", solange ich den Motor nicht mech. Überlaste sollte 
der damit doch gehen wenn ich zum Anfahren eine Rampe verwende. Ist das 
Richtig oder mache ich damit was falsch?

Ich habe viel hier im Forum gelesen, diese Motoren regelt man 
normalerweise über die PWM in der Drehzahl, aber ich glaube das bekomme 
ich nicht hin, das ist zu hoch für mich da ich nicht weiss wie ich an 
eine Drehzahl-Rückmeldung rankomme :( Ich habe zwar von der Methode BEMF 
gelesen aber ich bin mir dabei unsicher.

Ich würde die PWM nur zur Strombegrenzung verwenden, die Drehzahl möchte 
ich mit einer Drehfeldfrequenz machen die ich langsam bis zum 
gewünschten Wert hochfahre.

Zur Strombegrenzung dachte ich an die "übliche Schrittmotorschaltung"
mit je einem Stromshunt in der GND-Leitung des Leistungsmoduls (wird 
auch im Datenblatt so beschrieben) nur würde ich das Gerne "Diskret" 
aufbauen, sprich mit Komparator und Referenzspannung der beim Erreichen 
der Stromgrenze dem Modul das Enable Abstellt. Funktioniert diese 
Methode überhaupt bei einem Servomotor? Über den uC gehen würde ich 
gerne vermeiden, ein Programmfehler von mir und der schöne Motor ist 
kaputt :(

Ich würde gerne den uC vom Endstufenmodul galvanisch Trennen, das würde 
ich über schnelle Optokoppler (6N136 o.ä.) realisieren, da bin ich aber 
noch am überlegen wie ich das machen muss.

Oder die Einfache Lösung: Gibt es ein IC das das ganze schon kann? 
Endstufe dran und fertig?
Ich habe ein wenig bei Farnell geschaut, der ML4425CS und der UC2625N 
können mit solchen Motoren was anfangen nur setzen diese ICs zwingend 
Hallsensoren als Rückmeldung voraus. In meinem Motor sind aber keine 
drin :( Gibt es ein IC das das ganze kann OHNE diese Hallsensoren kann? 
Eventuell mit der BEMF-Methode?

Schaltpläne oder Vorschläge nehme ich gerne entgegen, für 
Fehlerkorrektur bin ich natürlich auch dankbar. Wenn ich das ganze zum 
laufen bekomme möchte ich später mit der Spannung eventuell ein wenig 
höher gehen, so bis ca. 60V falls mir das Drehmoment nicht ausreicht. 
Deshalb lege ich auch so viel Wert auf die galvanische Trennung.

Danke,
Marius

Autor: Marius (Gast)
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Nachtrag meinerseits:

Es wird oft auf die Seite www.bldc.de hier im Forum als Wissensquelle 
verwiesen, die Seite ist jedoch zumindest bei mir nicht zu erreichen es 
erscheint immer nur ein weisser Hintergrund und das war es dann. Kann 
jemand mal Prüfen ob die Seite bei Ihme geht, also ob es an meinem PC 
liegt oder ob die Wirklich down ist?

Danke :D
Marius

Autor: Gast (Gast)
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Hallo,

ohne PWM-Regelung wird der Motor nicht
laufen, die ist einfach nötig, weil der Stator
nicht mit Wechselspannungen betrieben wird.

Kannst du ev. den Drehgeber ersetzen? Die
Schaltungen (IC), die ich kenne, setzen alle
eine Rückmeldung (Hallsensoren) voraus.
Zusätzlich wirst du auch die Spannung abhängig
von der Drehzahl regeln müssen, sonst zieht der
Motor beim Anlaufen 30...50 A.

Ich habe hier einen ähnlichen Motor von Siemens
liegen, Verwendungszweck ist noch offen. Ist noch
etwas kleiner bei 58,4 V/5,3 A.

Die Leistungsdifferenz ist mir auch unerklärlich,
mal gespannt, ob das jemand aufklärt.

Galvanische Trennung ist in so einem Fall einfach
"Ehrensache", muss sein.

Autor: Otto (Gast)
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soweit mir bekannt, muss die Ansteurung genau passend zur Rotorlage 
erfolgen - dafür hat der Motor den Rotorlagegeber

Gruss Otto

Autor: spess53 (Gast)
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Hi

Auf der Atmel-Webseite gibt es einige Application Notes zu dem Thema. 
Die zugehörige Software ist zwar meines Wissens in C. Könnte dir aber 
vielleicht trotzdem weiterhelfen.

MfG Spess

Autor: Thomas H. (merlin63)
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hallo marius
mit blcd habe ich mich noch nicht beschäftigt, weil meine fräse noch mit 
steppern läuft, aber schaue doch mal bei www.cncecke.de rein. da wird 
dir bestimmt geholfen.
gruß

Autor: Marcus W. (blizzi)
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Hallo!

Diese Idee mit der Ansteuerung hatte ich am Anfang auch. Dann ist mir 
aber klar geworden wieso das nicht geht:

Findet die Kommutierung nicht zum optimalen Zeitpunkt statt, so bekommst 
du keinen ruhigen Lauf, da der Motor in der Kommutierungsfrequenz immer 
abwechselnd beschleunigt und abgebremst wird.
Hat man eine feste Frequenz, so müsste man theoretisch den Strom 
belastungsabhängig regeln. Auch hier wäre aber eine Lageerkennung 
erforderlich.

Unter Lastwechsel funktioniert eine feste Kommutierungsfrequenz daher 
nicht mehr.

Ich empfehle dir auch das Application Note AVR444.
Dort steht die BEMF Methode beschrieben, inklusive Diagramm.
Vielleicht kannst du diese ja doch anwenden.

> Zusätzlich wirst du auch die Spannung abhängig
> von der Drehzahl regeln müssen, sonst zieht der
> Motor beim Anlaufen 30...50 A.

Reicht die PWM denn nicht aus?

Autor: Stefan Müller (stefan-mueller)
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Hallo,

interessante Diskussion, da klink ich mich doch mal ein :)

@Marcus W.
da ich auch schon mal ein wenig mit BLDC-Motoren rumprobiert habe kann 
ich dir zustimmen. Der Motor brummt wie blöde und von einem 
gleichmäßigen Drehmoment kann keine rede sein. Nur habe ich mich auch 
noch nicht an die BEMF-Sache rangetraut. Die Strombegrenzung habe ich 
übrigends quick und dirty mit einer "Chopperschaltung" wie bei den 
Steppern gemacht.
Was ich aber weiß ist daß die Fanuc-Motoren eine sehr große Polpaarzahl 
haben, das nachträgliche Anbringen von Hallsensoren ist damit sehr 
schwierig.
Leider rückt wie Marius schon schrieb Fanuc kein Fitzelchen an Infos 
bezüglich der Motoren raus... :/

Die Sache mit Bascom würde mich aber auch interessieren, neugierhalber.
Hat da jemand schon mal was damit gemacht und so einen Motor damit zum 
laufen gebracht? Ich kann zwar C allerdings erst seit eingen Wochen und 
das dementsprechend nicht besonders gut, ich bin mir halt noch unsicher. 
Ich finde Bascom aber auch sehr gut, ist aber Ansichtssache.

Stefan

Autor: Gast (Gast)
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Hallo,

>Reicht die PWM denn nicht aus?

bei 86 V wahrscheinlich nicht mehr. Die Anlauf-
spannung ist ja doch nur wenige V. So schnell
kann der Brückentreiber garnicht abschalten,
wie dann der Strom hochgeht. Diese Motoren
haben daher oft noch zusätzlich einen Tacho-
generator im Drehgeber, der zur Spannungs-
regelung genutzt wird.

Autor: Stefan Müller (stefan-mueller)
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Wie soll das mit dem Tachogenerator funktionieren? Hast du nähere Infos 
dazu? Ich habe einen alten Fanuc-Servo mal "Entdeckelt", also das 
Messsystem freigelegt unter der roten Abdeckung. Da ist nur Elektronik 
drin, keine Spur eines Tachogenerators, es sei den der Riesengroße ASIC 
der da drauf ist bildet diese Funktion quasi "nebenher" neben dem Messen 
noch nach. Aber ohne Pläne denke ich kann man das vergessen.....

Würde es reichen wenn man mit der PWM-Frequenz hochgeht oder mit dem 
Duty-Cycle "an den unteren Anschlag" bis der Motor dreht?

In einem defekten Fanuc Verstärker hab ich nur 3 Halbbrücken gefunden 
allerdings haben die Spielverderber die Stempelung der 
Leistungshalbleiter weggefräst... Das Reverse Engineering gestaltet sich 
bei einer Multilayer-Platine aber auch schon so schwer genug...

Autor: Uwe (Gast)
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Hi!
Willst du den Motor als Achse, also mit Lagereglung betreiben oder nur 
als Spindelantrieb? Wenn nur als Spindelantreib kannst du ihn auch 
Asynchron betreiben, also nur Drefeld erzeugen und drann an den Motor. 
Das geht dann natürlich nur mit Rampe wie beim Stepper. Rückmeldung über 
die Rotorlage wäre ja schön, aber wenn Fanuc keine Daten rausrückt hau 
den Geber runter und baue wenigstens einen Tacho ein(einen Rod willst du 
dir vermutlich nicht leisten)dann wird die Reglung einfacher.
......
- Der ASIC kann doch eigentlich auch nur Signale verarbeiten?
-> Da müssen doch irgendwo Geber sein! Eventuell optisch?
-> Kann man die nicht anzapfen?
Strombegrenzung würde ich jedenfalls auch nur wie bei Steppern machen 
das ist schnell genug.(Wer da behauptet die Treiber wären nicht schnell 
genug irrt gewaltig oder die Treiber sind totaler Schrott)

Einfach mal Testen und nicht so lange rumfragen, irgendwas wird der 
Motor schon machen.

Viel Erfolg, Uwe

Autor: Marcus W. (blizzi)
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Uwe wrote:
> Hi!
> Willst du den Motor als Achse, also mit Lagereglung betreiben oder nur
> als Spindelantrieb? Wenn nur als Spindelantreib kannst du ihn auch
> Asynchron betreiben, also nur Drefeld erzeugen und drann an den Motor.
> Das geht dann natürlich nur mit Rampe wie beim Stepper.

Hallo Uwe,

hast du diesen Thread von Anfang an gelesen?
Dein Vorschlag wurde doch schon vom Threadersteller benannt.
Darunter kamen Antworten die diese Idee zerschlagen haben. Wäre schön 
wenn du nicht einfach das Gegenteil behaupten würdest sondern versuchen 
die Gegenargumente zu entkräften.

Zum Vergleich mit dem Stepper:
Hast du schonmal mit einem Stepper etwas gebohrt/gefräst? Oder ihm 
anderweitig solch extremen Lastwechsel unterzogen? Ich denke nein.

Gruß Marcus

Autor: Klaus (Gast)
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1.)  Die Seite "bldc.de" zeigt auch bei mir nur "weisses leeres Blatt"

2.)  Es gibt genügend Infos im Netz, verwende doch folgende Suche in 
Google

bldc motor pwm
bldc motor pwm "3-phase"
bldc motor pwm "3-phase" .pdf

--> auch explizit "Bildersuche"

Autor: Stefan Müller (stefan-mueller)
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Hallo,

ich habe mir den IRAMS10UP60A mal genau im Datenblatt angesehen, sieht 
sehr interessant aus das Teil. Die ganze Ansteuerungsproblematik mit 
Dead-Time usw ist ja im IRAM schon drin. Das Ding ist meiner Meinung 
nach ein guter Ansatz für die Endstufe. Ich hab mir zum mal Probieren 
bei Farnell mal zwei Bestellt.

@Marius,
Wenn du noch welche Brauchst melde dich bei mir, kannst noch eins 
Abhaben.

Was ich an dem Modul nicht ganz verstehe ist die Auslegung der 
Bootstrap-Kondensatoren. Dazu hab ich nen paar Fragen vielleicht kann 
mir jemand dabei helfen.

1. Die Bootstrapschaltung funktioniert nur mit PWM, soviel weiss ich, 
muß ich den oberen Kanal auch mit PWM pulsen oder reicht das wenn man 
nur Low-Side PWM Anlegt und die oberen Kanäle (=IGBTS im IRAM-Modul) 
dauerhaft ein und aus Steuert?

2. Die Größe der Bootstrap-Kondensatoren ist klar, nur welche 
Spannungsfestigkeit müssen die Haben? Die hängen ja immerhin mit einem 
Anschluss direkt am Ausgang des IRAM, und da kommen je nach 
Zwischenkreis schon recht Volts raus.... :) Gibt es ein Beispiel wie man 
das berechnet wenn die Zwischenkreisspannung und die Logik-Speisung des 
Moduls bekannt ist?

3. Gibts irgendwo Programmcode (Bascom) zu so einer Ansteuerung damit 
man den mal zerpflücken kann um zu sehen wie man so was am besten 
Programmiert?

So das War mal alles :D :D

Stefan

Autor: Uwe (Gast)
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Hi!
@Marcus W.
>hast du diesen Thread von Anfang an gelesen?
Ja.
>Dein Vorschlag wurde doch schon vom Threadersteller benannt.
Und ich halte ihn für durchführbar.
>Darunter kamen Antworten die diese Idee zerschlagen haben
Das sehe ich nicht so, ich halte es eher für eine Randerscheinung eines 
noch nicht ausgereiften Konzeptes.
>Hast du schonmal mit einem Stepper etwas gebohrt/gefräst? Oder ihm
>anderweitig solch extremen Lastwechsel unterzogen?
Ja. Ich senke Löcher mit einem solchen Teil und du wirst es nicht 
glauben, es geht ohne Probleme.
Gegenfrage: Hast du dir schon mal einen Rotorlagegeber (keinen Rod)eines 
Industriemotors genau angesehen? Das sind 3 Spulen die von einem 
3-teiligem Blech erregt werden. Da werden keine 1/100° gemessen.
Das Drehfeld ist auch ein durch PWM zerhakter Sinus(oder besser, mit PWM 
erzeugter 3Phasen Sinus)Wenn ich dieser "Drehfeld-PWM" noch eine 
Stromregelung überlagere sollte das Teil eigentlich zu bewegen sein ohne 
irgendwelche heftigen Ausrutscher.

Ich bleibe also bei meiner Meinung das es gehen sollte. Rotorlage wäre 
natürlich besser aber ein Tacho wäre wohl das Minimum wenn man nicht auf 
BLDC ausweichen will.

Viel Erfolg, Uwe

Autor: Marcus W. (blizzi)
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Uwe wrote:
>>Darunter kamen Antworten die diese Idee zerschlagen haben
> Das sehe ich nicht so, ich halte es eher für eine Randerscheinung eines
> noch nicht ausgereiften Konzeptes.

Ok, zerschlagen war vielleicht der falsche Ausdruck, aber eine 
Bezugnahme dazu wäre denke ich besser als einfach ohne Angabe von 
Gründen das Gegenteil zu behaupten.

>>Hast du schonmal mit einem Stepper etwas gebohrt/gefräst? Oder ihm
>>anderweitig solch extremen Lastwechsel unterzogen?
> Ja. Ich senke Löcher mit einem solchen Teil und du wirst es nicht
> glauben, es geht ohne Probleme.
> Gegenfrage: Hast du dir schon mal einen Rotorlagegeber (keinen Rod)eines
> Industriemotors genau angesehen? Das sind 3 Spulen die von einem
> 3-teiligem Blech erregt werden. Da werden keine 1/100° gemessen.

Nein hab ich mir nicht angeschaut, aber das da keine hundertstel 
gemessen werden war mir schon irgendwie klar.
Die BEMF-Methode misst ja auch nur Nulldurchgänge, also Auflösung von 
360°/Schrittzahl pro Umdrehung.

> Ich bleibe also bei meiner Meinung das es gehen sollte. Rotorlage wäre
> natürlich besser aber ein Tacho wäre wohl das Minimum

Achso, du bist auch der Meinung, dass man einen Tacho auf jeden Fall 
braucht?
Dann kann ich mir auch vorstellen das es funktioniert. Dachte du stimmst 
ihm zu das es auch Blind geht. War wohl ein Missverständniss.

> wenn man nicht auf BLDC ausweichen will.

Ein BLDC ist es auch so. Meintest du BEMF?

Gruß

Autor: Stefan Müller (stefan-mueller)
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Hallo Uwe und Marcus W.,

wegen ein paar Mißverständnisse braucht ihr euch nicht gleich die Köpfe 
Einzuschlagen :)

Da mich das Thema sehr stark interessiert (nen BLDC bzw Servo kostet ja 
nicht mehr die Welt heute, vorausgesetzt man pappt keinen Fanuc 
drehgeber drauf :D)

Bin ich dran mir eine "Testschaltung" mit dem IRAM-Modul aufzubauen.
Die Höchststrombegrenzung mache ich mit einem gemeinsamen Shunt in der 
GND-Leitung, die daran Abfallende Spannung wird von einem OP mit einer 
Einstellbaren Referenz verglichen. Der Ausgang des OPs kann Wahlweise 
die Eingänge des IRAM "Choppern" oder über ein SR-Flipflop Dauerhaft 
abstellen.
Der uC hat mit diesem Stromkreis nix zu tun alles Analogtechnik :D

Der Grund ist daß ich in der Experimentierphase die Strombegrenzung 
nicht über den uC machen will, wenn was daneben geht mit der 
Programmierung gibts Rauch :D

Eine Weitere Strombegrenzung ist Paralell zu der Ersten Aufgebaut, diese 
geht über den uC und regelt die PWM nach. Diese ist natürlich kleiner 
Eingestellt wie die erste. Wenn die zweite Begrenzung wegen eines 
Programmierfehlers von mir versagt (ist ja niemand perfekt und in der 
Probierphase gehts schon mal wild zu) macht die erste den Kanal zu oder 
"Bremst" den Stromanstieg.

Ich will mir eventuell auch eine 3-fach Halbbrücke selbst bauen (zum 
lernen halt)
Dafür hab ich mir den IR2183SPBF MosFet-Treiber besorgt, nicht ganz 
Billig kann aber recht viel Strom um das Gate umzuladen.
Als FET hab ich den IRF540A beschafft (10 Stück, also etwas Reserve :D)

Da hab ich noch nen paar Fragen dazu:
Wie hoch kann ich mit der PWM-Frequenz gehen bei dem Treiber?
Gibts was besseres wie den IRF540a? Sollte 100V oder auch gerne ein 
wenig mehr Vertragen.
Brauch ich Freilaufdioden? Wenn ja welche sind zu empfehlen bei einem 
Motorstrom von ca. 4A und 40V und wo sollen die genau hin?

Stefan :D

Autor: Uwe (Gast)
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Hi!
>Wie hoch kann ich mit der PWM-Frequenz gehen bei dem Treiber?
Das hängt von einigen Faktoren ab->Anzahl Fets(also der Summe der 
umzuladenden Gatekapazitäten bzw.Ladungen) und auf welche % du deine PWM 
min/max fahren möchtest. Du solltest also eher schauen in welcher Zeit 
du deine Fets sicher auf/zusteuern kannst. Über dein kleinstes 
Impulsverhältnis kommst du dann auf die PWM-Freq. Denke vor allem auch 
an die Millerkapazität, die bei grossen Spannungssprüngen an den Fets, 
doch so einiges an Ladung ins Gate schaufeln - unnötig schnell würde ich 
aber trotzdem nicht schalten weil dann recht hohe 
Spannungsspitzen/Störungen entstehen können, die irgendwas anderes(µC??) 
totlegen Die Kunst ist also eher ein gutes Mittelmass zwischen 
Verlustleistung und Störungen/Rückwirkungen zu finden. Leider habe ich 
da jetzt auch kein richtiges Gefühl dafür, aber wenn es nicht unbedingt 
pfeifen soll, wären wohl 16kHz das Minimum. -Einfach mal bischen rechnen 
was machbar wäre und dann testen wie sich Temperatur und Gatespannung 
verhalten.
:D Zum selber rechnen bin ich jetzt allerdings zu faul und ich müsste 
mir erst die Datenblätter besorgen und auch noch lesen.
>Brauch ich Freilaufdioden? Wenn ja welche sind zu empfehlen bei einem
>Motorstrom von ca. 4A und 40V und wo sollen die genau hin?
Die Fets sollten eigentlich welche haben, aber meistens sind sie etwas 
zu träge. Ich würde jedenfalls schnelle externe vorsehen.

Viel Erfolg, Uwe

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