Regulador de poténcia para electroimán

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Angel
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#71 Mensaje por Angel »

Si querés, le podemos agregar a ese circuito un comparador de tensión más para estabilizar la tensión de salida independientemente de la carga.
Si descartas lo imposible, lo improbable es la causa.

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Sergi
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#72 Mensaje por Sergi »

.... La bobinita no se quiere gobernar... y yo le sigo le sigo la corriente...

Hola a Tod@s...

Acabé el controlador PWM basado en el circuito de Angel...

Imagen

...y con algunas modificaciones he conseguido montar unos ajustes que me permiten usarlo en modo automático, con un aumento del ciclo de trabajo de 0 al 100%, (siguiendo la rampa de referencia) con un periodo que va desde los 50ms hasta unos 44 segundos. También le he montado un ajuste manual que permite gobernar el ancho del impulso a voluntad desde 0 hasta el 100%. La frecuencia de troceado también monta un ajuste que permite trabajar desde los 3KHz hasta algo más de 1MHz.

Funciona de una forma muy estable e independiente de las perrerias que la hagas a la etapa de potencia. En cuanto tengo unas horas os subo el esquema completo.

La etapa de potencia sigue siendo el HCPL3120 gobernado con un par de etapas inversoras sobrantes del 40106 y atacando la puerta de un IRFP460. Dispone de una fuente de alimentación independiente de +15V -15V. El flanco de subida o de bajada del impulso que ataca la puerta del mosfet es brusco y recto incluso con la lectura del osciloscopio a la máxima velocidad.

Angel...

En estas condiciones monte de nuevo el settp-up converter y te puedo pasar algún dato nuevo..

Con una resistencia en serie de 10ohm con la bobina la lectura máxima es de 130V desde una tensión inicial de 34V. Este punto máximo se produce a aproximadamente un 80% del ciclo de trabajo, a partir de ahí la tensión se reduce hasta alcanzar de nuevo los 34V con un ciclo de trabajo al 100%. Ahora si es posible gobernar todo el ancho del impulso sin interferencias ni reseteos.

Sin la resistencia en serie (con la bobina a pelo) la tensión aumenta bastante más pero se acaba rompiendo el diodo antes de sobrepasar el 50% del ciclo de trabajo (la intensidad que aportan los rebotes de la bobina debe ser realmente seria, el diodo era de 8A). Freí tres diodos grandores diferentes y lo dejé estar, pero alguna lectura llego a los 400V medida con un tester de aguja.


Luego le llego el turno al electroimán...

Incluso con una bombilla de 500W en serie con la bobina rompí un par de mosfets más, así que para hacer pruebas con seguridad monté una resistencia de 330ohm 300W en serie con la alimentación de 312V . En estas condiciones el IRFP460 se calienta bastante en según que punto del ciclo de trabajo pero no se cruza.

Imagen

Siguiendo este esquema (también de Angel) como guía he estado haciendo varias pruebas.

-Con el esquema intacto la regulación es bastante irregular notandose algunos vaivenes en la tensión que llega al electroimán respecto a una rampa de referencia lineal. Esto lo atribuyo a procesos de resonancia del conjunto L-C de L2 y C3 dependiendo el ancho del impulso. Si variamos la frecuencia de troceado estos efectos se mueven arriba o abajo del ciclo de trabajo del impulso. La regulación es muy poco lineal y llega casi a la tensión máxima con solo el 10% del ciclo de trabajo. Se pueden apreciar las oscilaciones del conjunto L-C a unos 50KHz (más de lo que esperaba) y ajustar la frecuencia de troceado para que un ancho de impulso determinado coincida con la frecuencia de resonancia. Entonces el mosfet trabaja más relajado y el aporte de energía en el electroimán es mayor, pero al variar el ancho del impulso estamos igual o peor que antes (todo se pone a parir). Si aumentamos mucho la frecuencia de troceado (por encima de los 50KHz y hacia los 100KHz y más) se produce un efecto extraño... la tensión de la alimentación de 312V aumenta, y contra más aumenta la frecuencia más aumenta este sobrevoltaje pasando peligrosamente de los 1000V. Debe ser un efecto parecido al del settp-up converter, hay que tener en cuenta que el mosfet monta un diodo rápido de protección que puede hacernos el trabajo. No he querido ahondar más por ahí por no poner en peligro los condensadores de filtrado.

- Sin el condensador de 100uF C2 la señal en la pata negativa del electroimán es de diente de sierra coincidiendo con el ancho del impulso. Montando un tester de aguja entre los bornes del electroimán se pueden medir una tensión negativa en casi todo el ciclo de trabajo, solo es positiva con un ancho del impulso de cerca del 100%. Esto me ha llamado bastante la atención y me ha hecho comprobar la polaridad del tester varias veces.

- Con el condensador de 100uF pero sin el de 680nF ( C3 ) la regulación es mucho más fluida y sin vaivenes. Casi no se aprecia rizado en la tensión que suministra el circuito al electroimán y no se aprecian resonancias (creo que por ahora es la mejor opción )

- Sin la bobina L1 de 100uH la alterna en el electroimán es mucho más acusada y se pueden ver los golpes de los flancos del impulso en la tensión que alimenta el electroimán.


De las cuatro configuraciones que os he comentado la que parece mejor es la tercera. Pero el IRFP460 aun trabaja por encima de sus posibilidades (teniendo en cuenta que no creo que pueda mejorar más la forma de gobernarlo). ¿Creéis que puedo montar varios mosfet en paralelo? ¿Cual es la mejor forma de hacerlo?

Prefiero no usar otros componentes más caros, por cuestiones de recambios en caso de freiduría general.... y también prefiero no usar los IGBTs de potencia si es posible,

Un saludo
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Cecil Thousan

Angel
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#73 Mensaje por Angel »

Sergi:
Primero APLAUSOS MIL!!!!!!!!!!!!!!!!!
Hacer cosas con gente como vos es un placer, da gusto.
Tal como hacés vos, hacia yo cuando tenia montado el "taller", y si esto se lo saco, que pasa? y si agrego esto.......
Lo primero es que me alegra mucho que el circuito con el 40106 haya funcionado. A ese integrado en particular le tengo mucho aprecio pues me ha permitido hacer montones de cosas con 2 o 3 componentes asociados.

Ahora mis dudas:
Con el electroimán, con qué ciclo de trabajo llegás a la máxima tensión?
Con el step-up converter, el diodo que trona, es el rectificador que está a la salida?

Ahora reflexiones:
Para poner FET´s en paralelo el único requerimiento real es que el driver "aguante" la carga capacitiva que va a tener. Si querés hacer la prueba, poné 2 en paralelo directamente y antes de conectarle el +B verificá que la señal del gate no se haya deformado. Constructivamente las conexiones tienen que ser muy cortas.
Ya que estás probando TODO, si tenés tiempo, me gustaria mucho que probaras aumentar el valor de L2 al doble, p.ej. poniendo una igual a la que hiciste en serie. Supongo que eso quizás pueda hacer que el FET trabaje más "liviano".
Impresionante los datos del setep-up converter, ya estoy juntando algunos materiales para hacerlo.
Si el driver no alcanza, solo hay que hacer un amplificador a la salida del mismo.
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Sergi
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#74 Mensaje por Sergi »

Hola a tod@s

Angel...

Si, el diodo que revienta es el rectificador de la salida.

Con el electroimán la máxima tensión la consigo con el ciclo de trabajo al 100%, como seria de esperar, pero siempre que la frecuencia de trabajo no supere los 30 o 40KHz. Por encima de esta frecuencia empieza a hacer cosas raras.



Le he montado hasta 4 IRFP460 en paralelo y parece que funciona bastante bien.

Imagen

El driver a base de un HCPL3120 aguanta las cuatro puertas de los IRFP sin deformar la señal pero se calienta un poco. Con solo tres transistores apenas se calienta.

Le he puesto una resistencia de 0,33ohm al source de cada mosfet para dar algo de elasticidad al circuito (copiando algunos circuitos de amplificadores de audio, pero no se si es buena idea???).

De momento con un condensador de 200uF el rizado en la alimentación del electroimán en muy reducido.

Le he desmontado la resistencia limitadora de 300ohm y la bombilla de 500W que monté como protección en paralelo al electroimán, y los transistores se calientan solo en las primeras etapas del ciclo de trabajo, cuando el circuito funciona a 312V con los condensadores rectificadores a plena carga. El circuito aun tiene montado otra bombilla de 500W que limita la carga de los condensadores y cuando la demanda es muy grande, y que provoca una caída de tensión de la fuente cuando se pasa del 50% del ciclo de trabajo.

A plena potencia trabaja a unos 150V y la bombilla limitadora brilla con fuerza. No me atrevo a desmontarla sin ampliar la capacidad de la etapa de potencia.

He pensado montar nueve IRFP460 en paralelo con un buen disipador, gobernados cada tres con un HCPL3120. Con esta configuración espero poder hacer funcionar el electroimán a toda potencia sin sobrecargar los transistores de potencia ni los I.C. de driver, pero tendré que esperar unos días hasta que llegue el pedido.

Seguiré haciendo pruebas y ya os contaré

Un saludo
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Cecil Thousan

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Sergi
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#75 Mensaje por Sergi »

Hola a tod@s!!!!

Pues si que si!!!

He estado haciendo pruebas con el circuito que controla el electroimán, y tal como está, aunque solo sea a media potencia, funciona, y muy bien!

Hoy ha estado funcionando mas de cinco horas seguidas sin ningún problema, y eso que hacia un calor en el laboratorio de mil demonios. Los 35 grados a la sombra de Lleida, el soldador, las bombillas, la difusora, el electroimán, y los transistores disipando a todo trapo, se hacia necesario entrar en el laboratorio con bañador... una autentica sauna.

EL único inconveniente serio es que el electroimán a las tres o cuatro horas de funcionar rampa arriba rampa a bajo se calentaba de lo lindo y saltaba la protección térmica que le monté, cuestión de dejarlo reposar un rato y al lío de nuevo. He pensado en montar una modificación al circuito de control que permita usarlo en solo el tramo inicial de la rampa para exploraciones de iones ligeros y que pueda funcionar holgado en la mayoría de los trabajos que tengo que realizar.

Y como no podía ser de otra forma, me puse a hacer experimentos con el espectrógrafo... y este es el resultado!!

Imagen

En la gráfica se ve en rosa la rampa de referencia y en rojo la respuesta del sensor de iones...

Aun se harán necesarias algunas modificaciones y mejoras al circuito de control del electroimán, que comentaré puntualmente en este tema, pero como ya me he vuelto a meter de lleno en el tema delespectrógrafo continuo en el hilo del apartado de Técnicas de vacío y física de partículas...

Gracias de nuevo a todos los me habéis estado ayudando... y en especial a Angel por su paciencia y trabajo.

Un saludo
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Angel
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#76 Mensaje por Angel »

Felicitaciones y gracias a vos por darle "bola" a este viejo diseñador :)
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Sergi
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#77 Mensaje por Sergi »

Hola a tod@s

Siguiendo con los flecos pendientes que aun me quedan por resolver en este tema, y aprovechando algo de tiempo que he tenido, he dibujado el circuito que conforma la onda que ataca a los drivers de los mosfets. Aun falta la etapa de potencia, pero esta aun no la he podido probar. Hoy me llegaron los HCPL3120 y en unos días los montaré junto con los IRFP460.

Imagen

Como os conté, el circuito esta basado en la propuesta de PWM de Angel pero con algunas modificaciones para adaptarlo a los rangos de frecuencias y necesidades propias de espectrógrafo.

El interruptor INT 1 y los dos potenciometros de 500K así como la aparentemente extraña configuración de las resistencias de 156K 89K .. etc en la sección del circuito que genera la rampa, fueron la solución que encontré para adaptar un viejo potenciómetro doble con interruptor, solidario al segundo mando, que saqué de un televisor.

Imagen

Con el puedo gobernar la duración de la rampa desde unas décimas de segundo hasta varios minutos, y con el segundo mando, que gobierna el otro potenciómetro y que cierra los dos interruptores, puedo manejar la amplitud del impulso directamente. La idea es montarle unos botones concéntricos.

La segunda sección del circuito, la que genera la onda triangular o troceadora tiene una segunda etapa hecha con un TL081 que amplia la troceadora y permite ajustar su posición relativa respecto a la rampa. De esta forma puedo conmutar, mediante el INT 2 la opción normal, que genera un impulso de amplitud variable de 0 a el máximo ciclo de trabajo, o la segunda opción, que solo llega hasta el 30% del ciclo de trabajo antes de volver a empezar.

Cuando pueda probar la etapa de potencia dibujaré el circuito completo.

Como siempre sigo abierto a cualquier sugerencia que me podáis dar.

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Angel
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#78 Mensaje por Angel »

Estuve mirando el circuito Sergi.
En este esquema, te aporto algunas ideas:
Imagen
Te comento las modificaciones:

La descarga del condensador C1 está hecha a través de un par de transistores, el motivo es que descargar un capacitor de 100 uF de forma rápida no es fácil. Con esta modificación, la caida es bastante aceptable y es casi un diente de sierra perfecto.
De esta forma se puede eliminar la R de 1.2 K que pusiste en serie con el FET, y así se consigue una mejor linealidad de la rampa, ya que la corriente de carga es constante (la configuración del FET es justamente para esto, pero si además hay una resistencia, ya deja de ser constante).

Lo otro que vas a ver que la el segundo comparador que no se usaba, lo puse como seguidor de tensión para aislar totalmente al generador de la onda triangular.

Lo otro que vas a ver es que el siguiente operacional tiene además de la posibilidad de "mover" el lugar de trabajo tiene la posibilidad de amplificarlo, con lo que podrias definir perfectamete que el ciclo se cumpla dentro de un pequeño sector del ciclo de trabajo, no siendo necesariamente de 0 a 10 por ejemplo, si no de 15 a 25.

PD en C1 utilicé 10 uF en lugar de 100 porque la simulación se hacia extremadamente lenta.
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#79 Mensaje por Sergi »

Hola Angel....

Gracias de nuevo..

Buena idea los transistores de descarga, Ya había observado la inclinación del retorno de la rampa, pero la había asumido como mal menor.

La resistencia de 1,2K la puse para no sobrecargar el fet al amorrar a masa la salida del circuito de la rampa. Tal vez no haga falta??. el problema era que el potenciómetro que quería usar como mando no tenia un conmutador, sino dos interruptores independientes que se conectan al accionar el segundo mando, y para no montar un conmutador adicional busque la forma de adaptar el circuito, Ya se que es un poco chapucero, pero funciona bien.

Si lo ves claro elimino la resistencia de 1,2K manteniendo la conmutación a 0, y le monto los transistores de descarga. Aunque eso me restara inversores que tenía pensado destinar a atacar cada uno de los cuatro drivers. Tendré que montar otro 40106.

Lo de aislar el generador de la troceadora también me lo apunto.

Al montar el TL081 también vi que con el potenciómetro de la entrada (-) podía mover la sección delimitada por la amplificación arriba o abajo por el ciclo de trabajo, pero en un principio solo me interesa ajustar la primera zona. Tal vez en un futuro monte una modificación para ajustar deferentes zonas.


Ahora voy a trabajar en la etapa de potencia, a ver que ocurre....

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Angel
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#80 Mensaje por Angel »

De acuerdo a las simulaciones que hice, no es necesaria la resistencia, aún puesto a tierra, la corriente no supera los 10 mA (6 y monedas), y el BF según la hoja de datos, soporta como mínimo 30, así que estamos dentro de un márgen de seguridad más que aceptable. Además esto seria una disipación de 150 mW y la disipación que admite son 400. Probablemente entibie un poco, pero no creo que pase de ahí.
Revisando un poco, también me dí cuenta de que no es necesaria una fuente partida como yo lo puse en el esquema para logar tanto amplificar como mover el offset del oscilador.
Acá te dejo la simplificación del circuito:
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Si descartas lo imposible, lo improbable es la causa.

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