Calcolo resistenze ponte H

[lucaventimiglia]

Salve a tutti ragazzi,
come già accennavo nel post di prima sto provando a costruire un mio ponte H basandomi su questo schema che ho trovato in un vecchio post su questo sito >>

Devo pilotare in entrambi i sensi un motore MY1016 con tensione nominale 24 V e con un assorbimento di circa 14A dati di targa >> http://www.ebay.it/itm/141415571341?_trksid=p2055119.m1438.l2649&ssPageName=STRK%3AMEBIDX%3AIT

I transistor che sto utilizzando sono dei TIP2955 pnp e TIP3055 npn datasheet >>http://www.ens-lyon.fr/DSM/AGREG-Physique/oral/Notices/N041-018.pdf.

Ora, siccome sono ignorante in fatto di transistor e ponti H, non mi sono informato a dovere sul calcolo delle resistenze di base che sono fondamentali per non friggere i componenti: ho collegato il tutto senza nemmeno una resistenza di base e risultato inaspettato... ho bruciato la seriale di Arduino Nano

Ma siccome sto imparando ed è la prima volta che faccio un ponte H non mi butto giù!!

Ma mi serve comunque il vostro aiuto, sono un quasi perito elettrotecnico e mi sono avvicinato al mondo dell'elettronica per pura passione ed interesse: qualcuno sa darmi delucidazioni sul significato delle resistenze che sono presenti sullo schema e come posso dimensionarle in modo che Arduino non mi frigga di nuovo (sì ne ho un altro e non voglio friggerlo )?
Grazie a tutti in anticipo e perdonate la mia ignoranza.

[IsidoroKZ]

Senza resistenze di base non va bene, pero` come hai fatto a bruciare la seriale? La seriale non dovrebbe essere collegata al ponte ad H.

A parte quello ci sono alcune cose da considerare. I transistori 3055 e 2955 non sono adatti a pilotare un carico da 14A, molto meglio usare transistori MOS. Inoltre un circuito che commuta una corrente elevata come quella, genera disturibi elettromagnetici, cadute di tensione sui collegamenti di alimentazione e ground...

Non e` banale fare un circuito del genere, ci sono problemi di layout, condensatori di bypass sulle alimentazioni...

Parti da correnti piu` basse oppure usa un driver e comunque transistori MOS.

[lucaventimiglia]

Senza resistenze di base non va bene, pero` come hai fatto a bruciare la seriale? La seriale non dovrebbe essere collegata al ponte ad H.

Non ne ho la più pallida idea! So solo che all'inizio il motore girava, poi ha smesso e ho sentito una puzza di seriale bruciata x'D

[lucaventimiglia]

A parte quello ci sono alcune cose da considerare. I transistori 3055 e 2955 non sono adatti a pilotare un carico da 14A, molto meglio usare transistori MOS. Inoltre un circuito che commuta una corrente elevata come quella, genera disturibi elettromagnetici, cadute di tensione sui collegamenti di alimentazione e ground...

Non e` banale fare un circuito del genere, ci sono problemi di layout, condensatori di bypass sulle alimentazioni...

Parti da correnti piu` basse oppure usa un driver e comunque transistori MOS.

Ti ringrazio di nuovo per le risposte.
Ok allora ipotizziamo di farlo funzionare a metà carico (ho già provato e mi dà una bella coppia anche a 12V). Quali calcoli bisogna fare per dimensionare le varie resistenze presenti nello schema?

Per quanto riguarda la dissipazione del calore credo non vi siano problemi. Ho già recuperato 4 dissipatori enormi per ogni transistor. Poi considerando che lavora a metà carico dovrebbe fluire una corrente di circa 7A.
Ah comunque mi sono sbagliato sui dati di targa sta scritto 13,7A come corrente massima ma non credo cambi molto, i livelli di corrente sono comunque molto alti. In ogni caso leggo nel datasheet dei TIP che può sopportare una corrente sul collettore massima di 15A! Non sono sufficienti?

[Pixy]

ciaolucaventimiglia.
sinceramente non mi sono mai dilettato a costruire un ponte H , però, intanto bisogna prendere atto delle considerazioni di IsidoroKZ al post 2,

e ho sentito una puzza di seriale bruciata x'D

Tipico .
Il chip invece che puzza ha ?
A parte gli scherzilucaventimiglia, Riporta lo schema che hai fatto tu e non quello preso dal sito.
Che resistenze di base non hai messo ?
Quelle sui due transistor pilota o su nessuno ?
Che BJT usi per pilotare i TIP ?

Sul datasheet dei Tip non ci sono molti grafici per valutare quanta corrente di base ci vuole per mandarli in completa ( o quasi) saturazione, ma le correnti di basi sono molto alte.

Comunque anche se non c'è il grafico , nella tabella ci sono due valori esempio di Ic di saturazione 4 e 10 A.
Per una corrente di 10 A sul collettore, ne servono 3 di base, perciò sul collettore del del BJT pilota, dobbiamo trovarci questa corrente che a sua volta necessita di una corrente di base che dipende dal proprio HFE che la deve fornire l' uscita della porta di Arduino, sicché facendo i conti siamo al limite delle possibilità della porta, probabilmente

Ok allora ipotizziamo di farlo funzionare a metà carico (ho già provato e mi dà una bella coppia anche a 12 V).

Poi se si alimenta a metà tensione, non usiamo il termine " a metà carico" il carico è quello che si applica al motore.
Se diminuisci la tensione, oltre alla coppia ( che dipende dalla corrente che comunque a sua volta dipende dalla tensione..) , diminuisci il numero di giri massimo raggiungibile che dipende , invece solo dalla tensione ( ma se non hai obbiettato, allora può darsi che ti siano sufficienti ).

Però, la corrente che assorbirà il motore dipenderà dal carico che applicherai all' albero, perciò ,può essere anche molto minore di quello che pensi, anche se bisogna sempre valutare la cosa per la corrente massima che può assorbire il motore

Comunque, meglio se ci fai il tuo schema.
Se vuoi per forza utilizzare i Tip che hai, avrai capito che per mandarli in saturazione bisogna valutare le cose per bene.
Ma al motore vuoi solo invertire il senso di marcia o anche variare la velocità ?

[lucaventimiglia]

Prima cosa, grazie della risposta.

Tipico .
Il chip invece che puzza ha ?
A parte gli scherzilucaventimiglia, Riporta lo schema che hai fatto tu e non quello preso dal sito.
Che resistenze di base non hai messo ?
Quelle sui due transistor pilota o su nessuno ?
Che BJT usi per pilotare i TIP ?

- Entro stasera vi farò lo schema preciso con tutti i componenti anche se non sarà molto diverso da questo, dato che strutturalmente è identico; ho però una domanda da fare prima di disegnare il circuito: è così necessario usare transistor di pilotaggio anche per gli NPN?? ;
- Non ho messo nessuna resistenza (ve l'ho detto sono ignorante in materia )
- In verità per pilotare i TIP uso dei mosfet IRFZ44N (sto facendo una boiata? )

Comunque anche se non c'è il grafico , nella tabella ci sono due valori esempio di Ic di saturazione 4 e 10 A.
Per una corrente di 10 A sul collettore, ne servono 3 di base, perciò sul collettore del del BJT pilota, dobbiamo trovarci questa corrente che a sua volta necessita di una corrente di base che dipende dal proprio HFE che la deve fornire l' uscita della porta di Arduino, sicché facendo i conti siamo al limite delle possibilità della porta, probabilmente

OK! Mi trovo fin qui! Il problema è che non so come portare una corrente di 3A sul collettore del transistor pilota.Sullo schema riportato, lui porta questa corrente tramite la resistenza R12 (che va dimensionata). E poi nasce il problema che una porta logica di Arduino può erogare massimo 40mA e dovrei vedere quanto è l' Hfe dell'IRFZ44N e se sono sufficienti per ottenere la 3A sul collettore del transistor pilota.
Il rapporto dovrebbe essere Hfe=Ic/Ib giusto? dove Ic è la corrente sul collettore che voglio ottenere e la Ib la corrente di base che devo mettere per ottenerla?

Però, la corrente che assorbirà il motore dipenderà dal carico che applicherai all' albero, perciò ,può essere anche molto minore di quello che pensi, anche se bisogna sempre valutare la cosa per la corrente massima che può assorbire il motore

Comunque, meglio se ci fai il tuo schema.
Se vuoi per forza utilizzare i Tip che hai, avrai capito che per mandarli in saturazione bisogna valutare le cose per bene.
Ma al motore vuoi solo invertire il senso di marcia o anche variare la velocità ?

- Il carico applicato sull'albero è di 70 kg massimi ; a questo punto mi viene però un dubbio, sui dati di targa sta scritto che in condizioni nominali il carico massimo è di 80kg... a metà carico non credo di potercela fare a trasportare 70kg, tu che pensi?
- Si voglio anche variare la velocità col PWM, ma sono un asso col software don't worry ( purtroppo... non è solo un problema di software )

[BrunoValente]

- Il carico applicato sull'albero è di 70 kg massimi

Dire che il carico applicato all'albero è di 70kg ha senso come dire che la tua altezza è di 70kg.

Il carico applicato all'albero oppone una coppia che si misura in N·m (newtonmetro) o kgm (chilogrammetri) e per capire quanta corrente occorre bisogna anche sapere a quale velocità di rotazione occorre che il motore vinca quella coppia.

Ascolta i consigli che ti sono stati dati: con i transistor è complicato arrivare a commutare quelle correnti, invece con dei mosfet appropriati è più facile.. ma comunque per te che sei a digiuno non è uno scherzo.

Con cosa alimenteresti il ponte? hai idea dei problemi a cui vai incontro se stai pensando di cavartela con un solo alimentatore per la potenza e per il controllo?.. la seriale l'hai già fatta fuori.. molto probabilmente già al primo assaggio hai fatto i conti senza l'oste non tenendo conto delle cadute sui conduttori di alimentazione o facendo scorrere alte correnti chissà dove.. questo è l' hardware, non è asettico e semplice come il software , per non rimanerci sotto devi saperti districare tra mille insidie e tante cose che non si vedono ma che fanno sentire i loro effetti indesiderati, spesso distruttivi, come le grandezze parassite.

[lucaventimiglia]

- Il carico applicato sull'albero è di 70 kg massimi

Dire che il carico applicato all'albero è di 70kg ha senso come dire che la tua altezza è di 70kg.

Il carico applicato all'albero oppone una coppia che si misura in N·m (newtonmetri) o kgm (chilogrammetri) e per capire quanta corrente occorre bisogna anche sapere a quale velocità di rotazione occorre che il motore vinca quella coppia.

Ti ringrazio non lo sapevo

Ascolta i consigli che ti sono stati dati: con i transistor è complicato arrivare a commutare quelle correnti, invece con dei mosfet appropriati è più facile.. ma comunque per te che sei a digiuno non è uno scherzo.

Ok, se dite che con i mosfet è più semplice pilotare non vedo perché tentare di fare qualcosa di più complesso! Leggendo i datasheet degli IRFZ44N vedo che riescono a drenare correnti fino a 49A! Nel mio caso dovrebbero andare più che bene, che dite? Il problema è che non esiste la versione pnp, ho già chiesto al mio fornitore.

Con cosa alimenteresti il ponte? hai idea dei problemi a cui vai incontro se stai pensando di cavartela con un solo alimentatore per la potenza e per il controllo?

Il ponte vorrei alimentarlo con una batteria al piombo da 12V e ammetto che avevo pensato di prelevare i 5V dalla stessa batteria.

In tuttà onestà, dato che possiedo al momento solo i TIP pnp ed npn più gli IRFZ44N vorrei iniziare a sperimentare qualcosa, anche a basse tensioni, per entrare nella logica del ponte H.

[Pixy]

- Il carico applicato sull'albero è di 70 kg massimi ; a questo punto mi viene però un dubbio, sui dati di targa sta scritto che in condizioni nominali il carico massimo è di 80kg... a metà carico non credo di potercela fare a trasportare 70kg, tu che pensi?
- Si voglio anche variare la velocità col PWM, ma sono un asso col software don't worry ( purtroppo... non è solo un problema di software )

Vedo che nel frattempo ti hanno già risposto e rispondo solo all' ultima parte delle tue domande
Come ha precisato BrunoValente gli 80 kg citati dal venditore dicono poco
Forse rappresentano un peso che è bene non superare a causa della deformazione dell'alberino o altro.

Il tuo motore riporta una coppia di 0,9 Nm all'albero.
questo significa che potrai muovere un peso di 90 g ( circa) se la puleggia avrà un diametro di un metro, mentre potrai muovere un peso di 900 g con una puleggia di 10 cm e così via , con una di 1 cm il peso sarà 9 kg e all' albero 90 kg ( mi sembra che sia così )

Poi, anch'io sono uno come te lucaventimiglia ..Però mi sembra che la cosa funzioni così:

La coppia del motore è massima a motore fermo,
La coppia nominale è la coppia che hai ( gli 0,9 Nm ) a numero di giri nominali che sono a tensione nominale e a corrente nominale ed è inferiore alla coppia di spunto ( motore fermo ).
A tensione costante, la velocità del motore diminuirà in modo proporzionale alla coppia applicata al carico , questa diminuzione di giri dipende da motore a motore e si chiama gradiente di velocità.
La corrente assorbita, invece è proporzionale allo sforzo, cioè alla coppia che il motore deve sviluppare per uguagliare la coppia del carico applicato.
Secondo me hai già difficoltà a muovere un carico di 70 Kq di forza o peso vicinissimo all' albero già alimentandolo a 24 V restando nei parametri nominali. In pratica muoverai il carico, ma a scapito di una maggiore corrente assorbita (se la coppia nominale non è sufficiente e perciò il motore necessiterà di maggior coppia) e diminuzione di giri e di un surriscaldamento del motore.
In pratica il motore , più rallenta , più aumenta la forza, ma a scapito di una maggior assorbimento di corrente e surriscaldamento del motore

Se dimezzi la tensione di alimentazione la porti da 24 V a 12 V si dimezza il numero di giri massimo ( che si hanno con il motore senza carico ) e si dimezza la coppia di spunto , cioè alla partenza.
Solo se la coppia di spunto è maggiore della coppia resistente si riesce a far muovere il motore che poi troverà un numero di giri di assestamento quando le coppie all albero si uguaglieranno, ma questo avverrà ( se avverrà) ad un numero di giri molto basso assorbendo un tot di corrente che comunque sarà minore della corrente allo spunto e potrà essere superiore o inferiore alla corrente nominale ( bisogna vedere. questo dipende se la coppia nominale è sufficiente o ha bisogno di maggior coppia )

Di preciso cosa vuoi e in che modo vuoi muovere questi 70 kg?

[lucaventimiglia]

Di preciso cosa vuoi e in che modo vuoi muovere questi 70 kg?

Sto realizzando questo >>
Anche se il peso non verrà applicato direttamente all'albero motore (in questo modello la ruota è un motore vero e proprio) dato che ho realizzato una trasmissione a catena.
-La puleggia del motore dentata è vicinissima al diametro dell'albero proprio come si vede in questa immagine>>
-Quella montata sull'asse della ruota 12,5cm circa.

Per quanto riguarda il funzionamento è abbastanza semplice: la velocità è direttamente proporzionale all'inclinazione dello skate (fino ad un certo punto di sicurezza) che viene letta attraverso un sensore che già ho programmato e funziona.
Sempre tramite software ho anche fatto la proporzione tra inclinazione e velocità del motore, provando con un banale motorino a 5V. La cosa che mi manca è il dannatissimo ponte H