Как определить нагрузку на электродвигатель с высокой точностью?

Question

[Артур Суворов]

Всем привет. Есть двигатель (допустим от шуруповерта), с помощью чего реализовать замер напряжения в единицу времени (1/5 секунды) , с точностью до 100/1000 . Или может есть другой путь определения нагрузки при сверления для дальнейшего построения визуализации прохождения сверла через материалы разной плотности?

Answer 1

[lonelymyp]

Во первых замерять нужно не напряжение, а ток.
Во вторых сейчас дофига датчиков тока с любой точностью и скоростью, гугл в помощь.
В третьих это довольно бессмысленно. Во время вращения ротора происходит многократная коммутация обмоток, поэтому ток в цепи непрерывно меняется.
Характер изменения тока напоминает вот это:


Если вы всётаки соберёте данные о токе, они будут бессмысленны без данных о скорости вращения, а так же данных о силе нажатия. Так что думайте как добавить датчик скорости вращения и датчик давления.

Comments

[Артур Суворов]

Данные о перемещении сверла планируется брать с Ш двигателя, ток замерять через определенное расстояние пройденное сверлом(5 мм примерно). Вы считаете что по графику потребляемого тока нельзя будет построить профиль плотности материала?

[pfg21]

шум коммутации элементарно исключаем обычным низкочастотным фильтром, он же интегратор.
если частоту среза фильтра взять во много раз больше меньше частоты вращения двигателя (а частота вращения двигателя я думаю в десятки-сотни раз больше необходимой частоты измерения 5 раз в секунду) то на выходе будет практически постоянное напряжение.
ваши красивые осцилограммы тут совершенно побоку, плюс красная осциллограмма кажись с инверсией.

но для двигателя с КЗ-ротором механическая мощность отличается от потребляемой электрической мощности и сколь помню плавает при изменениях нагрузки. так что стоит почитать электрические машины.

[lonelymyp]

С шагового мотора невозможно брать данные, это одностороннее устройство, ты ему можешь приказать переместиться, а он может быть переместится, а может и нет, ты даже не узнаешь что он отказался перемещаться.

Шаговый двигатель используется для перемещения по шагам, сверло невозможно двигать по шагам, ни разу дырки не сверлили чтоли?
Надавил на шуруповёрт и сверло пошло в материал вгрызаться.
Не ты задаёшь скорость сверления, а материал позволяет тебе углубляться с определённой скоростью, чем плотнее материал тем медленнее он позволяет засверливаться.
Поэтому надо обеспечить некоторое более менее постоянное усилие и следить за током мотора, скоростью вращения и динамикой заглубления (дальномер).

Ток бессмысленно считать до 0.001 ампера, если это шуруповёрт то достаточно точности в 0.1 ампера, остальные знаки после запятой это будут помехи.
Насчёт частоты измерения тут надо пробовать, вероятно надо прикинуть скорость вращения мотора и замерять средний ток за время десятка или нескольких десятков оборотов.

Так же нужен мощный источник тока, чтобы под нагрузкой напряжение не проседало, ато придётся ещё и за скачущим напряжением следить.

Само собой затея потребует раскошелиться на качественные дорогие свёрла, иначе придётся перед каждым тестом делать калибровочное отверстие потому что сверло будет подтупливаться и показания будут уплывать.

ЗЫ
Это я написал для ситуации когда требуется отличать например породы дерева, если задача стоит определять дерево или железо, то всё что я писал можно забыть =)

[lonelymyp]

pfg21, согласен, если речь про 5 замеров в секунду то пофиг на шум.
На самом деле это уже надо у автора спрашивать что он там сверлит, фанерки 3 мм или чугунные болванки толщиной 50мм.

[Артур Суворов]

lonelymyp, сверлить деревья. По работе столкнулся с прибором, и очень заинтересовало его устройство, т. К. Показалось совсем не сложным для прибора за 15к у. е https://youtu.be/H73cU_ix_X8

[Артур Суворов]

lonelymyp, и почему нельзя разместить допустим сверло на каретке линейного привода и шаговым двигателем через швп заставить сверло плавно перемещаться по координатам, и если сверло достигло координат проводить измерение? Я сразу извиняюсь если туплю и задаю нубские вопросы, я только пытаюсь во все этом разобраться))

[Ezhyg]

Артур Суворов, в противовес утверждению, что нельзя определить повернулся ли двигатель (правда так делают в обычных двигателях, "с поддержкой момента") определить сместился ли двигатель можно датчиком холла.

[lonelymyp]

Артур Суворов, Чтобы шаговый мотор не пропускал шаги, надо знать допустимую скорость сверления, а если вы заранее знаете допустимую скорость сверления то и прибор вам не нужен.
Т.к. мы не знаем допустимую скорость, то мы будем либо подавать слишком слабо и не получим данных о плотности, либо слишком быстро и пропустим шаги.

Теоретически можно определять наугад, постепенно увеличивать скорость и отлавливать положение пока шаговик не начнёт пропускать шаги, но это не выглядит хорошей идеей

[lonelymyp]

Артур Суворов, Ага, резистограф. Теперь немного понятней.
Там достаточно мощный линейный привод который давит сверло в дерево с заданной скоростью.
а измеряется мощность на сверление при сохранении заданной скорости.

Механизм сверления вероятно сродни шуруповёртовского
тут вполне достаточно будет измерять ток 5 раз в секунду с точность 0.1 ампера.

[Артур Суворов]

Чуть мощнее двигатель но сродни ему, видел его в разоброном состоянии, достаточно долго работая с ним. Но например когда идёт по древесине дуба вообще очень медленно, даже дымится иногда.

[Артур Суворов]

lonelymyp, стоит отметить что их конкуренты вообще пошли по пути использования именно шуроповерта

Answer 2

[Александр]

Физика 8 класс, мощность равна току умноженному на напряжение. Еще можно измерять скорость вращения - она падает при нагрузке.

Answer 3

[Виктор]

Нагрузка на электродвигатель - это отдаваемая двигателем мощность, а измеряя ток и напряжение, можно узнать совсем не её, а потребляемую. Их отношение - это тот самый КПД, который никогда не достигает 100% и обычно в точности неизвестен. Отсюда вывод: измеряя потребляемую мощность, вы точную нагрузку не узнаете.
Чтобы точно измерить нагрузку (т.е. отдаваемую мощность), вам придётся измерить крутящий момент и умножить его на обороты:
P (кВт) = Mкр (Нм) х N (об/мин) / 9549
Коэффициент 9549 устаканивает разнобой в единицах измерения, и если надо получить результат в л.с, то его надо заменить на 7164.

Но поскольку в действительности вы желаете измерить не столько нагрузку, сколько параметры сверления, то ни о какой точности вообще говорить не приходится. Ведь вам придётся как-то учесть ещё и материал сверла, его остроту, его износ, силу осевого давления на сверло (и это только первое, пришедшее на ум, а там наверняка ещё много всякого).

Comments

[Артур Суворов]

Пришлось столкнуться по работе с таким прибором. https://youtu.be/H73cU_ix_X8, и загорелся возможностью повторить т. к показалось что сложного там нет не чего. там по по словам "экспертов по работе с этим прибором" плотность древесины вычисляют по параметрам работы двигателя. Кроме двигателя на линейной направляющей и платы больше не чего нет. Сверло вставляется напрямую в цоколь двигателя.. Вот и пытаюсь понять пока на основе чего строится плотность древесины для того что бы понять в какую сторону двигаться дальше.

[Ezhyg]

Артур Суворов,

нет не чего

нечего есть - в холодильнике ничего

[Виктор]

Артур Суворов, у меня по вашей ссылке идёт ошибка 404, так что имеет смысл описать словами, что там такое. Что же касается сверления, то плотность древесины тут не главное. Конечно, она влияет на усилие резания (и в конечном итоге на нагрузку на мотор), но, ПМСМ, угол заточки сверла, степень его затупления (износа), или глубина погружения в высверливаемое отверстие влияет больше.
Так что ежели таким манером мерить плотность древесины, то перед каждым измерением такой измерительный стенд придётся калибровать на каком-то эталоне. Который тоже ещё предстоит придумать.

[Артур Суворов]

Виктор, https://youtu.be/H73cU_ix_X8 , словами трудно объяснить, лучше один раз увидеть.