Как фильтровать помехи от ШИМ на мощной нагрузке?

vahegan · 15.04.2014, 23:54

Здравствуйте, друзья!

Стоит такая задача: надо от ШИМ-а микроконтроллера (ATMEGA, будет пока Ардуинка трудиться) управлять мощными нагрузками (универсальный коллекторный двигатель до 1кВт и нагреватель до 3.3кВт) с питанием от сети 220В. Хочется управлять мощностью с точностью хотя-бы в 1%, 8-битного ШИМа должно хватить.

Управление от контроллера, через оптоизолированный драйвер (HCPL3120), пойдет на IGBT (IRGB20P60) транзисторы, которые будут коммутировать ток через нагрузку.

Проблема в том, что в сеть пойдет дикая помеха на частоте ШИМ (около 500Гц). Как можно ее отфильтровать? Ставить конденсаторы при нагрузке в несколько киловатт, наверное, бессмыссленно. Остается, видимо, индуктивность на сеть - как оценить, какая нужна индуктивность, на каком сердечнике мотать, и т.п.? Устройство делается в единичном экземпляре, для себя, работать будет относительно недолго (около 20 минут), так что, особо сильно заморачиваться не хочется, но и особо сильно "шуметь" тоже не хочу.

alvadep · 16.04.2014, 00:26

А что за нагреватель то?
Может для нагревателя просто пропускать определенное количество полупериодов сетевого напряжения. За секунду 100 полупериодов, вот вам и 1%. В общем тот же ШИМ, но с периодом 1 секунда.

vahegan · 16.04.2014, 00:38

Нагреватель керамический от фена, вот такой. Двигатель от пылесоса.

Я пробовал делать так, как Вы описали, на более слабой модели устройства (нагреватель сетевой 1.2кВт + двигатель на 24В, 2.5А). Но чтобы точно регулировать мощность, нужен детектор перехода через ноль, подключенный к прерыванию на контроллере. А к прерываниям контроллер крайне чувствителен. Несмотря на довольно жесткую подтяжку этой ноги к питанию, он у меня ловил тысячи ложных прерываний в секунду при работе двигателя. Пришлось отказаться от прерывания, включая симистор на заданную длительность (кратную длительности полуволн). Но точность регулирования уже меньше (симистор включаю оптроном со встроенным детектором нуля, тут и там можно потерять полуволну, или наоборот, лишнюю пропустить). И кроме того, для работы двигателя в районе относительно низких оборотов желателен ШИМ - так он не будет терять крутящий момент.

avp94 · 16.04.2014, 00:57

Сообщение от vahegan

Проблема в том, что в сеть пойдет дикая помеха на частоте ШИМ (около 500Гц). Как можно ее отфильтровать?

Вы в этом уверены, что пойдет дикая помеха на частоте ШИМ при индуктивной нагрузке (двигатель)?
Фильтруют LC фильтрами, другого не дано (можно и иначе, но для озвученных мощностей экономическая целесообразность стремится к нулю

).

vahegan · 16.04.2014, 01:22

Сообщение от avp94

Вы в этом уверены, что пойдет дикая помеха на частоте ШИМ при индуктивной нагрузке (двигатель)?

Универсальный двигатель вроде не такой уж и индуктивный. Киловаттник (мощность реальная, измерял) размером с кулак (если бы весь поток воздуха не проходил сквозь мотор, он бы, наверное, сгорел за минуту).

Больше всего я опасаюсь, как бы помеха, через БП, не пролезла на контроллер...

Цитата:

Фильтруют LC фильтрами, другого не дано (можно и иначе, но для озвученных мощностей экономическая целесообразность стремится к нулю

).

Ну да, PFC городить как-бы не хотелось бы

Хотелось бы уточнить конкретные технические моменты. Оценить, какие электролиты имеет смысл ставить на выходе моста, и надо ли шунтировать их бумагой? И как делать индуктор на входе: обмотки для обоих сетевых проводов мотаются вместе, на одном сердечнике? Сколько мотать, скажем, на сердечнике от ТВС-а? Надо ли делать зазор?

kreking · 16.04.2014, 01:32

Сообщение от vahegan

...так что, особо сильно заморачиваться не хочется, но и особо сильно "шуметь" тоже не хочу.

Берёте сетевой удлинитель 15-25 м, и мотаете весь провод на стальной болванке диаметром 100-200 мм, можно на трубе толстостенной стальной, получаете фильтр без особых затрат. Кто же Вас так напугал помехами, наверно интернет.

avp94 · 16.04.2014, 01:50

Сообщение от vahegan

Киловаттник (мощность реальная, измерял) размером с кулак

Посмотрите характеристики, в частности без нагрузки. С точки зрения мало-мальски сети 100 штук таких преобразователей никто не заметит.
Могу сказать ответственно (ну поспорить на ящик пива или виски или чего предпочитаете), если ваши игрушки потребляют не более 20% установленной мощности подстанции питания, не о чем беспокоится (по крайней мере по ГОСТ РФ).

Сообщение от vahegan

Больше всего я опасаюсь, как бы помеха, через БП, не пролезла на контроллер...

А это правильно опасаетесь, питание управы надо защищать по максимуму.

vahegan · 16.04.2014, 02:06

Сообщение от kreking

Берёте сетевой удлинитель 15-25 м, и мотаете весь провод на стальной болванке диаметром 100-200 мм, можно на трубе толстостенной стальной, получаете фильтр без особых затрат. Кто же Вас так напугал помехами, наверно интернет.

Не, какой там инет, просто помню как намаялся с этими прерываниями на 60 ваттах (при том, что и индукторы ставил, и питание контроллера делал в 2 понижающих каскада, с нормальной емкости электролитами плюс керамика в параллель) - после этого боюсь думать, что попрет на киловатте.

Сообщение от avp94

А это правильно опасаетесь, питание управы надо защищать по максимуму.

Т.е., проще поставить нормальные индукторы на вход блока питания, от которого будет контроллер питаться, и забить на "сорение" в сеть?

eddy · 16.04.2014, 08:39

vahegan, вы еще частоту ШИМ выведите подальше за пределы ЗЧ. Скажем, килогерц 500 сделайте. Тогда у вас всякая звуковая аппаратура не будет "фонить".

vahegan · 16.04.2014, 08:55

Сообщение от eddy

vahegan, вы еще частоту ШИМ выведите подальше за пределы ЗЧ. Скажем, килогерц 500 сделайте. Тогда у вас всякая звуковая аппаратура не будет "фонить".

Высокую частоту и фильтровать легче. Но если поменять, многие функции на ардуине, завязанные на таймер, будут работать неверно. На счет фонения на звук - думаю, не беда - устройство будет работать максимум 20 минут, и далеко не каждый день.