Форум РадиоКот

Всем привет.
Пытаюсь собрать схему левитатора с верхним подвесом. Питание электромагнита (ЭМ) осуществляется с помощью ШИМ TL494. Столкнулся с некоторыми трудностями.
Как правильно организовать плавное включение ЭМ и вобще сопряжение полевика с ШИМ контроллером, в данном аспекте.?
В данной схеме датчик Холла находится под ЭМ и контролирует положение висящего магнита. Так вот, во время включения ЭМ (от усилителя ошибки ШИМ) на сигнале от датчика наблюдается скачки которые этот же усилитель ошибки пытается исправить и начинается колебательный процесс(резонанс), а так быть не должно. Процесс нарастания магнитного поля в ЭМ не мгновенный. Думаю что что-то не так с питанием самого ЭМ и включеним полевика.
Схема во вложении.
Спасибо.

2vv писал(а):Как правильно организовать плавное включение ЭМ

Стандартно, конденсатор между 4 и 14 выводами.

2vv писал(а):сопряжение полевика с ШИМ контроллером

Надо включить резистор с базы на коллектор транзистора, R4 не нужен.

2vv писал(а):и начинается колебательный процесс(резонанс),

Надо уменьшать быстродействие усилителя ошибки корректирующей цепочкой между 3 и 2 ногой.

Спасибо за советы.

Телекот писал(а):Стандартно, конденсатор между 4 и 14 выводами.

Какой примерно номинал и можно-ли оставить резистор ?

Телекот писал(а):Надо включить резистор с базы на коллектор транзистора, R4 не нужен.

Немного поправил схему. Как я понял, резистор R4 с базы биполярника нужно на землю ? а каков тогда будет номинал ?

Телекот писал(а):Надо уменьшать быстродействие усилителя ошибки корректирующей цепочкой между 3 и 2 ногой.

Читал о таком решении и пробовал. 10nF + 47кОм. Действие ООС ощущается заметно, но сам резонансный процесс это не убирает а просто притупляет.
Вобще это был рабочий вариант левитатора просто в результате скачка родная электроника "сгорела". Вот пытаюсь собрать альтернативу. Родное питание было 18В, думаю под него и был рассчитан ЭМ. Что интересно, пробовал запитывать от 12В и в этом случае резонансные явления значительно меньше и при точной настройке уровня исчезают. Но сила ЭМ слабовата.

2vv писал(а):Какой примерно номинал и можно-ли оставить резистор ?

Номинал зависит от того насколько медленный старт вам нужен.

2vv писал(а):Как я понял, резистор R4 с базы биполярника нужно на землю ?

Зависит от частоты преобразователя, примерно 470-1000 ом.

2vv писал(а):Читал о таком решении и пробовал. 10nF + 47кОм.

У вас реакция магнита очень медленная и 10нф вам очень мало, вам надо наверно начинать с 0,1мкф и более.

2vv писал(а):
Читал о таком решении и пробовал. 10nF + 47кОм.

При таких параметрах быстродействие ОС всего в 5 раз меньше чем период рабочей частоты, это очень мало, надо хотя бы раз в 20 медленее, а то и больше. Кроме этого, у Вас нет фильтрующих конденсаторов по питанию, ВЧ течет через всю схему как попало. Надо фильтр на индуктивность (между плюсом и истоком ключа), 12 ногу и 14 ногу.

Какое именно поле измеряет датчик холла? Как меняется это поля от положения левитирующего объекта?

Alex-lab писал(а):При таких параметрах быстродействие ОС всего в 5 раз меньше чем период рабочей частоты, это очень мало, надо хотя бы раз в 20 медленее, а то и больше. Кроме этого, у Вас нет фильтрующих конденсаторов по питанию, ВЧ течет через всю схему как попало. Надо фильтр на индуктивность (между плюсом и истоком ключа), 12 ногу и 14 ногу.

Какое именно поле измеряет датчик холла? Как меняется это поля от положения левитирующего объекта?

А как правильно рассчитывать ОС ?

Датчик холла измеряет поле подносимого объекта. В данном случае это магнит. При его приближении напряжение на датчике увеличивается. В какой-то момент включается ЭМ и образуется противоположное поле и объект отталкивается. Эти поля нужно уравновесить, тогда объект повиснет.

Правильно ли я понял? Сверху находится ЭМ под ним располагается постоянный магнит (на который действует поле электромагнита и гравитация), а еще ниже находится датчик холла. Таким образом на датчик холла действует поле постоянного магнита и электромагнита. Стартуя с положения равновесия, некая флуктуация (поток воздуха или другое воздействие) смещают постоянный магнит, например, вниз. Он становится ближе к ДХ, его выходное напряжение возрастает и подается прямо на инвертирующий вход усилителя ошибки. Реагируя на это воздействие (повышение уровня инвертирующего входа) увеличивается заполнение, возрастает ток ЭМ и он сильнее притягивает постоянный магнит. Но в тоже время сильнее влияет на ДХ?! Или из-за дальности это не сильно влияет? В любом случае, магнитное поле располагается вертикально. А Вы пишете, что объект отталкивается, почему?

2vv писал(а):включается ЭМ и образуется противоположное поле и объект отталкивается.

Что касается быстродействия, то тут, как и в любой системе с отрицательной обратной связью важно, что бы фаза сигнала в цепи ООС не развернулась на 180 градусов и не превратилась в ПОС, что приведет в возбуждению. Слишком высокое быстродействие (в отсутствии цепи RC между 2-3 ногами) будет приводить к появлению ПОС. Периодических колебаний тут скорее всего не возникнет, просто магнит либо упадет либо прилипнет к ЭМ. Моя оценка по параметрам цепи ООС усилителя ошибки основана на тех фактах, что во-первых, TL494 довольно медленная микросхема и изменение входов влияют не сразу на состояния выходов, уж точно не в течение одного периода, а во вторых, магнит сместится на некоторое расстояние (пусть 1 мм) за время порядка 14миллисекунд. Вот это время и должна успевать отследить система ОС. Мне так видится эта задача. Если частота ШИМ электромагнита 10кГц (Т=0.1мс), то цепочка должна быть где-то в 140 раз замедлять работу цепи ОС. Ну это грубая оценка, может в 50, может в 200 раз.

Кроме этого и отсутствия конденсаторов, в этой схеме мне не нравится, что инвертирующий вход (15) второго усилителя ошибки подключен в месте с другим входом вместе на землю. Как-то это не по православному, я бы его на 14 ногу кинул, а 16 как есть на землю.

Примерно так. Только ДХ находится под ЭМ, прикреплен к сердечнику. Устройство можно посмотреть на этой странице http://www.jamesballard.co.uk/iframe/levsumframe.html
Подносим постоянный магнит(ПМ) к ЭМ. На ДХ увеличивается напряжение пока не срабатывает компаратор ШИМ. Поле ЭМ противоположно полю ПМ и они отталкиваются.
Когда ЭМ отключен ПМ пытается соединится сердечником ЭМ.
По идее ШИМ должен увеличивать заполнение и тем самым стабилизировать поле ЭМ относительно поля ПМ. Но у меня на затворе полевика какие-то пачки импульсов, частота появления пачек где-то 500Гц., внутри пачек ШИМ с заданной частотой. Будто ШИМ постоянно перезапускается. Думаю эти пачки и вызывают пульсации. По питанию выбросы амплитудой 1-2В иногда больше проскакивают.
15 и 16-ю ногу запитал как вы советовали. На 12ю ногу повесил конденсатор 100нФ
Сейчас играюсь с ООС. Пробовал 100нФ и 1.5мкФ и переменный резистор 47кОм. Как-то не особо влияет. Вы пишете 200 раз, а как номиналы рассчитывать ?
Про какой фильтр на индуктивность вы говорите ?

Еще провел такой эксперимент. В качестве нагрузки вместо ЭМ подключил сопротивление, аналогичное последовательному сопротивлению ЭМ. ШИМ работает как нужно. Подношу ПМ к ДХ и на определенном расстоянии включается ШИМ с минимальным заполнением, дальше растет по мере приближения ПМ. Подумал что проблема в ЭМ. Настроил с 12В питанием. Стал смотреть - вроде бы все работает правильно. Пачек импульсов ШИМ нет. А с 18В не получается так настроить. Даже и не знаю что и делать.

А по Вашей ссылке пишут иначе:

In order to acheive levitation, a magnet must first be attracted upwards towards the electromagnet. This happens when an electric current is passed through the electromagnet. If the electromagnet is turned off, the static magnet descends again. When the magnet falls too far down, the electromagnet turns back on again in order to make the magnet rise once more.

Что можно перевести как: "Что бы достичь левитации, магнит должен притягиваться вверх к электромагниту. Это происходит при пропускании электрического тока через катушку электромагнита. Когда электромагнит выключен, постоянный магнит опускается. Когда он отходит слишком далеко, электромагнит включается, что бы его поднять."

То есть, ослабление поля на ДХ должно приводить к увеличению тока катушки. Следовательно, ДХ нужно подключать не к инвертирующему входу (2), а к НЕинвертирующему (1) усилителя ошибки (тут надо учитывать, что высокий уровнь на выходе усилителя ошибки приводит к уменьшению Кзаполнения сигнала ШИМ). В таком виде как на схеме будет самовозбуждаться.

у TL494 постоянная времени генератора определяется цепочкой на 5, 6 ногах. t=R*C. Постоянная времени усилителя ошибок определяется цепочкой между 2 и 3 ногами, соответственно их t должно быть больше чем между 5.6 ногами в нужное число раз.

Если на резисторе работает, значит дело в помехах.
Нужно поставить хороший фильтр, например 4700мкф электролит + 0.22-0.47 мкф керамику близко к выводам +катушки и истока ключа. Расстояние между стоком и катушкой тоже желательно минимальное. Кроме того силовая часть и схема управления желательно подключать к аккумулятору разными парами проводов.

Какой номинал диода VD2?

Alex-lab писал(а):А по Вашей ссылке пишут иначе:
Что можно перевести как: "Что бы достичь левитации, магнит должен притягиваться вверх к электромагниту. Это происходит при пропускании электрического тока через катушку электромагнита. Когда электромагнит выключен, постоянный магнит опускается. Когда он отходит слишком далеко, электромагнит включается, что бы его поднять."

Тут какое дело. Я не пытаюсь копировать устройство в целом. Мне нужна только электроника. Устройство у меня есть - это левитирующий глобус. Просто в нем родная электроника сгорела от перепада напряжения. Все что я нашел о устройстве помимо роликов - это патент , http://www.google.com/patents/US20110074237. В нем правда общее описание.

Alex-lab писал(а): То есть, ослабление поля на ДХ должно приводить к увеличению тока катушки. Следовательно, ДХ нужно подключать не к инвертирующему входу (2), а к НЕинвертирующему (1) усилителя ошибки (тут надо учитывать, что высокий уровнь на выходе усилителя ошибки приводит к уменьшению Кзаполнения сигнала ШИМ). В таком виде как на схеме будет самовозбуждаться.

Тут надо еще раз подумать как мое устройство работало...
Изначально я полностью повторил схему. Помимо плохой раскачки полевика была другая проблема. Допустим ДХ подключен 1й-н ноге, делитель к 2-й ноге, как на схеме с сайта. По мере приближения ПМ к ДХ на последнем напряжение растет от 2.5В(покой) до 5В (максимум). Напряжения на делителе 4В, например. В итоге получается что в покое ШИМ уже работает и питает ЭМ с макс. заполнением. Это как-то неправильно. И перестанет он работать если на первой ноге будет напряжение выше чем на второй. Вот я и предположил что у меня конструкция наоборот. Может я конечно и заблуждаюсь.

Alex-lab писал(а): Если на резисторе работает, значит дело в помехах.
Нужно поставить хороший фильтр, например 4700мкф электролит + 0.22-0.47 мкф керамику близко к выводам +катушки и истока ключа. Расстояние между стоком и катушкой тоже желательно минимальное. Кроме того силовая часть и схема управления желательно подключать к аккумулятору разными парами проводов.

Какой номинал диода VD2?

Диод 1N5819.
Еще один момент. В родной схеме все попроще и никаких фильтров нет. Я её зарисовал, прикладываю. В ней сгорели полевик , 7805 и похоже сама микросхема, она залита компанудом с виду без повреждений. Полевик (а может и биполярник) был очень мелкий, в sot23. Так что от него почти ничего не осталось. На схеме есть тест
тестпоинт OSC, но после замены 7805 там пусто. Предположил выход из строя основной микросхемы.

Плюс ко всему родной блок питания 18В 300мА. Сопротивление катушки 15 Ом. По схеме с сайта получается что в простое через катушку пойдет больше 1А . А на это родной блок питания не рассчитан. Хотя в на родной схеме есть терморезитстор(термопредохранитель) 2 Ом на такие случаи.

2vv писал(а):Тут надо еще раз подумать как мое устройство работало...

Надо фотку с указанием где находиться ДХ, ЭМ и как располагается магнитное поле в конструкции.

"Alex-lab" - спасибо за помощь!

Alex-lab писал(а):Надо фотку с указанием где находиться ДХ, ЭМ и как располагается магнитное поле в конструкции.

Устройство ЭМ и ДХ аналогичное проекту с сайта. ЭМ на железном сердечнике, снизу к сердечнику прикреплен ДХ. Объект подносится снизу.
Я про то что каков именно алгоритм. ЭМ на отталкивание или притяжение. ДХ на первой ноге или на второй.
Лучше всего работает в конфигурации: питание 12В, ДХ на второй ноге, ЭМ на отталкивание ПМ. ШИМ работает корректно. С 18В питанием ШИМ перезапускается - пачки. Пробовал поиграть с ООС. Использовал разные номиналы. По расчетам получается что при частоте ШИМ 10кГц постоянная времени = 0.1mS. Еcли брать постоянную RC ООС в 200 раз больше , то получается 20mS. Пробовал С 2 мкФ, R 10кОм, не помогает. ШИМ не стабилизируется, все равно пачками импульсы идут. Такое впечатление что усилитель ошибки работает в очень узком диапазоне, где-то 0.01В. Можно-ли его как-то расширить хотя бы до 0.03В ?
Еще нужно ограничить максимальное заполнение хотя бы 70% а то перегревается терморезистор в питании ЭМ в случае когда ПМ максимально приближен ДХ.(по сути когда ПМ прилепился к ЭМ)

Электромагнит конечно притягивает, как и написано на том сайте.

Что бы постоянный магнит к чему-то притягивался, он сперва должен намагнить тот объект, а потом с наведеным самим собой полем взаимодействовать. Это все возможно только на малых расстояниях даже для сильных магнитов.

Какой диапазон сигнала с ДХ?

Можно попробовать подключить цепь ОС (ноги 2,3) Например как и было 2.2мкф*10кОм. Входной резистор к ноге 1 таким, что бы при максимальном сигнале ДХ напряжение на выходе усилителя ошибки было в районе 3.3 В (это напряжение полного выключения ШИМ). Соотношение этих резисторов определяет Кусиления = Uвых/Uвх= 1+Rос/Rвх. Если входного резистора нет, то усиление становится очень большим. Работать не будет.

Максимальное заполнение ограничивается дополнительным резистором в цепи переменного резистора идущего к ноге 4. Его нужно включить в разрыв вывода идущего к общему проводу. При номинале 10k на схеме он должен быть где-то 2,5кОм.

Alex-lab писал(а):Электромагнит конечно притягивает, как и написано на том сайте.

Что бы постоянный магнит к чему-то притягивался, он сперва должен намагнить тот объект, а потом с наведеным самим собой полем взаимодействовать. Это все возможно только на малых расстояниях даже для сильных магнитов.

МП притягивается к сердечнику ЭМ. Если ЭМ все таки должен притягивать ПМ (а не отталкивать как сейчас) тогда я могу просто поменять его полярность. И подключение ДХ оставить на 2-й ноге. Я уже запутался ).

Alex-lab писал(а):Какой диапазон сигнала с ДХ?

2.5 В - 5 В. Условие равновесия сил наблюдается когда на ДХ 4.3 В. Это напряжение я и устанавливаю делителем на 1-й ноге.Можно немного подкрутить переменником, но рабочий диапазон узкий. Либо ПМ падает либо притягивается.

Alex-lab писал(а):Можно попробовать подключить цепь ОС (ноги 2,3) Например как и было 2.2мкф*10кОм. Входной резистор к ноге 1 таким, что бы при максимальном сигнале ДХ напряжение на выходе усилителя ошибки было в районе 3.3 В (это напряжение полного выключения ШИМ).

В родной схеме сигнал с ДХ заводится через резистор аж 15кОм. А выход усилителя ошибки это и есть FB(3-я нога) я правильно понял?
Хотя если считать что ЭМ должен притягивать ПМ - то тогда нужно ДХ поключать к 1-й ноге. Тогда будет работать условие, чем меньше поле от ПМ тем больше заполнение.

Ну давайте посмотрим так. Когда прибор выключен, в состоянии покоя глобус лежит на подставке и находится от ЭМ дальше. Вы включаете прибор и глобус начинает левитировать. Если вы будете подталкивать его вверх, то поле в катушке будет ослабевать (рука уменьшает влияние гравитации) и отпустив он опустится обратно. Если бы он работа на отталкивании, что тоже возможно, ЭМ был бы внизу.

С эти разобрались вроде.

Теперь коротко о работе ТЛ494. Во всех блоках питания и тд, где она используется по своему назначению она включается так, что бы на + вход (1) напряжение пропорционально выходному напряжению БП, а на - входе (2) устанавливается требуемый уровень. То есть, когда на напряжение на выходе проседает, на выводе 1 тоже уменьшается, и как следствие БП дает больше току. Это ровно ваш случай. Когда глобус далеко от ДХ, например лежит на подставке, поле в районе ДХ минимально, сигнал с ДХ низкий, значит БП надо дать больше току. Как только глобус поднимется до такой высоты, что с ДХ будет сигнал такой как на входе сравнения, БП войдет в стационарное состояние. Глобус будет висеть.

Да. 3 нога это выход усилителя ошибки (через диод). 15 кОм вполне нормально сопротивление, важно его соотношение Roc.

2vv писал(а):МП притягивается к сердечнику ЭМ. Если ЭМ все таки должен притягивать ПМ (а не отталкивать как сейчас) тогда я могу просто поменять его полярность. И подключение ДХ оставить на 2-й ноге. Я уже запутался ).

Переполюсовка ЭМ даст лишь изменение направления магнитного поля (северный и южный полюс поменяются местами). А теперь давайте рассмотрим такую ситуацию. Вот прибор выключен, глобус лежит на подставке, тока нет. Вы включаете прибор. На ДХ у вас низкий сигнал (глобус далеко), Вы этот низкий сигнал подаете на -вход (2) на выходе сигнал начинает уменьшаться. Ну да магнитное поле направлено в другую сторону, но оно всё равно начинает уменьшаться, т.к. вход 2 это вход прямого действия (чем меньше тут сигнал, тем меньше ток на выходе, а если ещё точнее, то тем быстрее он убывает). Довольно быстро, в пределах быстродействия усилителя ошибок t=RC2,3 ток в дросселе выключается полностью. Глобус как лежал, так и будет лежать.

Не знаю, понятно ли я объяснил. Но суть в том, что Кзаполнения ШИМ не может быть отрицательным в Вашем случае. Ключ либо открыт либо нет.

Понял вас.
Продолжаю экспериментировать.
Поменял "режим" работы. Вначеле ограничил максимальное заполнение 60%( и то греется терморезистор). ДХ на первой ноге. На второй настройка уровня. Компаратор начинает "схватывать" когда на второй ноге около 4.28В. С ООС пока не игрался. НО! я по прежнему вижу пачки импульсов. В простое ЭМ нагружен максимальной длительностью заданной на 4-й ноге. ШИМ виден четко. По мере приближения ПМ к ДХ начинают появлятся пачки ШИМ импульсов. Частота появления пачек уменьшается по мере роста уровня на ДХ. Причем длительность нескольких первых импульсов в пачке идут нарастает, остальная часть с макс заполнением То есть ситуация в корне не меняется. Я не могу понять почему так происходит.
Правильно я понимаю что ООС нужно ставить с 3-й ноги на 2-ю, вроде ж отрицательная. При том что ДХ на 1-ю ногу ?
Прикладываю снимки с осцилоскопчика(щуп с делителем 10).

2vv писал(а):С ООС пока не игрался. НО! я по прежнему вижу пачки импульсов.

Именно из-за отсутствия ООС эти колебания и возникают. Раньше тоже ООС не было, вот они тоже и были.

2vv писал(а):В простое ЭМ нагружен максимальной длительностью заданной на 4-й ноге. ШИМ виден четко. По мере приближения ПМ к ДХ начинают появлятся пачки ШИМ импульсов.

Работает всё правильно. ООС между 2.3 ногами обязательно. Без нее и Кусиления не задается и быстродействие.

2vv писал(а):Правильно я понимаю что ООС нужно ставить с 3-й ноги на 2-ю, вроде ж отрицательная. При том что ДХ на 1-ю ногу ?

Именно так.

Alex-lab писал(а):Именно из-за отсутствия ООС эти колебания и возникают. Раньше тоже ООС не было, вот они тоже и были.

Получается что в случае если ДХ заводить на 2-ю ногу(как я делал раньше) - то ввести ООС вобще нельзя. Это наверное ПОС получалась.
Вобщем пробовал играть с ООС. Номиналы брал - R -10кОм, С -0.1, 0.2, 1, 2 мкФ. ДХ подключил к 1-ноге через резистор 10 кОм. Ну что, пачек нет, ШИМ работает.
Но объект подвисает и начинает раскачиваться. Нужно как-то подбирать усиление.

Раскачивается и падает или раскачивается и успокаивается?

В любом случае на это влияет ОС и К усиления. Как влияет величина емкости ОС на эти процессы? Можно попробовать увеличить входное сопротивление что бы уменьшить усиление, возможно слишком узкий динамический диапазон получается.

2vv писал(а):Раскачивается и падает или раскачивается и успокаивается?

Зависает и из покоя постепенно начинает раскачиваться вверх\вниз пока не упадет или не прилипнет к ЭМ. Это все за пару сек.

2vv писал(а):Как влияет величина емкости ОС на эти процессы?

Да вот что интересно величина емкости как-то не особо влияет. Впрочем как и сопротивления. Пробовал без емкости, от 10 кОм до 300кОм как-то тоже не особо влияет.
ООС убирает гребенку и ШИМ начинает работать как надо но появляется раскачка. Такое впечатление что диапазон наоборот сильно широкий. И Может это еще запаздывание. Без ООС диапазон очень узкий, руками словить момент работы ШИМ сложно, а с ООС довольно легко.

Никак не пойму что считать входным сопротивлением ? На второй ноге делитель 6кОм\33кОм для получения напряжения 4.25В. Я так понимаю что входное это 33кОм ?