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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik PWM und Drehmoment?


Autor: as (Gast)
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Hallo Leute,

ich würde gerne einen Motor

http://shop.mat-con.net/epages/62158737.sf/de_DE/?...

mittels PWM in der Drehzahl regeln. Den yc Aufbau + Programmierung traue 
ich mir zu, zumal es mit diesem Ding hier

http://www.shop.robotikhardware.de/shop/catalog/pr...

einen perfekten Treiber dafür zu geben scheint, also muss ich wohl nur 
noch über einen A/D Wandler nachschauen wie es mit einem Drehpot steht 
und das dann in eine Pulsweite umrechnen.

Mein Problem ist nun dass ich nicht weiß wie sich das Drehmoment bei 
niedrigen Drehzahlen verhält, irgendwo im Forum habe ich gelesen, dass 
das Drehmoment bei PWM "steigt", andererseits dürfte das Drehmoment nur 
vom Strom und nicht der Spannung bestimmt werden und drittens müsste es 
rein logisch und physikalisch gesehen auch irgendwo so etwas wie eine 
"Untergrenze" geben.

Der Motor hat eine Nenndrehzahl von 170rpm und eine maximale Drehzahl 
209rpm nach dem Getriebe. Ist es realistisch hier mit PWM auf Werte von 
20-30rpm nach dem Getriebe zu kommen und immer noch einen guten Teil der 
10Nm Drehmoment verfügbar zu haben, oder dreht sich das Ding dann gar 
nicht mehr bzw hat gerade noch Kraft genug um sich ohne Last zu drehen?

Wäre echt Spitze wenn mir jemand mit etwas mehr theoretischem 
Verständnis und/oder praktischer Erfahrung eine Erleuchtung bescheren 
könnte ;)

Vielen Dank
as

P.S.: Das Diagramm auf der Motor-Shop-Site macht mich fix und fertig...

Autor: Ronald S. (mline)
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Drehmoment kann man nicht per PWM einstellen würd ich mal sagen.
Nur die Auflösung (Periodendauer/Frequenz) und die Stromstärke 
(Pulslänge).

Im Modellbau gibts oft Fahrtregler die ne Strombegrenzung zur 
Drehmomentregelung besitzen. Also wird in den unteren Drehzahlbereichen 
weniger Strom durchgejagt damit die Räder nicht durchdrehen.

Anders rum wirds schwer gehen :D

edit
"per PWM" hinzugefügt.

edit2
Natürlich wird das Drehmoment mit der Stromstärke eingestellt... Also 
musst etwas mit der Periodendauer rumspielen. Ich schätze längere 
Periodendauer = mehr Kraft.
Kürzere Periodendauer = feinfühligeres Steuern aber weniger Kraft.

Autor: as (Gast)
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Hi,

ich fürchte ich hab mein Dilemma falsch rübergebracht: Ich will nicht 
das Drehmoment, sondern die Drehzahl steuern. Nur hab ich Angst dass bei 
niedrigen Drehzahlen dann auch gleichzeitig das Drehmoment auf der 
Strecke bleibt, ich brauche aber auch noch genügend Kraft wenns mal 
langsam gehen soll :)

Vielen Dank
as

Autor: Ronald S. (mline)
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Drehmoment bricht immer ein wenn weniger Strom durchkommt.
Falsche Frequenz führt aber zu noch weniger Drehmoment.
Da du den Strom zerhacken willst bleibt dir also eh nur die Frequenz als 
veränderbare Variable da die Pulslänge ja hauptsächlich für die Drehzahl 
zuständig ist.

Autor: Peter Diener (pdiener) Benutzerseite
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Ein Motor ist eine induktive Last. Bei Ansteuerung mit PWM ergibt sich 
ein Verhalten, das (bei ausreichend großer PWM-Frequenz) ähnlich einer 
Spannungsverstellung ist.

Was passieren wird, ist also das, was auch passiert, wenn man den Motor 
an einem Labornetzgerät mit variabler Spannung betreibt.

Durch den ohmschen Widerstand der Motorwicklung steht bei zunehmendem 
Motorstrom nicht mehr die volle Klemmenspannung für Induktionsarbeit zur 
Verfügung, dadurch sinkt bei Belastung die Drehzahl.

Das Drehmonent ist proportional zum Motorstrom.
Motorstrom entsteht automatisch durch Spannungsabfall an der 
Motorwicklung, wenn die induzierte Spannung nicht der Klemmenspannung 
entspricht, also wenn der Motor gebremst wird.

Wie stark die Drehzahl bei Belastung und gleichbleibender 
Klemmenspannung absinkt, entnimmt man der Motorkennlinie.

Das ganze verhält sich nahezu linear, bedeutet also, dass die Drehzahl 
bei Belastung genauso stark bei niedriger Drehzahl abfällt, wie bei 
hoher Drehzahl.

Beispiel:

Leerlaufdrehzahl (volle Spannung, z.B. 30 V): 1500 Upm
Volllastdrehzahl (volle Spannung): 1000 Upm
Nennmoment: 10 Nm

Jetzt Betrieb bei 20 V, das ist 2/3 Nennspannung:

Leerlaufdrehzahl (20 V): 1000 Upm
Volllastdrehzahl (20 V): 500 Upm
Dabei anstehendes Drehmoment: 10 Nm

Jetzt Betrieb bei 10 V, das ist 1/3 Nennspannung:

Leerlaufdrehzahl (10 V): 500 Upm
Volllastdrehzahl (10 V): 0 Upm
Dabei anstehendes Drehmoment: 10 Nm

Jetzt Teillastbetrieb mit halbem Nennmoment als Last bei 1/3 
Nennspannung:

Leerlaufdrehzahl bei 1/3 Nennspannung wäre: 500 Upm
Bei vollem Lastmoment sinkt die Drehzahl um 500 Upm,
die Drehzahl sinkt bei halbem Nennmoment also um 250 Upm ab.
Also: Drehzahl unter Last 250 Upm.

Genügt das zum Verständnis?

Grüße,

Peter

Autor: as (Gast)
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Hi,

spitzenklasse, vielen Dank! Am besten hat mir die Zeile "Dabei 
anstehendes Drehmoment: 10 Nm" überall gefallen, daraus denke ich 
nämlich ableiten zu können, dass ich unabhängig von der Nennspannung den 
Motor bis zum vollen Drehmoment belasten könnte ;) (solange ich ihn 
dadurch nicht zum Stillstand bringe). Einen ähnlich hilfreichen 
Kommentar hat unser Ex-Elektrotechnik Prof. in 3 Jahren nicht 
zustandegebracht :(

Für den verlinkten Motor leite ich daraus ab: 209rpm max, 170rpm 
belastet, 10Nm --> pulsen / reduzieren bis auf ~80rpm Leerlauf ist 
möglich, Belastung bis 10Nm dann ebenfalls noch möglich und die Drehzahl 
unter Belastung liegt (wenn Abfall annähernd linear, wie oben 
beschrieben) zwischen ~40 und eben ~80rpm.

Ich hoffe ich habe das richtig behirnt und sage nochmals vielen Dank!

mfg
as

Autor: hans (Gast)
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Hallo as,

wenn du die Drehzahl wirklich regeln willst, brauchst du eine
Rückmeldung vom Motor.

Sonst wäre es ein Drehzahlsteller und kein Drehzahlregler.

Bei der Regelung ändert sich dann das Drehmoment bis zur
physikalischen Grenze (PWM bei 100%) um die Drehzahl konstant
zu halten.

Eine einfache analoge Variante gab es mal bei ELV:

http://www.elv-downloads.de/service/manuals/Drehza...

Das Prinzip geht auch mit einem µC.

Mit einem Tachosignal zur Drehzahlerfassung geht es noch einfacher.

gruß hans

Autor: Peter Diener (pdiener) Benutzerseite
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>Ich hoffe ich habe das richtig behirnt und sage nochmals vielen Dank!

Das ist soweit richtig.
Wenn das Absinken der Drehzahl bei Belastung stört, muss die Spannung 
(bzw. Pulsweite) entsprechend bei Belastung angehoben werden.

Variante 1:

Das ist möglich, wie hans gesagt hat, mit einer REGELUNG.
Dabei muss die Drehzahl durch MESSUNG erfasst werden und bei Abweichung 
von einem Sollwert die Spannung entsprechend verstellt werden, so dass 
die erreichte Drehzahl zufriedenstellend ist.

Variante 2:

Weiterhin ist es mit einer sog. EMK-Aufschaltung möglich. Dabei wird 
nicht die Drehzahl erfasst, sondern der Motorstrom. Je höher der Strom 
ist, desto mehr Spannung wird eingestellt (um den Spannungsabfall in der 
Wicklung zu kompensieren), dadurch kann man dafür sorgen, dass die 
Motordrehzahl bei Belastung nicht so stark (bis optimalerweise gar 
nicht) abfällt. Das ist, wenn man die PWM mit einem Mikrocontroller 
macht, normalerweise recht einfach. Man benötigt nur eine Möglichkeit, 
den Strom zu messen (z.B. Shuntwiderstand und AD-Wandler), der Rest ist 
Software, die einfach die Spannung in Abhängigkeit des Motorstroms 
nachstellt.
Hier wird keine DrehzahlMESSUNG benötigt.

Die Edelvariante:

Ist die Kombination aus Variante 1 und 2. Das ist hier aber mit 
Sicherheit absolut übertrieben und auch nur für hochpräzise Anlagen 
üblich.

Edit:
Bei niedrigen Drehzahlen und hohem Drehmoment sollte beachtet werden, 
dass der Motor eventuell zu warm wird. Das ist insbesondere dann der 
Fall, wenn seine Kühlluftzufuhr von seiner Drehzahl abhängt (Lüfterrad 
auf der Motorwelle...). Der oben verlinke Motor hat aber keinen Lüfter, 
damit ist das Problem nicht besonders relevant. Nur der Wärmeübergang 
vom Anker zum Gehäuse leidet etwas unter niedrigen Drehzahlen (wegen der 
fehlenden Luftverwirbelung im Gehäuse). Es gibt dann bestenfalls die 
Einschränkung, dass das Nennmoment nicht zu lange im Stillstand anstehen 
sollte.


Grüße,

Peter

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