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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Lässt sich ein Motor durch kurzschließen schneller abbremsen?


Autor: Thomas O. (kosmos)
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Hallo, habe mal eine Frage bezüglich einen Bürstenmotors, wenn man 
diesen vom seiner Stromquelle trennt, er aber aufgrund seiner 
Schwungmasse noch weiterdreht udn eine Spannung induziert, läßt sich 
dann der Motor schneller abbremsen wenn man die beiden Anschluß 
kurzschließt? Wie sieht es mit der Freilaufdiode passt dann noch die 
Richtung oder muss die abgekoppelt oder umgedreht werden?

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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> läßt sich dann der Motor schneller abbremsen wenn man die beiden
> Anschluß kurzschließt?
Bei Motoren mit Permanentmagneten: Ja.

> Wie sieht es mit der Freilaufdiode passt dann noch die
> Richtung oder muss die abgekoppelt oder umgedreht werden?
Egal. Denn die wird ja kurzgeschlossen  :-o

Aber Achtung:
Die Energie, die im Motor steckt, wird in der Motorwicklung verheizt.

Autor: Gast (Gast)
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Ja und was du dann mit der Freilaufdiode machst ist egal. Der Strom 
fließt ja eh über den Kurzschluss, den interessiert die Diode nicht 
mehr.

Autor: Paul Baumann (Gast)
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Ja, das kannst Du machen. Der Motor kommt dann abrupt zum Stehen. Die
Freilaufdiode muß so drinbleiben, wie sie ist. Grund: Wenn der Motor 
abgeschaltet wird, "schlägt" er ja noch elektrisch zurück, bevor Dein
Relaiskontakt ihm den Anker kurzschließt.

MfG Paul

Autor: holger (Gast)
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>läßt sich dann der Motor schneller abbremsen wenn man die beiden Anschluß
>kurzschließt?

Ja. Er arbeitet dann als Generator. Die Energie
der Schwungmasse wird dann im Kurzschluß verbraten.

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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> Die Energie der Schwungmasse wird dann im Kurzschluß verbraten.
Ein Kurzschluss hat 0 Ohm...
Daran fällt keine Spannung ab, deshalb gibt es keine Leistung und damit 
keine Energie. Die Motorwicklung, die hat aber sehr wohl einen 
Widerstand, an dem eine Spannung abfallen könnte...

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  Paul Baumann (Gast)

>Ja, das kannst Du machen. Der Motor kommt dann abrupt zum Stehen.

Sagen wir sehr schnell. Wirklich abrupt ist auf dieser Welt gar nichts.
Nicht mal coitus interruptus ;-)

>Die
>Freilaufdiode muß so drinbleiben, wie sie ist. Grund: Wenn der Motor
>abgeschaltet wird, "schlägt" er ja noch elektrisch zurück, bevor Dein
>Relaiskontakt ihm den Anker kurzschließt.

Wenn er ein Relais zum Schalten hat. Bei Treiber/H-Brücken sind die 
Dioden sowieso immer da.

@ holger (Gast)

>Ja. Er arbeitet dann als Generator.

Ja.

> Die Energie der Schwungmasse wird dann im Kurzschluß verbraten.

Kaum. Die Spannung über einem Kurzschluss ist Null. Und P = U *I.
Die Energie wird in der Wicklung verheizt, bzw. allen Elementen im 
Stromkreis, welche einen nennenswerten Widerstand haben.

MFG
Falk

Autor: Gast (Gast)
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>Ja, das kannst Du machen. Der Motor kommt dann abrupt zum Stehen.

Die Definition von Abrupt hängt definitiv von dem Motor- und 
Lastträgheitsmoment ab. Das kann also auch ganz schön lange dauern. 
Besser ist es dann eine negative Spannung anzulegen. Nur muss man dann 
natürlich ein bisschen wegen der Temperatur aufpassen. ;-)

Autor: Jürgen Berger (hicom)
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Bei Straßenbahnen hat man das früher so gemacht, der Motor wurde beim 
Bremsen auf Widerstände geschaltet, die sich auf dem Dach oder im 
Inneren (zur Heizung) der Bahn befanden.

Autor: pq (Gast)
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Der Motor bremst etwas so schnell ab, wie er auch beim Anlegen der 
Versorgungsspannung beschleunigt.

Autor: Ulrich (Gast)
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Das wird typischerweise so bei Akkuschraubern genacht.

Es geht übrigens auch bei Universalmotoren (Reihenschluß), nur nicht 
ganz so gut.

Autor: Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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Lothar Miller schrieb:

> Bei Motoren mit Permanentmagneten: Ja.

Auch bei anderen, sie arbeiten dann als Generator mit Selbsterregung.
Die initiale Erregung kommt dabei von der (immer vorhandenen) Remanenz
der Kernbleche.

Autor: Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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Jürgen Berger schrieb:
> Bei Straßenbahnen hat man das früher so gemacht, ...

Heute auch noch, aber heute speist man halt ins Netz zurück.

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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> Auch bei anderen, sie arbeiten dann als Generator mit Selbsterregung.
Zumindest bei Asynchronmotoren ist ein wenig Remanenz-Nachhilfe in Form 
eines 9V-Blocks ziemlich beeindruckend. Die Energie wird dabei im Anker 
in Wärme umgewandelt. Ich muß diesen Versuch mal wieder machen...  ;-)

Autor: Thomas O. (kosmos)
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ok danke, habe es gerade getestet Wahnsinn um wieviel schneller das
ganze abgebremst wird, ohne diesen Trick dreht sich das ganze noch 10
mal länger in meinem Fall hier.

Könnte das für die Wicklung etwas viel Strom sein, sollte man vielleicht
einen Lastwiderstand mit 1-2 Ohm verwenden?

Gibt es eine Möglichkeit auf ein Relais zu verzichten? Ich betreibe
diesen Motor mit einen N-Kanal Fet auf der Masseseite. Würde das gerne
über einen weiteren Fet verwirklichen. Müsste ich das einfach parallel
zum Motor hängen. Also Drain an Motor + und Source an Motor - und sobald
der Motor steht bzw. nichts mehr leifert sperrt der Fet dann sowieso
weil es ja dann keine Masse fürs Gate mehr gibt.

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Thomas O. schrieb:

> Gibt es eine Möglichkeit auf ein Relais zu verzichten? Ich betreibe
> diesen Motor mit einen N-Kanal Fet auf der Masseseite. Würde das gerne
> über einen weiteren Fet verwirklichen. Müsste ich das einfach parallel
> zum Motor hängen.

Genau. Dann erhältst du eine Halbbrücke. Der obere Mosfet kann dann auch 
die Aufgabe der Freilaufiode übernehmen, was bei hohen Strömen die 
Verluste etwas reduzieren kann indem beide Mostfets immer abwechselnd 
schalten.
Wenn du dann das Tastverhältnis des unteren Mosfets vergrößerst, läuft 
der Motor schneller, umgekehrt bremst der Motor. Die Energie wird dabei 
nicht verheizt, sondern in die Betriebsspannung zurückgespeist.

Autor: Michael O. (mischu)
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Schneller geht es, wenn Du die Klemmen nicht kurz schließt, sondern dem 
Motor erlaubst eine höhere Spannung als an seinen Klemmen erzeugen zu 
lassen.
Du könntest einen Widerstand parallel schalten, der die induzierte 
Spannung verbrät.
Im Kurzschlussfall erhälst du nur einen hohen Strom in den Wicklungen 
(und deinem Schalter). Um Energie zu vernichten muss die in einem 
Verlustglied in Wärme umgesetzt, oder besser noch wieder zurück gespeist 
werden.

(Bei Antriebsumrichtern gibt es sog. Brakechopper - beim Bremsen wird 
die kinetische Energie in den Zwischenkreis geschaufelt und muss aktiv 
vernichtet werden.)

Autor: JensM (Gast)
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@Michael O.
Ich denke der Motor bremst bei einem Kurzschluss schneller ab.
Die Generatorspannung des Motors ist von der Drehzahl abhängig.

Der Strom ist vom Gesamtwiderstand und der Generatorspannung abhängig.

Der Gesamtwiderstand entsteht durch den Innenwiderstand und den Externen 
Widerstand. Je geringer der Gesamtwiderstand ist, desto grösser ist die 
erzeugte (in dem Fall vernichtete) Leistung. Das Problem ist vor allem, 
dass die Leistung bei einem Kurzschluss im Motor vernichtet wird.


Gruss JensM.

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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> Schneller geht es, wenn Du die Klemmen nicht kurz schließt, ...
Sicher?
Als Grenzfall: wenn die Klemmen komplett offen sind kann sich die 
maximale Spannung einstellen...

Autor: Michael O. (mischu)
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Wird der Motor im laufenden Betrieb von seiner Versorgung getrennt, will 
der Strom in dieselbe Richtung weiterfließen. Sind die Klemmen zu diesem 
Moment offen, versucht der Strom sich durch einen schnellen 
Gegenspannungsanstieg zu retten.
Schließt man den Motor kurz, sorgt man für einen relativ langsames 
Abklingen des Stromes.

Schneller kann man bremsen, wenn der Motor z.B. verpolt an die selbe 
Betriebsspannung gelegt wird. Dabei fließt der Strom zunächst in 
derselben Richtung weiter bis die kinetische Energie der ursprünglichen 
Rotationsrichtung abgebaut ist. Dann ändert sich die Stromflussrichtung 
und der Motor beschleunigt in die andere Richtung. Spätestens jetzt 
sollte man den Strom abschalten :).
Den ähnlichen Effekt erhält man, wenn man einen (relativ niederohmigen) 
Widerstand an die offenen Klemmen anschließt. Der Motor erzeugt in 
diesem Fall seine Gegenspannung selbst, der Strom kann keine so hohen 
Spitzenwerte erreichen und die Energie wird entsprechend U²/R im 
Widerstand vernichtet.

EDIT:
Will heißen, es gibt irgendwo ein Optimum des R.
R => 0 Ohm:   nur die Motorwicklung verheizt die Leistung (längere 
Bremszeit)
R = Ropt:   minimale Bremszeit
R => unendlich: mechanische Verluste bestimmen die Auslaufzeit

Autor: Steff (Gast)
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Aber beim Umpolen der Versorgung bitte darauf achten das der Motor 
sicher! steht. Ich hab da schon einige tolle sachen gesehen...


Gruß Steff

Autor: JensM (Gast)
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Es geht bei der Energie die vernichtet werden muss nicht um die 
induzierte Energie in den Motorwicklungen. Es geht um die Kinetische 
Energie des Motors und der angeschlossenen Mechanik. Da arbeitet der 
Motor als Generator (Spannungsquelle mit Innenwiderstand).

Bei meiner Betrachtung geht es um eine ganz normale Spannungsquelle mit 
Innenwiderstand. Bei einer Spannungsquelle ist die maximale Leistung 
welche extern abgegeben wird wenn der Lastwiderstand gleich dem 
Innenwiderstand ist. Dabei ist die in der Spannungsquelle umgesetzte 
Leistung die gleiche wie die extern abgegebene Leistung.
Die maximal umgesetzte Leistung ist jedoch wenn der Lastwiderstand = 0 
ist.
Dann wird extern keine Energie Umgesetzt, die am Innenwiderstand 
umgesetzte Leistung ist dann aber maximal.

Gruss JensM.

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Michael O. schrieb:
> Wird der Motor im laufenden Betrieb von seiner Versorgung getrennt, will
> der Strom in dieselbe Richtung weiterfließen. Sind die Klemmen zu diesem
> Moment offen, versucht der Strom sich durch einen schnellen
> Gegenspannungsanstieg zu retten.
> Schließt man den Motor kurz, sorgt man für einen relativ langsames
> Abklingen des Stromes.

Die Zeitkonstante durch die Wicklungsinduktivität und dem 
Wicklungswiderstand liegt im Bereich von 1ms. Das dürfte im Verhältnis 
zur Bremszeit vernachlässigbar sein. Davon abgesehen erzeugt der Motor 
selbst eine Spannung, die ist entgegengesetzt der induzierten Spannung. 
Mit anderen Worten: Selbst bei einer Motorwicklung mit 0 Ohm, würde bei 
einem Kurzschluss der Motor am schnellsten stehen bleiben, denn die 
Generatorspannung baut das Magnetfeld ab und in der entgegengesetzten 
Richtung auf und bremst somit.

Autor: Michael O. (mischu)
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Ich denke es hängt auch davon ab, ob es sich um eine selbst- oder 
fremderregte Maschine handelt. (Bürstenmotor sagt noch nicht viel).

Asynchronmaschinen z.B. haben keine eigene Erregung, diese muss als Teil 
der Stromkomponente erst erzeugt werden. (Über die Feldorintierung lässt 
sich aber der Erregungs- und den drehmomenterzeugenden Strom getrennt 
regeln.) Ein Kurzschluss würde den Strom schnell in die Knie zwingen, 
leider aber auch die Erregung selbst, so dass die Drehzahl zunächst 
schnell reduziert wird (hoher Strom, da die Gegenspannung noch groß ist) 
dann jedoch die induzierte Spannung aber ebenfalls stark abnimmt, so 
dass die Maschine fast ungebremst ausläuft.
Dieses Verhalten müsste man auch bei Universalmaschinen sehen können.

Vielleicht ist die Frage nach der Sinnhaftigkeit einer so schnellen 
Abbremsung erlaubt. Darunter können die mechanischen Komponenten schon 
erheblich leiden.

Autor: Thomas O. (kosmos)
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der Motor sieht von der Verkapselung aus wie ein Scheibenwischermotor. 
Was für einer das genau ist kann ich nicht sagen bekannte Daten sind 24V 
und abgesichert mit 4,5A träge

Nochmal zu meinem Bild das ich angehängt habe. Ich verbinde also Punkt 
a) mit Drain des 2ten Fets und Punkt b) mit dessen Source, die 
Ansteuerung funktioniert dann warscheinlich nur in dem Moment in dem der 
Motor als Generator fungiert, wenn er steht gibt ja kein Massepotential 
mehr. Und es wird das Problem geben das er am Ende des Auslaufens immer 
langsamer bremst.

Oder hat jemand eine Idee welche Vollbrücke ich verwenden könnte, dürfte 
halt nichts spezielles / teueres sein, sondern sollte bei Reichelt zu 
bekommen sein. Denke das wird die beste Lösung sein ihn einfach kurz 
rückwärts zu bestromen bis er steht.

Autor: Hauke Radtki (lafkaschar) Benutzerseite
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Das mit dem Widerstand zur Leistungsvernichtung hilft nur bei Induktiven 
lasten (ok der Motor hat auch eine Induktivität, aber die beim Abbremsen 
erzeugte Leistung kommt aus der kinetischen Energie des Ankers, die der 
Motor als Generator in elektrische Energie wandelt). Und wie schon 
geschrieben ist die Spannung nur von der Drehzahl abhängig und nicht vom 
Lastwiderstand (wobei man hier auch wieder unterscheiden muss, die 
Klemmspannung ist bei externem Kurzschluss natürlich null (oder nahezu) 
aber die Energie wird in diesem Fall im Widerstand der Motorwicklung 
vernichtet) Die einzige möglichkeit den Motor noch schneller abzubremsen 
isr durch eine gegenspannung, also eine zur normalen Betriebsspannung 
gegenpolige Spannung, dadurch kann ein noch größerer Strom fließen um 
den Motor zu bremsen.

Autor: A. K. (prx)
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Wenn die Last, die der Motor antreibt, eine signifikante Masse hat, dann 
sollte man dran denken, dass bei Kurzschlussbremsung die gesamte 
kinetische Energie von Motor und Last als Wärme im Motor landet. Das 
dürfte der Grund sein, warum die erwähnten Strassenbahnen lieber 
Lastwiderstände aufheizen als Motorwicklungen.

Autor: Stephan (Gast)
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Außerdem wäre bei Straßenbahnen auch drauf zu achten, dass die Räder 
nicht blockieren...

Autor: Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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Stephan schrieb:
> Außerdem wäre bei Straßenbahnen auch drauf zu achten, dass die Räder
> nicht blockieren...

Dagegen gibt's doch Sand. ;-)

Autor: eProfi (Gast)
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Dazu muss ich auch meinen Senf abgeben:

> Außerdem wäre bei Straßenbahnen auch drauf zu achten, dass die Räder
> nicht blockieren...
Die können nicht blockieren, denn bei Drehzahl Null ist auch die 
Bremswirkung Null. Sie können allerdings durchrutschen, und Gleitreibung 
ist bekanntlich kleiner als Haftreibung.

Aber wie ich Thomas kenne, handelt es sich um den Drahtvorschubmotor 
seines Schweißgerätes. Da hängt nur ein einstufiges Schneckengetriebe 
und zwei kleine Rollen dran (und 3 m Draht).

Kurzschließen des Motors ist hier gängig. Sonst schaut nach dem 
Abschalten der Schweißspannung immer ein Stück Draht aus der Pistole.


Mit 2 FETs in Brückenschaltung kann man sowohl den Antrieb als auch das 
Bremsen mit PWM dosieren. Bei mäßigen Brems-PWM-Werten (auf den unteren 
FET) wird die Energie sogar zurückgespeist (Rekuperation). Durch das 
"Anstauen" beim Kurzschluß  steigt die Spannung beim "Loslassen" über 
die Versorgungsspannung. Die Induktivität des Motors sorgt dafür, dass 
der Strom in die Versorgung zurückfließt.


Mit 4 FETs, also Vollbrücke könnte man wirklich noch schneller 
abbremsen, indem man auf "Rückwärts" schaltet. Dabei fließen aber sehr 
hohe Ströme in der Größenordnung des doppelten Blockierstromes. Das ist 
für die Kohlen / Bürsten extremer Stress.



>Dabei fließt der Strom zunächst in derselben Richtung weiter
>bis die kinetische Energie der ursprünglichen Rotationsrichtung
>abgebaut ist. Dann ändert sich die Stromflussrichtung und
>der Motor beschleunigt in die andere Richtung.
Das stimmt leider nicht.  Der Strom fließt (nach der sehr kurzen 
Abklingzeit durch die Induktivität) mit doppelter Höhe in die andere 
Richtung. Das Abbremsen aus der ursprünglichen  und Beschleunigen in der 
umgekehrten Drehrichtung   hat als Ursache die selbe (negative) Kraft. 
Und die Kraft ist ja eine Folge des Stromflusses.

Autor: Thomas O. (kosmos)
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jetzt muss ich doch nochmal etwas fragen. Bin schon wieder auf diesen 
Designfehler gestoßen und da geht es nicht mit einem Neudesign sondern 
hier muss etwas nachgerüstet werden.

Hilft die Diode beim Abbremsen mit?

Wenn ja könnte man den Widerstand in Reihe zu dieser Diode setzten. Wenn 
ich diesen nämlich parallel zum Motor einbaue dann habe ich erstens 
einen zusätzlichen Verbrauchen und 2tens muss ich das Ding dann so 
hochohmig auslegen oder groß dimensionieren das die Bremswirkung auch 
gegen Null gehen würde.

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