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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Motorsteuerung: Überstromabschaltung


Autor: Michael Leusink (hasimaus)
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Hallo,

die Frage bezieht sich auf eine 3-Phasen BLDC Motorsteuerung. Die Ströme
werden im Low-Side Teil über Shuntwiderstände abgegriffen. Über
Komparatoren wird die Überschreitung einer bestimmten Spannung
überwacht.

Nun ist es so, dass beim Anlauf des Motors ein deutlich größerer Strom
auftritt als im normalen Betrieb. Die meisten Treiberbausteine halten
auch kurze Peaks aus, ein Dauerbetrieb bzw ein dauerhaft hoher Strom
soll jedoch zum Abschalten führen. Bei einer üblichen
Komparatorschaltung würde bereits beim Anlauf der maximal erlaubte
Dauerstrom überschritten, obwohl noch deutlich unter dem erlaubten
Peakstrom, und die Abschaltung erfolgen.

Der erlaubte Dauerstrom liegt bei 3A, der Peakstrom bei ca. 6A. Die
anliegende Spannung für den Motor kann bis 400V gehen. Die gemessene
Spannung über dem Shunt liegt bei etwa 200mV/A.

Meine Frage ist, ob die Kombination aus Komparator und evtl. Integrator
der richtige Ansatz für dieses Problem ist.

Vielen Dank schon mal.
Gruß

Autor: ich (Gast)
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Ein Intergrator ist meiner Meinung nach da richtige. Ich würde 
zusätzlich noch ein Komparator einplanen, der bei Kurzschluss sofort 
abschaltet. Diese Schwelle kann man z.B. auf 8-10A legen.

Autor: Manuel B. (j-manuel)
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Wichtig ist das nach erreichen der Integratorzeit Voll Durchgeschaltet 
wird, da der Integrator sonst ins Unendliche Integrieren würde.

Besser Kombination P+I=PI

Gruss

Autor: Michael O. (mischu)
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PI im controller sowohl für den transienten als auch den 
quasi-stationären Anteil benötigt sehr viel Rechenpower (wenn digital) 
oder ein OPAMP-Grab.

Die erlaubten transienten Überströme liegen meisst im Bereich von 10us 
bevor der Leistungsschalter die Flatter macht. Da reicht ein kleiner 
Tiefpass vor einem Komparator um eine absolute Überstromschwelle zu 
realisieren.

Der permanente Überstrom hängt nicht nur vom Strom, sondern insbesondere 
vom konkreten Lastfall ab. Da bietet es sich an ein einfaches 
thermisches Modell (z.B.  I²t ausrechnen) auf dem steuernden Controller 
mitzurechnen.

Autor: Michael Leusink (hasimaus)
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Hallo @all,

vielen Dank für Eure Antworten. Ich werde mir den Integrator und
auch den Vorschlag mit dem Tiefpass mal aufbauen und schauen in wieweit
es hilft.

Gruß

Autor: C. H. (_ch_)
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Meine/unsere Standardschaltung ist ein 'harter' Komparator, der direkt 
auf den Fault-Eingang der PWM-Unit geht und 'nur' Katastrophenschutz 
ist.
Die thermische Abschaltung/Leistungsdrosselung erfolgt durch Temp-Sensor 
in der Maschine/ und-oder Elektronik oder wie 'Michael O. (mischu)' auch 
gesagt hat durch ein I²*t Modell.
Die HW Überstromabschaltung direkt am Nennstrom anzusetzen macht ja 
keinen Sinn, weil es ja absolut legitim ist kurzzeitig die Maschine 
total zu 'überfahren'.

Gruß
Christian

Autor: C. H. (_ch_)
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> Nun ist es so, dass beim Anlauf des Motors ein deutlich größerer Strom
> auftritt als im normalen Betrieb.
Wie sieht das Steuerung-/Regelungskonzept aus?
Wieso fährst du im Stromregler keine Rampe um den hohen Anlaufstrom in 
den Griff zu bekommen?
Oder musst du unter Last anlaufen?

Gruß
Christian

Autor: Michael Leusink (hasimaus)
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Hallo Christian,

Danke für Deine Antwort.

Richtig ist, das unter Last angefahren werden soll. Die Regelung erfolgt 
über einen uP. Z.Zt. schaltet der Komparator direkt auf den Fault bzw 
ShutDown Eingang der PWM Unit und damit alle PWM-Signale aus.
Eine Rampe zu fahren, ist auch mein derzeitiger Ansatz.
Möglicherweise benötige ich auch zwei Komparatoren bzw einen Komparator 
mit zwei bzw einstellbaren Referenzspannungen. So kann beim Anstarten 
kurzzeitig ein höherer Schwellwert eingestellt werden, im Betrieb auf 
einen deutlich niedrigeren Wert runtergeschaltet werden.

Gruß

Autor: Michael O. (mischu)
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Michael Leusink schrieb:
> Eine Rampe zu fahren, ist auch mein derzeitiger Ansatz.
> Möglicherweise benötige ich auch zwei Komparatoren bzw einen Komparator
> mit zwei bzw einstellbaren Referenzspannungen. So kann beim Anstarten
> kurzzeitig ein höherer Schwellwert eingestellt werden, im Betrieb auf
> einen deutlich niedrigeren Wert runtergeschaltet werden.

Das gesamte System muss vor (mindestens) drei zerstörerischen Effekten 
geschütz werden:
1. Überstrom Umrichter (z.B. bei Kurzschluss einer Phase oder falscher 
Ansteuerung)
2. Überlast Umrichter (dauerhaft zu hohe Verluste)
3. Überlast Maschine (dauerhaft zu hohe Verluste)

Die Überstromeffekte haben eine sehr kurze Zeitkonstante (us) während 
die Überlast zumeist Zeitkonstanten im Minutenbereich aufweisen.

Mit Deinem Vorschlag kannst Du aber keinen thermischen Überlastfall bei 
quasi festgebremsten Antrieb verhindern.
Bei dem BLDC hast du normalerweise nie alle Schalter im Umrichter 
gleichzeitig an und unter Stromfluss. Oberhalb einer bestimmten Drehzahl 
werden alle elektrischen Phasen gleichmäßig belastet und verhalten sich 
thermisch identisch. Daher reicht eine einzelne Nennstromüberwachung 
aus, um den Antrieb/Umrichter vor Zerstörung zu schützen.

Im Anlauffall werden zumeist zwei Schalter stark belastet, bei 
festgebremsten Antrieb werden niemals andere Phasen belastet. Wenn Du 
hier den erlaubten Nennstrom auf Spitzenwertniveau erhöhst, dann brennt 
dir der Umrichter und/oder Motor durch.
Verhindern kannst Du das nur durch ein (wenn auch einfaches) Modell.

Autor: Michael Leusink (hasimaus)
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@Michael O.
Danke für die Antwort. Ich werde auch die thermische Abschaltung im 
Design berücksichtigen müssen.
Gruß

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