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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Wechselrichter 400VDC > AC


Autor: Mister Monomato (Gast)
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Hallo, also ich habe folgendes Problem:

Ich möchte einen Elektromotor ansteuern und habe nur eine 
Gleichstromquelle zur Verfügung von 400VDC. Das ganze wird eine 
Feldorientierte Regelung einer PMSM.

Erstmal ein paar Spezifikationen zum Motor:

Spannung:  3~ 400  V
Frequenz:  50/60  Hz
Leistung:  1.2  kW
Umdrehungen:  2100  U/m
Drehmoment:  5.4  Nm
Strom:    2.4  A

Um die drei phasen zu erzeugen werden drei parallel geschaltete 
Halbbrücken aufgebaut und mittels PWM angesteuert(2kHz-16kHz, ist noch 
nicht sicher, muss getestet werden, falls möglich sollte es  bis 16kHz 
oder mehr ausgelegt sein), also insgesamt 6 PWM signale. Der Logikteil 
stellt soweit kein Probelm dar, allerdings bin ich was den Leistungsteil 
angeht etwas aufgeschmissen.

http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Datei:3_...

Das was auf dem Bild zu sehen ist, ist was mir fehlt, die 
Dimensionierung etc. der FETs/IGBTs und alles drumherum, Trennung der 
Schaltkreise, was eben alles dazugehört.

Nochmal deutlich, ich habe 6xPWM, jedes PWM Signal soll einen Teil der 
Halbbrücke schalten (3x high side, 3x low side), PWM ist 2kHz bis 16kHz, 
UDC = 400V, der Motor hat eine Leistung von 1,2kW bei 2,4A.

Ich hoffe ich habe alle wichtigen Daten genannt, ansonsten bitte nochmal 
Nachfragen dann trage ich nach.

Ich wäre auch dankbar über Buchempfehlungen oder Links die mich dem 
Thema näher bringen, vieles was ich gefunden habe kratzt nur an der 
Oberfläche.

Vielen Dank

Autor: MaWin (Gast)
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Du wirst so was wie einen IR2130 einsetzen wollen.
(die Seite 2 des über microcontroller.com verlinkten
Datenblatts ist bei mir übrigend komplett zernepft)
Der kümmert sich um einige komplizierte Sachen
(leider enthält er keine Absicherung gegen Kurzschluss,
wenn auch nur die geringste Möglichkeit für Kurzschlüsse
besteht (und die besteht meiner Meinung nach immer, schon
weil die Isolierung im Motor defekt werden kann) solltest
du darüber nachdenken. Die MOSFETs müssen auf den
Blockierstrom des Motors ausgelegt sein)

Die 16kHz wird er nicht erreichen, dafür bräuchte man noch
stärkere MOSFET-Treiber, die 2kHz aber mit aktuellen MOSFETs
locker.

Statt MOSFETs könntest du auch IGBTs einsetzen, aber bei
2.4A bringt das keinen Vorteil.

Da der Motor wohl auch gebremst werden kann, und dabei Strom
in deine 400V rückgespeist werden, musst du sicherstellen,
daß das auch geht, also der Akku wieder geladen werden kann
oder die Leistung in Bremswiderständen verheizt werden kann.


Ganz allgemein: Von deinem Prinzipschalbild bis zu einer
funktionierenden Ansteuerung ist der Weg noch weit, eventuell
Jahre weit.

Autor: Johannes (Gast)
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Schau die einfach mal die Internetseiten der Hersteller von 
Leistungshalbleitern an, die bieten dort relativ viele Informationen und 
natürlich die passenden Bauteile.

Die haben zum Teil auch komplette fertig montierte Leistungsendstufen, 
vielleicht wäre das für dich auch eine Lösung.

z.B. Semikron, http://www.semikron.de

Dort gibt es bei Knowledge Base das Applikationshandbuch, das könntest 
Du mal durcharbeiten.

Autor: Mister Monomato (Gast)
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Danke schonmal für die schnellen Antworten,

auf das Applikationshandbuch bin ich auch schon gestoßen und bin auch 
fleissig am lesen. Ist allerdings kein leichter Stoff, naja aber das 
hatte ich auch nicht erwartet.

Wenn es wirklich so kompliziert ist die drei phasen zu Schalten dann 
sollte ich eventuell wirklich besser nach Komplett oder Teilfertigen 
Lösungen suchen.

Möchte aber noch dazu sagen das ich mich Vollzeit damit beschäftigen 
kann und ausserdem über eine sehr gute Laborausrüstung verfüge, es 
besteht auch die Möglichkeit EMV Messungen durchzuführen etc.

Um das nochmal klar zu stellen, ich erwarte von niemandem fertige 
Lösungen zu diesem Problem sondern bitte eher um Hinweise worauf ich 
achten muss, was ich mir an Wissen unbedingt aneigenen sollte und was 
sonst noch hilfreich sein könnte. Ich bin im letzten Semester des 
Studiums der Technischen Informatik, und habe keine scheu vor 
schwierigen Themen, allerdings werd ich bei der Leistungselektronik mit 
meiner bisherigen Arbeitsweise/Lernart nich so weit kommen denke ich 
(Trial and Error). In dem Leistungsbereich bin ich dann doch etwas 
vorsichtiger und hab etwas mehr Respekt. Hab einfach überhaupt keine 
Erfahrung mit Spannungen oberhalb von 24Volt. Mein letztes Schulprojekt 
war der Nachbau eines Segways und das hat wunderbar geklappt, aber wie 
gesagt mit Trial and Error, und nem 350Watt DC Motor, dieser hier is 
dann doch ne Nummer größer und hat 3 Phasen. Und die ganze EMV 
problematik spielt eine größere Rolle.

Realistische Zeiteinschätzungen sind auch gerne erwünscht, es sollte in 
maximal 6 Monaten Vollzeitarbeit (Entwicklung und Umsetzung 7-9 stunden 
täglich) realisierbar sein, Ausgangspunkt ist das PWM Signal welches vom 
Mikrocontroller kommt also 6 pins am microcontroller, falls niemand mit 
Erfahrung in dem Bereich das für machbar hält muss ich denke ich andere 
Lösungsansätze verfolgen und mich nicht daran festbeißen.

Vielen Dank nochmal an alle die sich die Mühe machen das alles zu lesen 
und zu beantworten.

Autor: Mister Monomato (Gast)
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Okay, hab mich nochmal ein wenig umgeschaut und denke es ist keine 
schlechte Idee auf "Intelligent Power Modules" umzusteigen, das 
erleichtert das ganze schon sehr. Für weitere Infos bin ich trotzdem 
dankbar, wer weiss wann man das nochmal brauchen kann.

Autor: Axel Düsendieb (axel_jeromin) Benutzerseite
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Hier habe ich mal etwas ganz einfaches gebaut.


http://www.mikrocontroller.net/articles/Frequenzum...

Mit einer reinen PWM ist es nicht getan, stell dir vor, bei den 
Halbrücken zwei und drei sind gerade alle Schalter gesperrt. Da kannst 
Du mit der Halbbrücke 1 herumschalten wie du willst, da fließt kein 
Strom.

Weiterhin würde ich eher zu einem Treiber raten, der die Totzeit schon 
alleine kann.



Axel

Autor: Robert P. (Firma: ---) (ausmilkel)
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Hallo,

hier ein kleiner Buchtipp.

http://books.google.de/books?id=loL4J1xGwcYC&dq=El...

da steht jetzt aber nicht alles haargenau drin. Ich habe im Studium ein 
paar Unterlagen von Leistungselektronik da. Vielleicht finde ich dort 
noch en paar Literaturhinweise.
Ansonsten kannst du mal in Literatur von Leistungselektronik nach 3 
phasigen Wechselrichtern schauen.

Viele Grüße
Robert

Autor: Mine Fields (Gast)
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Mister Monomato schrieb:
> Okay, hab mich nochmal ein wenig umgeschaut und denke es ist keine
> schlechte Idee auf "Intelligent Power Modules" umzusteigen, das
> erleichtert das ganze schon sehr.

Das hätte ich dir auch geraten. Infineon baut da ganz nette Sachen. Mit 
600V-Bauteilen wird es zwar etwas eng, aber es sollte schon noch gehen. 
Vorausgesetzt, die 400V sind die absolute Obergrenze.

16kHz sind kein großes Problem, je nachdem welches Modul man nimmt. Man 
muss auf jeden Fall vorher eine genaue Betrachtung der Verlustleistung 
machen, die Datenblattangaben zum Dauerstrom helfen dir überhaupt nicht.

Axel Düsendieb schrieb:
> Mit einer reinen PWM ist es nicht getan, stell dir vor, bei den
> Halbrücken zwei und drei sind gerade alle Schalter gesperrt. Da kannst
> Du mit der Halbbrücke 1 herumschalten wie du willst, da fließt kein
> Strom.
>
> Weiterhin würde ich eher zu einem Treiber raten, der die Totzeit schon
> alleine kann.

Man nimmt sinnvollerweise einen Controller, der eine 3-Phasen-PWM hat, 
bei dem also auch Totzeit etc. schon einstellbar ist. Den Rest macht man 
natürlich mit der entsprechenden Modulationsart und der Regelung.

Ich glaube es gibt sogar PIC und AVR mit passender Peripherie. 
Vermutlich brauchst du für die Vektorregelung aber sowieso etwas 
größeres und da ist die Auswahl an passenden Controllern riesig.

Achja, bitte denke an eine ordentliche galvanische Trennung. Ob du den 
Prozessor auf Hochspannungsseite oder auf Kleinspannungsseite setzt ist 
erst einmal egal, aber das "User-Interface" muss auf jeden Fall richtig 
getrennt sein.

Es gibt natürlich noch tausende kleine Sachen, die man beachten muss. 
Dafür würde es aber hier zu ausführlich werden.

Autor: Mister Monomato (Gast)
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An alle die sich mit dem selben Thema befassen, hab jetzt ein Buch in 
die Finger bekommen, allerdings Englisch, das wirklich gut zu sein 
scheint um die Grundlagen von Schaltnetzteilen zu lernen, es hat eine 
Menge gute Bewertungen und ist, was ich bisher beurteilen kann, gut 
verständlich geschrieben.

"Switching Power Supply Design"
ISBN: 978-0-07-148272-1

Autor: Alex (Gast)
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Hi,

also Deine Angabe 400Vdc > AC ist etwas verwirrend bzw. falsch, denn 
Dein PMSM Motörchen ist per Definition auch ein DC Motor. Was Du 
brauchst ist ein Inverterboard das Deinen BLDC Motor sinusförmig 
ansteuert, also eine FOC macht bzw. SVM.
Da gibts elegante fertige Lösungen die Du so alleine nur in Jahren 
hinbekommst (vor allem wenn Du die SW auch noch machen musst).

http://www.infineon.com/cms/en/product/application...

Habe damit schon eine Applikation gebastelt, klappt schnell und 
unkompliziert!

Grüße,

Alex

Autor: Mister Monomato (Gast)
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Hey,

werde sehr wahrscheinlich eines der Infineon Testboard nutzen, und wie 
du eventuell gelesen hast bin ich schon auf dem weg mit den IPM´s wie 
zum Beispiel dem CIPOS auf dem Board welches du verlinkt hast.

Naja ob es ein DC oder AC Motor ist darüber kann man streiten, wie es 
auch unter den Gelehrten geschieht.

Laut Wiki:
>Unter einer Gleichstrommaschine versteht man einen Elektromotor, der mit 
>Gleichstrom betrieben wird, ...

dieser Motor wird nicht mit Gleichstrom betrieben sondern mit 
Wechselstrom, welcher vorher mittels elektrischer Kommutierung aus 
Gleichstrom erzeugt wird. Dein Auto fährt ja auch nicht auf Rohöl nur 
weil daraus erst noch Benzin und Diesel gemacht wird. Das ist übrigens 
meine ganz persönliche Meinung, in diversen Fachbüchern findet man aber 
beide Definitionen, will hier keine Diskussion entfachen.

Ich will aus 400V Gleichspnnung Wechselspannung erzeugen und dazu SVPWM 
nutzen, darum brauche ich einen Dreiphasenwandler bei dem ich alle 6 
MOSFETs/IGBTs mit PWM ansteuern kann. Sowas wie IPM´s, wollte allerdings 
nur ungern auf fertige Lösungen zurückgreifen. Da es aber Massenhaft 
fertige Module gibt die alle Spezifikationen erfüllen die ich brauche 
scheint das eine wesentlich einfachere und schnellere/elegantere Lösung 
zu sein.

Autor: Alex (Gast)
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Hi Monomato,

stimmt, man kann darüber streiten ob es ein Gleichstrom-Motor oder 
Wechslstrommotor ist, Fakt ist allerdings, dass Du nur eine postive 
Spannung an Deiner B6 Brücke hast und alles gegen Masse referenziert, es 
somit keine negative Spannung gibt. Sonst wäre ein "Brushed DC" Motor 
den Du mit einer PWM ansteuerst auch ein Wechselstrommotor :). 
Steppermotoren laufen ja auch unter DC-Motor und nichts anderes ist im 
Prinzip ein BLDC Motor (habe eine Definition gelesen, dass ein BLDC 
Motor der über PWM sinusförmig angesteuert wird dann PMSM genannt 
wird)........aber die Diskussion führt zu nichts :).........trotzdem bin 
ich immer bei "Wechselrichter" irritiert, denn da denke ich immer an 
Solartechnik, hier nennt man es Inverter.

Nimm so einen CIPOS, das funzt perfekt.......den Schaltplan gibts 
irgendwo auf der Infineon oder Hitex Webseite, einfach nachbauen oder 
390€ zahlen........je nachdem wie eilig man es hat :))

Grüße,

Alex

Autor: Mister Monomato (Gast)
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Okay, ich kann leider den Titel nicht mehr verändern, bin über die ganze 
Namensgebung sowieso Verwirrt, ich finde unter etlichen Verschiedenen 
Namen Informationen dazu und es kommen immer wieder neue dazu. Es 
handelt sich also um einen Inverter, gut zu wissen ;)

Vielen Dank für die Infos bis hier.

Autor: Mister Monomato (Gast)
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390€ ?!?! aber nicht fuer den CIPOS?! oder? du meinst sicherlich das 
Evaluation Board von weiter oben. Hoffe ich doch zumindest.

Autor: Alex (Gast)
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Hi!

Ja klar, das ganze Kit hat damals 390€ gekostet, nicht der CIPOS :)
Ist aber auch ein grosses Board mit sämtlichem Zubehör. Der CIPOS kostet 
meines wissens je nach Leistung ab 5€ (ohne Gewähr).

Ciao,

Alex

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