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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Nutzbremsung


Autor: TSalzer (Gast)
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Hallo,

jetzt habe ich mal eine Frage, aud die euch google nix gescheites
ausspuckt.
Mosfet H-Brücke treibt dauermagneterregten DC-Motor.
D.h. die Quellenspannung des Motors liegt unterhalb der
(Zwischen)-Kreisspannung, Versorgungsspannung. Wie kriege ich jetzt
eine Nutzbremsung hin?
Evtl. nach Aschaltung aller 4 Leistungsschalter, und die Aufschaltung
des Motors auf einen Boost.Converter zur Einspeisung in die Akkus
(Kondensatoren)?

Ich hoff auf konstruktive Ideen. Hier stehen keine kommerziellen
Interressen dahinter, sondern nur die techn. Frage. Hinweise auf Bücher
alleine helfen da auch nicht weiter.

Danke für das eingesetzte Hirnschmalz


Thomas

Autor: TSalzer (Gast)
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Tschuldigung für die fehlenden Buchstaben zwischendurch.
Ich glaube, die Asche auf/in der Tastatur stört doch!

Thomas

Autor: Michael Werner (Gast)
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Ach dann ist da auf dem Bild wohl Deine Tastatur!?  :-}

Autor: Peter Dannegger (peda)
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Der technische Aufwand dürfte beträchtlich sein.

Um wieviel kW geht es denn hier, damit sich das Ganze auch lohnt ?


Peter

Autor: TSalzer (Gast)
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Ohne konkrete Anwendung. Man könnte z.B. an Solarmobile denken.
Mir geht es nur drum zu verstehen. Bremschopper auf Widerstände ist
halt auch nicht so elegant. Von den Kennlinien solcher Motore sehe ich
aber auch keine andere Möglichkeit als Step-Up, um  eine Spannung >
UBatterie
zu erzeugen.
Wie machen die Solarmobilisten sowas?

Vielleicht weiß ja noch jemand was.

Danke

Thomas

Autor: Karl Heinz (Gast)
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bei einer H-Brücke mit DC Motor hast du quasi den Hochsetzsteller schon
mit eingebaut. Wenn du den Motor bremst, z.B. durch PWM auf beiden Low
Side Fets, fließt während der off Zeit der PWM ein Freilaufstrom, der
durch eine Spannung größer als Ubat angetrieben wird! Die Höhe der
Spannung ist von der Induktivität des Motors und der PWM abhängig, d.h.
schnell bremsen ->hohe  Spannung u.u..

KH

Autor: TSalzer (Gast)
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Hi Karl Heinz,

im Anhang habe ich mal 'ne Skizze. Der Bremsstrom bremst schon, aber
ohne Nutzen. Der Freilaufstrom (in grün) geht zwar in die
Batterie/Akku, aber das ist ja kein Gewinn. Mit Nutzbremsung meinte ich
das, was heutzutage als "Rekuperation" bezeichnet wird, also das
rollende Auto, oder die aus der Höhe absinkende Last. Meine Vorstellung
davon ist, nach Abschaltung aller 4 Schalter, die drehzehlabhängige
Spannung des Motors/Generators über uBat zu erheben, und dann per
Stromregelung die Bremswirkung zu erzielen (bei gleichzeitiger
Wiederaufladung ) der Akkus. Stromregelung, weil ich ja nicht immer
eine Vollbremsung hinlegen will.


Ich bin mal auf weitere Ansätze gespannt.


Gruß

Thomas

Autor: tex (Gast)
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Da gibt es einen Haufen Zeugs zu von Prof. Marx von der TFH in Berlin.
Der hat sich von den Dipl-Arbeiten seiner Sudenten ein Fahrrad
gebastelt, dass beim Berg ab fahren die Akkus für das Berg auf fahren
läd.
Vieleicht hilfts Dir ja was ...

Autor: AxelR. (Gast)
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http://www.ralfwagner.de/mini.htm
nachdem ich hier nachgelesen habe, seht fest, dass es sich dort
zumnidest NICHT um einen dauermagneterregten DC-Motor handelt.
Hier wird offensichtlich so verfahren. Der Motor wird kurzgeschlossen,
um sich selbst zu erregen (schelm). dann wird der Kurzschluß behoben,
un die Erzeugte Spannung dem Akku zurückgeführt. Ich gluabe nicht, dass
es sich um einen Step-up Wander wandelt. Zumindest nicht in diesem, dort
vorgestellten System. Die unter http://www.eatstoll.ch/ vorgetsellte Box
ist ja nu nicht sehr groß( 10x15x4cm). Einen SetupWandler(habe schon
einge große bauen müssen) für 2.5KW passt da zwar drauf, aber nicht mit
4cm Bauhöhe. Ich denke sehr wohl, dass der angesprochene Schaltschütz
den Motor komplett trennt und durch die Verfahrensweise der
Selbsterregung die erzeugte Spannung von Hause ohne Last hochläuft, was
ja auch durch die Blume beschrieben steht.(bekomm ich nicht rauskopiert,
sch..IE - unter Wirkungsweise) ich stell mal (m)einen
Schaltungsvorschlag als pdf mit rein. Entspricht i.E. dem, was wir
schon gesehen haben. Am Widerstand kann man ja mal testhalberweise die
Spannung messen, die der Motor(in diesem Falle ein dauermagneterreger
DC-Motor) erzeugt, wenn der linke NFet mit 50% Tastgrad angeblasen wird
und der rechte dauerhaft durchgesteuert bleibt.
Was würde denn passieren, wenn man einen nebenschlußmotor anschliesst
und nur Q4 schliesst? nichmal das, D3 leitet ja sowieso in diesem
Moment(je nach drehrichtung) kann man sich also auch das Schütz
sparen?
Wichtig an dieser Stelle, wennn nicht sowieso bekannt:
Die BodyDioden in den Fets unbedingt mit "stabilen" Schottkys
brücken. D7 und D8 können später weggelassen werden, wenn man den
Lastwiderstand mit der Batterie verbindet. Die 3xC's natürlich auch.
AxelR.

Autor: Steffen (Gast)
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Thread abboniert!

Autor: TSalzer (Gast)
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Hi alle,

bei dem von AxelR angegebenen Projekt wird ein sog. Compound-Motor
verwendet. Das ist eine Kombination von Reihen-und Nebenschluß.
Wie AxelR schrieb kann der seine Erregung ändern, und damit zu einer
bestehenden Drehzahl (bevor ich bremse dreht der Motor mit einer best.
Drehzahl, und kurz danach auch noch) eine Quellenspannung erzeugen, die
höher ist als die der versorgenden Spannungsquelle.
Diese Möglichkeit ist naturgemäß beim dauermagneterregten Motor nicht
gegeben.

@AxelR
Die Spannung an R wird auf jeden Fall kleiner als die
Versorgungsspannung sein.

...ich überlege weiter!

Gruß

Thomas

Autor: AxelR. (Gast)
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Ich führe doch so schon seit Jahren Energie meinem Akku wieder zu...
Ahhso, nicht beim bremsen, sondern beim langsamer werden, wenn der
Motor sehr wohl noch mit Strom versorgt wird (Q3[OBEN RECHTS]
angenommen leitet) und der Motor nun mit 50%PWM am Q2 an- und
ausgeschaltet, damit er langsamer wird. Dann hauts die Spannung aber
mächtig nach oben. Die wird dann überm Akku kurzgeschlossen (und die
parasit. BodyDioden im PFET sterben dann gerne mal). Man bekommt den
Akku nunich voll geladen, wie auch. die beim blauen C verkaufen schon
seit '95 Fahrregler nach diesem Prinzip (Gaukler).
AxelR.

Autor: TSalzer (Gast)
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Hi alle,

das Projekt ist noch nicht gestorben. Treiber sind bestellt, und die
Platine  entsteht gerade. Dann kann ich auch mal Messungen daran
vornehmen.

Bin also dran.

gruß

Thomas

Autor: Robert (Gast)
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Hallo Thomas,

beim bremsen könntest du einfach einen Boost Regler verwenden. D.h. du
brauchst im einfachsten Fall in Reihe zum Motor eine Speicherdrossel
und zwei schnelle Dioden über die oberen Mosfets einer H-Brücke. Dann
wird beim Bremsen ein Motorpol durch den Mosfet dauerhaft gegen Masse
gezogen. Der 2te Pol wird per PWM gegen Masse gezogen. Wenn nun der 2te
Fet leitet wird die Energie in die Drossel geleitet und in der
Sperrphase über die Diode (Anode an Drossel Kathode zu Akku+) in die
Batterie geleitet.

Mit dem PWM Verhältnis regelt sich der Strom durch Drossel und Motor.
Den besten Wirkungsgrad erreicht man in der Regel bei 50% PWM. Ohne
Drossel geht es bei manchen Motoren auch, aber der Wirkungsgrad wird
deutlich schlechter. Bei dicken Motoren sollte man noch einen MKT
parallel über den Motor klemmen.

Alles klar?

Robert

Autor: TSalzer (Gast)
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Hi Robert,

so ähnlich habe ich mir das gedacht!
Die Speicherdrossel müsste dann aber schaltbar sein, damit die Dynamik
der Regelung darunter nicht leidet.
Hast Du sowas schon gesehen?
Der Tip ist aber gut.

...ich überlege...

Gruß

Thomas

Autor: Robert (Gast)
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Thomas,

die Drossel stört die Regelung nicht. Ich habe es schon selber mehrfach
für Lageregler so konzipiert. Die Zeitkonstante der Drossel liegt ja in
der Regel mindestens 2 Dekaden von der des Regelkreises entfernt.
Übrigens steigert dieser Aufbau auch im Teillast Bereich den
Wirkungsgrad durch die Glättung des Ankerstroms.

Grüße Robert

Autor: TSalzer (Gast)
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Hi nochmal,

so langsam komme ich dahinter. Auch Karl Heinz verstehe ich jetzt.
Da ich nicht weiß, ob die Ankerinduktivität reicht, habe ich mal eine
Variante angehängt.
Zunächst für eine Drehrichtung. Über T1 und T4 wird der Motor auf
Drehzahl gebracht.

Zum Bremsen wird T4 dauerhaft geschlossen, und der extra eingefügte
Bremstransistor TB wird getaktet. Der Ladekreis, der die zusätzliche
Drossel (und die Ankerinduktivität) lädt, ist unten eingezeichnet.
Der Freilaufkreis, der die Akkus wieder lädt, ist groß eingezeichnet.

Kann aber auch sein, dass die Ankerkreisindiktivität reicht, dann haben
alle obigen Vorredner recht, und ich kann mir Arbeit sparen.

Ich bin für alle produktiven Ideen dankbar.


Gruß

Thomas

Autor: AxelR. (Gast)
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wäre schon toll, wenn Du mal beide Varianten testen würdest. Ich habe
i.M. keine Zeit für Tests usw.
AxelR.

Autor: Profi (Gast)
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Da die Ankerinduktivität zum Choppen reicht, ist sie auch zum Bremsen
gut.

Du brauchst nur die 4 Fets und 4 Schottkys, die Du für eine Vollbrücke
sowieso brauchst (Tb ist also T2, Db ist D1 (die parallel zu T1), und L
der Motor selbst).
Dann pulst Du kurz (mit der normalen Chopperfrequenz oder evtl. etwas
langsamer) die zwei unteren (oder oberen) Fets, der Strom steigt stark
an, Magnetfeld speichert Energie, dann öffnest Du einen (oder beide)
Fets und die in der Spule (=Anker) gespeicherte Energie fließt über die
2 Dioden in den Akku zurück.

Das ist die selbe Ansteuerung, wenn Du slow decay (langsames Absinken
des Stroms) und fast decay beim L297 (Schrittmotor-Controller)
abwechselst. Nur dass beim slow decay-Zeitpunkt nichts decayt, sondern
durch das Kurzschließen der Strom wegen der Generatorwirkung ansteigt.
Lies Dir das Datenblatt des L297 (www.st.com) und die AppNotes mal
durch, sehr lehrreich! Die Nachfolgetypen haben dann noch aktive
Gleichrichtung, d.h. sie schalten den Fet, der parallel zur gerade
leitenden Diode liegt, auch noch an, um weniger Verlust zu haben.
Man muss die Fets aber rechtzeitig abschalten (wenn der Strom auf Null
gesunken ist), da sonst der Strom wieder in die andere Richtung zu
fließen beginnt.

Wenn Du die Drehrichtungsumkehr über ein Relais machst (oder gar nicht
brauchst), kommst Du mit 2 Fets und 2 Schottkys aus (nur die links
Seite einer Vollbrücke, rechter Motoranschluss auf Gnd o. Vcc).

Auf kurze Leitungen achten!

Autor: Robert (Gast)
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Hallo Thomas,

die Schaltung nach variante.mht wird wohl funktionieren, ist aber
unnötig aufwendig. Machs einfach mal. Probiere es mit und ohne Drossel
in einer einfachen H Brücke. Dann sieht man schon wie sich die
Eigenschaften verändern.

Die Wahl der PWM Frequenz ist auf jeden Fall entscheidend für den
Erfolg.

Grüße Robert

Autor: TSalzer (Gast)
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Danke für die rege Teilnahme. Ich habe mir mal die Bauteile besorgt, und
werde (hoffentlich) diese Woche mal zum Aufbau kommen.
Ich glaube es mittlerweile, dass es ohne Zusatzschaltung auskommt.
Aus der Gesamtsituation heraus ergibt sich dann aber noch die Frage,
wann, und warum man eine Widerstandsbremsung macht.

Autor: Axel R. (axelr) Flattr this
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Hallo Thomas, hallo alle zusammen,
da dieser Thread immermal wieder gern ziztiert wird, hole ich ihn mal
hoch.
Wie stehts mit den Tests?
Bist Du zu gekommen?
Ich mein, kann man von Ergebnissen partizipieren(oder wie das heisst?)

Gruß
Axel

Autor: Sebastian (Gast)
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abo

Autor: Stefan Heindel (Gast)
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Hallo Freunde,

ich habe mich aus Langeweile bei meinem Praktikum mal mit der 
Rekuperation auseinandergesetzt und mit Matlab/Simulink ein 
elektrisch/mechanisches Simulationsmodell zur Rekuperation geschrieben. 
Fuer das Motormodell habe ich die Daten eines 250W/24V-Motors genommen.
Der Steller ist idealisiert, das heisst der Motor wird entweder komplett 
kurzgeschlossen (Um = 0) oder direkt an die Batterie geklemmt (Um= 24V).
Als Motoreingangsgroessen kann man auswaehlen zwischen konstanter 
Drehzahl, oder einer angetriebenen Masse. Dann habe ich mal eine 
Parameterstudie angeleiert um zu sehen, was im idealen Fall Einfluss auf 
die Bremsleistung und die Effizienz hat.

Ich fasse mal die Ergebnisse zusammen, die ich aus den Bildern ableite:

1. Die Rekuperationseffizienz haengt linear mit der Bremsleistung ab. 
Bei einer Vollbremsung wird saemtliche Energie verheizt, weil der 
schnellste Weg zu bremsen eben ein Motorkurzschluss ist. Fuer eine 
Bremsung mit halber Kraft habe ich immerhin eine Effizienz von 0.5

2. Die Effizienz haengt unter den getroffenen Annahmen nicht von der 
PWM-Frequenz ab (in Wahrheit tut sie das natuerlich, Schaltverluste 
usw.), ist aber in jedem Fall kein kritischer Wert.

3. Je hoeher die Induktivitaet, desto besser. (Wobei wir "nur" mit dem 
Motor schon ganz gut am Optimum liegen.)

4. Je niedriger der Widerstand, desto besser (Jaja, ich weiss, ne 
Riesenerkenntnis!)

Wenn ihr selbst die Simulation benutzen wollt, noch eine Warnung: Sie 
ist mit heisser Nadel gestickt. Wuerde mich freuen wenn der ein oder 
andere trotzdem mal reinschaut.

Stefan

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