DC Motor mit moher Spannung über PWM ansteuern

[Michael G. (transi)]

Nur mal so eine Frage:

Habe hier einen 3V DC Kollektormotor (Spielzeugmotor (30*20mm)).
Wenn ich diesen jetzt an 20V DC betreiben will, möchte ich die 
überschüssige Spannung natürlich nicht an einem Linearregler verbraten. 
Ein Step-Down Regler dürfte die beste Lösung sein. Nur kann ich das 
vielleicht mittels Transistorschalter und einer PWM Steuerung auch noch 
einfacher haben?
Also z.B. 50Hz PWM Signal (T = 20ms) 3ms On, 17ms OFF. Geht das, oder 
mag der 3V Motor die 20V Spannungsspitze im On Zustand nicht? Falls es 
gehen sollte, bekommt man damit auch noch eine Drehzahlverstellung hin? 
(Der ON-Impuls wird dann ja noch kürzer).

Hab es jetzt (noch) nicht ausprobiert, aber vielleicht spricht ja die 
Physik grundsätzlich dagegen.

Gruß

Transi

[Hubert G. (hubertg)]

Der Motor wird dir in kürzester Zeit mittels Rauchzeichen mitteilen das 
er mit den 20V, auch nur kurzzeitig, nicht einverstanden ist.

[Uwe (Gast)]

Da der Strom in einer Induktivität langsam ansteigt kann man (wenn man 
einen Shunt zum Strommessen dazwischen macht) bei dem gewünschten Strom 
abschalten.
Dabei ist muß die Spannung größer sein als die Nennspannung. Dadurch 
erreicht man ein schnelleres "umladen" der Induktivitäten der 
Motorwicklungen. Nennt sich Stromchopper :
http://de.wikipedia.org/wiki/Chopper-Steuerung

[Falk B. (falk)]

@ Michael G. (transi)

>Ein Step-Down Regler dürfte die beste Lösung sein. Nur kann ich das
>vielleicht mittels Transistorschalter und einer PWM Steuerung auch noch
>einfacher haben?

Das ist auch ein Step Down Regler, nur dass die Induktivität im Motor 
sitzt.
20V bringen die Isolation noch nicht in Gefahr.

>Also z.B. 50Hz PWM Signal (T = 20ms) 3ms On, 17ms OFF. Geht das, oder
>mag der 3V Motor die 20V Spannungsspitze im On Zustand nicht? Falls es
>gehen sollte, bekommt man damit auch noch eine Drehzahlverstellung hin?
>(Der ON-Impuls wird dann ja noch kürzer).

Ja das geht, aber 50 Hz sind dazu meist zu niedrig. Die Frequenz muss 
hoch genug sein, damit die eher kleine Motorinduktivität als Filter 
wirken kann. Ich würde mal von 10kHz ausgehen, ggf. mehr.

[MaWin (Gast)]

> mag der 3V Motor die 20V Spannungsspitze im On Zustand nicht?

Doch, die mag er, Grenze ist die Isolation der Kupferlackdrähte und die 
hält weit mehr aus.

> Also z.B. 50Hz PWM Signal (T = 20ms) 3ms On, 17ms OFF.
> Geht das

Ja.


> Ja das geht, aber 50 Hz sind dazu meist zu niedrig. Die Frequenz muss
> hoch genug sein, damit die eher kleine Motorinduktivität als Filter
> wirken kann. Ich würde mal von 10kHz ausgehen, ggf. mehr.

Hohe Frequenzen führen zu hohen Eisenkernverlusten und hohem 
Kollektorabbrand, daher sind 50Hz gar nicht so verkehrt.

[Falk B. (falk)]

@MaWin (Gast)

>Kollektorabbrand, daher sind 50Hz gar nicht so verkehrt.

Du kennst die Induktivitäten solcher kleinen Motoren?

[Michael G. (transi)]

Herzlichen Dank, für die Antworten,
das werde ich dann doch einmal ausprobieren.

Eine Ergänzungs-, Verständnisfrage habe ich aber doch noch:
Wollte die Ansteuerung ganz einfach mit einem fest eingestellten PWM 
Signal ohne jegliche Regelung machen. Also 3ms On, 17ms Off. Nur geht 
das oder muss ich den Strom kontrollieren.

Bei einem Motor ist doch in erster Linie der Strom für das Drehmoment 
und wohl auch die Drehzahl verantwortlich (Strom --> Magnetfeld). Wenn 
der Motor mit 3V Gleichspannung läuft und dabei sagen wir einmal 0,5A 
aufnimmt, dann ist doch die Strom-Zeitfläche 0,5As. Wenn ich jetzt nur 
3ms einschalte (zwar bei 20V) dann ist die Größe des Stromes doch auch 
ganz entscheidend eine Frage der Motorinduktivität. Wie bin ich denn 
sicher, dass der Strom nicht zu groß wird, bzw. wegen der Induktivität 
nicht zu klein bleibt?
Um die gleiche Motorleistung (Drehmoment) zu erreichen, müsste ich im 
Mittel doch wieder 0,5As als gemittelte Strom-Zeitfläche erreichen um 
das gleiche Verhalten wie bei einem reinen DC Signal zu erreichen, oder?

Bin jetzt irgendwie total verwirrt. Der Stromimpuls in der On Phase 
müsste ja dann extrem hoch sein um einen mittleren Strom von 0,5A 
abzubilden. Gleichzeitig würde wegen der Induktivität der Strom aber 
doch gar nicht so schnell ansteigen?

[m.n. (Gast)]

Michael G. schrieb:
> Wie bin ich denn
> sicher, dass der Strom nicht zu groß wird, bzw. wegen der Induktivität
> nicht zu klein bleibt?

Dafür gibt es keine Sicherheit. Wie gesagt, hängt der Stromfluß von der 
Induktivität des Motors ab, die wohl unbekannt ist. Fang am besten mit 
20kHz an, weil bei dieser Frequenz das PWM-Signal nicht hörbar ist.

Da Du konstante Drehzahl einstellen möchtest (das unterstelle ich mal), 
muß die Spannung am Motor gesteuert sein und nicht der Strom. Wenn der 
Motor schwankende Lasten antreibt, mußt Du ihn mit einem 
push-pull-Treiber (1/4 L293D, besser 1/2 L6201 o.ä.) ansteuern. 
Andernfalls kann er ohne Last zu schnell laufen.

Wenn Du nicht nur steuern, sondern auch regeln möchtest, reicht wieder 
ein einfacher MOSFET als Schalter, wobei in der passiven Schalterphase 
die Spannung (EMK) am Motor gemessen wird. Mit dieser Spannung kann dann 
eine Regelung arbeiten und das Tastverhältnis der PWM anpassen.