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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Drehzahlregelung nur durch Strom und Spannungsmessung


Autor: michi0021 (Gast)
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Hi,
ich möchte einen Drehzahlregelung für Gleichstrommotor 24V 2,2KW 
aufbauen. Die  Drehzahl wird mittels Gleichstromstellers und PWM 
gesteuert.
Die Drehzahl soll nur durch eine Strom und Spannungsmessung errechnet 
werden mit einer Genauigkeit von <5%.
Bei so kleinen Motoren spielt die Ankerrückwirkung eine Rolle. Das heißt 
das Magnetfeld im Motor wird geschwächt, je nach Belastung und Drehzahl.

Was meint ihr? Wie kann man am besten an solch ein Projekt rangehen?

Autor: Falk (Gast)
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@michi0021

>ich möchte einen Drehzahlregelung für Gleichstrommotor 24V 2,2KW

2,2KW? Oder eher 2,2W?

>aufbauen. Die  Drehzahl wird mittels Gleichstromstellers und PWM
>gesteuert.

Soweit so gut.

>Die Drehzahl soll nur durch eine Strom und Spannungsmessung errechnet
>werden mit einer Genauigkeit von <5%.

Hmm, ich kenn mich mit sowas nicht wahnsinning aus, aber wäre eine echte 
Drehzahlmessung nicht einfacher und vor allem unproblematischer? Die 
Kennlinie Strom/Spannung zu Drehzahl ist doch sicher ziemlich 
lastabhängig.

>Bei so kleinen Motoren spielt die Ankerrückwirkung eine Rolle. Das heißt

Klein? 2,2 KW? Oder eher doch 2,2W?

MfG
Falk


Autor: Zossi (Gast)
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Es sollte machbar sein. Die Drehzahl ist proportional der Spannung, das 
Drehmoment proportional dem Strom. Die beiden haengen auch ueber den 
Innenwiderstand zusammen. Den muss mann mal messen. Bei einem 2.2kW 
Motor, dh 1.5 PS solltest du eine bessere Ahnung als Null haben.

Z.

Autor: Falk (Gast)
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@Zossi

>Innenwiderstand zusammen. Den muss mann mal messen. Bei einem 2.2kW
>Motor, dh 1.5 PS solltest du eine bessere Ahnung als Null haben.

2,2 KW sind bei mir aber 2,9 PS.

MfG
Falk

Autor: michi0021 (Gast)
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Hi,
2,2kW hat der Motor. Klein deswegen weil man bei einem Motor, der mit 
400V betrieben wird die Ankerrückwirkung vernachlässigen kann. Dann kann 
der Magnetische Fluss (fi) als konstant angenommen werden.
In diesem Fall geht das nicht so einfach.

                   Ua - Ia * Ra
Hab die Formel n = -------------
                     c * fi

Habe Ua, Ia, Ra, und n gemessen um c*fi zu errechnen. Dies ist aber 
Belastungs und Drehzahl abhängig. Wie kann ich diese Abhängigkeit mit 
ins fi einbringen?
mfg

Autor: Falk (Gast)
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@michi0021

>2,2kW hat der Motor. Klein deswegen weil man bei einem Motor, der mit
>400V betrieben wird die Ankerrückwirkung vernachlässigen kann. Dann kann

Du schriebst aber was von 24V 2,2kW.

MFG
Falk

Autor: Peter Dannegger (peda)
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Ich gehe mal davon aus, daß so ein 100A-Bolide elektrisch erregt wird, 
d.h. die Sache ist sehr komplex.

Auch ist mit über 1000A Anlaufstrom zu rechnen, also nicht gerade was 
für Elektronik-Anfänger.


Wenn möglich, solltest Du die Statorwicklung konstant erregen und nur 
den Rotor steuern.

Dann ist die Sache ganz einfach, die Drehzahl ist direkt proportional 
zur Rotorspannung. Du must bloß noch den ohmschen Wicklungswiderstand 
kompensieren.

Also eine einstellbare Konstantspannungsquelle in Reihe mit nem 
negativen Widerstand, fertig ist die Drehzahlregelung.

So hat man z.B. früher in Kassettenrekordern die Bandgeschwindigkeit 
konstant gehalten.


Peter


Autor: michi0021 (Gast)
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Sorry das hatte ich vergessen, der Motor ist Permanent erregt!

@peter:
Was meinst du mit: "Du must bloß noch den ohmschen Wicklungswiderstand
kompensieren." ?

Die Drehzahl ist proportional zur Spannung, aber auch abhängig vom 
Drehmoment. Ich weiß nicht wie ich diese Abhängigkeit Mathematisch 
beschreiben kann.
mfg

Autor: Matthias (Gast)
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BRaucht ihr viellleicht das regelungstechnische Ersatzschaltbild eines 
fremderregten Gleichstrommotors?? =>Bescheid sagen

Zum Thema Messung der Drehzahl über Strom: Es ist möglich, die Übergänge 
der Kohlebürste von einem zum anderen Kollektorstück zu detektieren.. Ob 
das allerdings bei PWM und bei deinen Strömen sinnvoll ist, wage ich zu 
bezweifeln.. siehe Anhang

Autor: zossi (Gast)
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Wir hatten n:= konst*(U - R*I) als ersten Ansatz. Das muesste fuer 5% 
genuegen denk ich. Der Motor ist buerstenlos ? Dann sollte das 
hinkommen, da man U vorgibt und I eh misst.

Z.

Autor: Peter Dannegger (peda)
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michi0021 wrote:
> Sorry das hatte ich vergessen, der Motor ist Permanent erregt!

Das glaub ich Dir nicht.
Permanent erregt werden Motoren bis etwa 10W, darüber werden die 
Magneten zu teuer und zu groß.
Vielleicht auch bis 50W aber niemals bei 2200W.


> Was meinst du mit: "Du must bloß noch den ohmschen Wicklungswiderstand
> kompensieren." ?
>
> Die Drehzahl ist proportional zur Spannung, aber auch abhängig vom
> Drehmoment.

Nun, der Drehmomenteinfluß ergibt sich durch den Widerstand der Wicklung 
und die nicht 100% magnetische Kopplung (magnetischer Widerstand).

Das kann man durch einen Gesamtwiderstand ausdrücken, denn man 
kompensiert (Spannungsanstieg bei Stromanstieg, also negativer 
Widerstand).

Damit das ganze nicht schwingt, muß man leicht unterkompensieren, d.h. 
der Gesamtwiderstand muß immer positiv sein.


Aber wie gesagt, so ein Design für etwa 1000A Spitzenstrom ist nicht von 
Pappe.
Wundert mich überhaupt, daß es 24V/2200W Motoren gibt, in der 
Leistungsklasse hätte ich ne viel höhere Betriebsspannung erwartet.
Ist das ne Sonderanfertigung speziell für Dich ?


Peter

Autor: Terry (Gast)
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Also ich glaube es handelt sich um einen sogenannten Brushlessmotor aus 
dem Modellbau?

Die sind mit Permanentmagneten gebaut.  Da gibt es auch grössere Motoren 
mit mehrern kW Leistung.


MfG

Terry

Autor: Zossi (Gast)
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Modellbau ? Moeglicherweise vom Modellbau angehaucht, aber nicht dort 
eingesetzt. Ich war an der Modellbaumesse in Friedrichshafen, und dort 
hatten sie auch hinter Glas solche Dinger, 5kW, sehr niedlich fuer die 
Leistung. Einsatzorte sind Robotik und andere mechanische Systeme die 
hohe Spitzenleistungen benoetigen.

Z.

Autor: michi0021 (Gast)
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Autor: u_d (Gast)
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Steht wenig über die Anschaltung drin. Was sind das eigentlich? 
Brushless-Motoren mit eingebauten Controller?

Autor: Zossi (Gast)
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Scheibenlaeufer ... entweder hat er einem Kollektor oder er ist 
dreiphasig. Dreiphasig ist heute ueblich, machbar 3x40A, nix mit 1000A.

Z.

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Peter Dannegger wrote:

> Permanent erregt werden Motoren bis etwa 10W, darüber werden die
> Magneten zu teuer und zu groß.
> Vielleicht auch bis 50W aber niemals bei 2200W.

Hast du noch nie einen Motor gesehen ?
Zerleg mal einen Pürierstab, da sind 150-200W DC Motoren drin, die 
permanent erregt sind. Ähnliches gilt für Akkuwerkzeuge. So selten sind 
also größere permanenterregte Motoren nicht. Es gibt sogar 
permanenterregte Anlasser !

Autor: Lothar (Gast)
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Steht nicht viel drin in der PDF. Permanent ist schon mal eindeutig. 
Scheibenläufer und Generatorbetrieb, da vermute ich einen Kollektor, 
sonst ist Ende mit trivial. Die Teile haben dafür nur ein Scheibchen, 
was das Drehmoment erzeugt, d.h. extrem wenig Rotationsträgheit durch 
minimale Masse, dafür in Millisekunden von 0 auf 100, aber auch fast 
keinen Wicklungswiderstand. Der Kurzschlusstrom und damit auch der 
Anlaufstrom wird mit Bastelmitteln kaum beherrschbar sein. Dafür kannst 
Du die Drehzahl einfach bestimmen, im Generatorbetrieb ist die 
abgegebene Spannung proportional zur Drehzahl. Wenn Du Dich wirklich da 
ranwagst und PWM einsetzt, brauchst Du nur die Ankerspannung zu messen, 
wenn die 100 PowerFETs off sind. Falls man bei einem Scheibenläufer von 
Ankerspannung reden kann. Das letzte Teil dieser Gattung habe ich an 
einem Industrierobbi gesehen, da war die Scheibe so eine Art 
Leiterplatte, statt 35µ eher 1mm Kupfer.
Über Brushless-M gab es einen guten Beitrag in der Elektor. Da brauchst 
Du die Drehzahl nicht zu messen, die wird durch die Ansteuerung 
definiert und wenn Du die erforderliche elektronische Kommutierung in 
Griff hast, läuft der Motor ohne Schlupf mit Ansteuerfrequenz. Wenn da 
ein Generatorbetrieb realisiert wird, was natürlich geht, hat die 
Ausgangsspannung auch noch mit der Drehzahl zu tun, aber nur, wenn Du 
keine Energie zurückgewinnen willst. Drei Phasen mit bipolarer 
Ansteuerung sind Standard.
Viel Spaß

Autor: F.H. (Gast)
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Moin,ich habe das bisher nicht verstanden,wenn der Motor mit einer 
definierten Last läuft,sollte man doch anhand des versorgenden PWM 
Signals wissen,mit welcher Drehzahl der Motor läuft,oder nicht ?

Autor: ab-cd (Gast)
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> Permanent erregt werden Motoren bis etwa 10W, darüber werden die
> Magneten zu teuer und zu groß.
> Vielleicht auch bis 50W aber niemals bei 2200W.

Lenze baute sie bis 600W, ABB bis 1600W.... schon vor 15 Jahren...als 
ich sie erstmals einsetzte.
Drehzahl bitte ueber Sensor erfassen ;-)

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