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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Drehzahl eines Universalmotors steuern/regeln


Autor: Philipp (Gast)
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Hallo an alle!

Um mit einem Mikrocontroller die Drehzahl eines Fräsmotors einer 
Oberfräse zu steuern, habe ich mir Anfangs folgendes überlegt:

- Stinknormale Phasenanschnittsteuerung mit Thyristor bzw. Triac - 
Gezündet über einen Optokoppler; Weiters ein Nulldruchgangsdetektor mit 
Gleichrichter und Optokoppler, um den Phasenwinkel bestimmen zu können 
usw...

Um diese Variante der Phasenanschnittsteuerung bei meinem Motor 
austesten zu können, hab die Schaltung mal analog mit Potentiometer zur 
Steuerung des Winkels aufgebaut und bin leider zu einem schlechten 
Ergebnis gekommen: Mein Fräsmotor gibt im unteren Drehzahlbereich fast 
kein Moment ab, was soviel bedeutet die Drehzahl bleibt nicht stabil und 
bei größerer Belastung, also wenn der Fräser "in Eingriff kommt", bleibt 
das Ding fast stehen.

Es handelt sich dabei um einen Universalmotor, welcher mit 230V AC 
betrieben wird.

Nun meine Frage: Wie kann ich dieses Problem umgehen, welche Art der 
Steuerung empfiehlt sich für so einen Motor am ehesten, sodass ich vor 
allem den unteren Drehzahlbereich gut nützen kann und das Moment und die 
Drehzahlen konstant bleiben. (~300-600 U/min).

Empfiehlt sich eine Ansteuerung mit PWM und vorangegangener 
Gleichrichtung (bei 600W/230V brauch das aber schon ordentliche 
Gleichrichter... - und Platz hab ich eigentlich keinen mehr), oder ist 
eine Anschnittsteuerung mit Stromregelung sinnvoll. Wer hat schon mal 
Erfahrungen mit einer wirklichen "Regelung" eines solchen Motors gemacht 
und kann einige Tipps bzw. Schaltungsbeispiele liefern?

Vielen Dank!!

Autor: Old Papa (old-papa)
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Hallo Phillip,

habe zwar zurzeit keine Schaltung zur Hand, aber sowas fliegt doch im 
weiten Netz sicher dutzendfach rum. In Elektor und anderen Zeitschriften 
war das öfter mal Thema. Soweit ich mich erinnere, immer geregelte 
Phasenanschnitt, manchmal mit Nulldurchgangsschalter.
PWM geht sicher auch, die 600 Watt sind nicht wirklich ein Problem. 
Gleichrichter und Transistoren für diesen Spannungs- und Strombereich 
sind Massenware.

Gruß
Guido

Autor: Otto (Gast)
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Hallo Philip,

das einzige, was wirklich hilft ist die Drehzahl des Motors zu regeln.
Dafür haben "richtige Werkzeugmaschinen" einen Tacho oder Rotorlagegeber
am Spindelantriebsmotor.

Ohne eine Rückführung der Istdrehzahl - auf welchem Weg auch immer -
wirst Du keine vernünftige Bearbeitung bei unterschiedlichen Vorschüben
erzielen können.

Gruß Otto

Autor: Philipp (Gast)
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Hallo Otto,

Ja, ich habe auch am ehesten an eine wirkliche Regelung gedacht, aber 
ein einbau eines Drehzahlgebers an die Frässpindel kommt eher nicht in 
Betracht.

Ich hätte viel mehr daran gedacht, den Strom als Regelgröße zu 
verwenden. Könnte das nicht funktionieren? Das machen ja auch z.B. die 
lastgeregelten Decoder bei Modelleisenbahnloks, um ein Beispiel zu 
nennen.

Autor: Roland Praml (Gast)
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Ich hab irgendwo mal so eine Regelung gesehen,

der Trick war dabei, dass nur die Rotorwicklung geregelt wurde.
Die Statorwicklung aber nicht (geht evtl nicht bei jedem motor und im 
langsamen Drehzahlbereich brennt dir die Wicklung mangels Kühlung durch)

Anhand vom Strom welcher durch die Statorwicklung fließt, kannst dann 
die Leistung fest stellen und ggf nochmal etwas nachregeln.

Gruß
Roland

Autor: Lothar (Gast)
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Drei Ansteuerungen kommen meiner Meinung nach in Frage:
- Phasenanschnitt - kommt bei Induktivitäten nicht so gut
- Phasenabschnitt - Gleichrichtung erforderlich, aber keine Elkos
- PWM - Gleichrichtung und fette Elkos nötig
Ich würde Phasenabschnitt versuchen.
Zur Regelung:
Ein Tachogenerator wäre optimal, ebenso eine optische 
Drehzahlermittelung. Beides lässt sich in der Regel schlecht nachrüsten. 
Bleibt die Generatorspannung (Gegen-EMK), die der Motor im stromlosen 
Zusand erzeugt. Bei fremderregten Motoren fällt die geringer aus als bei 
permanent erregten, sollte durch die Remanenz aber gut auswertbar sein. 
Für 230V Motoren habe ich das noch nicht gesehen, aber theoretisch 
realisierbar.
Über den Ankerstrom kannst Du zwar auch was machen, eine 
Drehzahlregelung wird das aber nicht. Du kompensiert den Innenwiderstand 
des Motors und wenn Du es übertreibst, kommt das System ins Schwingen. 
Systeme mit negativem Widerstand machen das halt, selbst wenn dieser 
differentieller Natur ist, wie bei Tunneldioden.

Viel Spass beim Bastel
Erfolge bitte hier veröffentlichen ;o))
Grüßle
Lothar

Autor: Philipp (Gast)
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Hallo nochmal,

Ich habe in der Zwischenzeit einige fertige Lösungen zum Thema 
Stromregelung gefunden, und glaube, dass ich das Problem auf diese Art 
und Weise lösen werde...

Habe den U2008 von Atmel im Auge, das ist ein fertiger Baustein, der 
unter anderem mit Hilfe einer Strommessung den Phasenanschnitt 
beeinflusst. Nur muss ich mir noch überlegen, wie ich den mit einem µC 
und vor allem galvanisch getrennt ansteuern kann.

lg,
Philipp

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Lothar wrote:
> Drei Ansteuerungen kommen meiner Meinung nach in Frage:
> - Phasenanschnitt - kommt bei Induktivitäten nicht so gut
> - Phasenabschnitt - Gleichrichtung erforderlich, aber keine Elkos

Ich würde mal sagen genau umgekehrt, oder ?
Wie willst du bei einer Induktivität plötzlich den Strom abschalten ?

Autor: Otto (Gast)
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Hallo Philipp,

mit Stromregler wird sicher schon mal besser sein,
als ohne Regelung - jede Spindelregler besteht aus
einem übergeordneten Drehzahl- mit untergeordnetem
Stromregler. Zusätzlich dann noch Hoch- und
Rücklauflaufgeber.

Gruss Otto

Autor: Lothar (Gast)
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@Benedikt
Indem ich den Strom nicht einfach, sondern ein bisschen langsamer 
abschalte. Vergrößert die Verlustleistung am FET, hält die 
Anschaltspitze, die Induktivitäten so an sich haben, in Grenzen. In 
einem industriellen Phasenabschnittsregler wird das mit einer 
zusätzlichen Gatekapazität von 10nF realisiert. Den ich geschlachtet 
habe, ist für Niedervolt-Halogenlampen bis 300W dimensiniert, dafür ist 
der FET nicht mal gekühlt.
Grüsse Lothar

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Lothar wrote:
> @Benedikt
> Indem ich den Strom nicht einfach, sondern ein bisschen langsamer
> abschalte. Vergrößert die Verlustleistung am FET, hält die
> Anschaltspitze, die Induktivitäten so an sich haben, in Grenzen.

Induktivitäten haben eigentlich keine Einschaltspitze, da Induktivitäten 
den Strom glätten. Daher verwendet man LC Filter ja auch bei 
Phasenanschnittsteuerungen.

Autor: Lothar (Gast)
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Sorry, ich meine natürlich die Abschaltspitze. Die sollte bei Motoren 
sogar geringer sein, als bei Halogentrafos. Ich habe beide Regler im 
Einsatz, ein Ab- einen Anschnittsregler. Beim Abschnittsregler haben die 
sogar auf das LC Filter verzichtet. Beim Abschnittsdimmer ist eine recht 
große Ringkerndrossel drin. Aber trotzdem nur für Ohmsche Lasten 
deklariert.

Autor: Sven (Gast)
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Hi Philipp,

vielleicht hilft Dir das weiter ?

Application Note von Motorola / Freescale AN 1664

Gruß Sven

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