Hallo, ich hab mal eine Frage zum Verhalten eines DC Motor mit getakteter (PWM) Drehzahlregelung. Folgendes Verhalten ist mir aufgefallen, welches ich aber in den Motorkennlinien nicht interpretieren kann: Ich steuer über eine Brücke einen 24V DC Motor mittels 20kHz PWM zu Drehzahl Regelung an. Ändert man nun die Drehzahl auf zb. 50% PWM so wird ja gemittelt "12V" am Motor angelegt. Dabei steigt aber seltsamer Weise das Drehmoment stark an. Lt. Kennlinie ist aber das Drehmoment proportional vom Strom, d.h bei einer definierten Stromgrenze müsste doch trotz geringer Drehzahl das gleiche Moment oder sogar weniger weil schlechterer Wirkungsgrad resultieren? Vielleicht kann mich da einer aufschlauen :-) Gruss Patrick
hmmm, grobe überlegung: wenn das moment wirklich steigt muß es ja am höheren strom liegen (lt. kennlinie). ist der strom bei geringer drehzahl nicht höher, weil der induktive widerstand kleiner wird (extremfall stillstand -> strom maximal)? also ich bin mir nicht sicher, aber du haust immer 24v rein, er dreht aber nur, als ob er 12v hätte. dann der strom/das moment höher, oder? gruß, Joachim
>Dabei steigt aber seltsamer Weise das Drehmoment stark an.
Wie hast du das denn festgestellt?
Oliver
Wichtig ist, dass das Drehmoment von der Drehzahl abhängig ist! d.h. wenn du ein Diagramm hast, dann kannste genau sehen, bei welcher Drehzahl du welches Moment hast. Wenn du jetzt noch per PWM reinpfuscht, dann vermischt sich diese Momentenkennlinie mit einer anderen, nämlich mit der, die sich mit einem anderen(gemittelten)Strom ergibt. (Integral der PWM)
Meiner Meinung nach ist doch das Drehoment vom Strom abhängig oder sehe ich dies falsch? Kann vielleicht sein dass der Regler bei Vollast durch einen zu hohen Strom das PWM-Signal von 100% auf weniger runterregelt?
Feldschwächung!? (Ich mein bei voller Drehzahl)
Die PWM sorgt doch dafür, dass der Strom auch geringer ist, zumindest das Integral über die Zeit, also wenn man die Spannung(daraus resultierend der Strom)arithmetisch mittelt, dann ist diese/dieser geringer, als bei einem Duty Cycle von 100%. und das bedeutet dann auch weniger Drehmoment!
Nur mal blind geraden: Macht die höhere Spannung vielleicht einen Unterschied, da sich der Wicklungswiderstand nicht so stark bemerkbar macht ? Rein vom Gefühl her, kommt es mir nämlich auch so vor, als hätte ein per PWM angesteuerter Motor mehr Drehmoment, als einer der mit einer vergleichbaren Gleichspannung angesteuert wird.
Ist es nicht so, dass das Drehmoment(M) vom Strom(I) und der Drehzahl(n) abhängig ist? Ungefähr so: a) Drehzahl(n) konstant: M ~ I b) Strom konstant: M ~ 1/n Ab einer bestimmten Drehzahl kommt man in den Feldschwächebereich. -- ein mit Leerlaufdrehzahl laufender Motor (und konstantem Strom) hat praktisch kein Moment --
>a) Drehzahl(n) konstant: M ~ I Ja >b) Strom konstant: M ~ 1/n nur bei P=konstant, weil n~U und I~1/n >-- ein mit Leerlaufdrehzahl laufender Motor (und konstantem Strom) hat >praktisch kein Moment -- Weil PRAKTISCH KEIN strom fließt. für einen PERMANENTerregten DC-Motor gilt immer: M(t) = CPHI * i(t), mit CPHI = Motorkonstante. uemk(t) = 2PI CPHI n(t) La * di(t)/dt + Ra * i(t) + uemk(t) = ua(t) La,Ra: Anker Ind/ohmsch. ua(t): angelegt. Spann.
rein praktisch kann das ja auch sein. Der Leistungsunterschied zw. 12 und 24V Gleichspannung an einem bestimmten Widerstand (ich nehme jetzt einfach mal nur einen rein ohmschen R an) ist 1:4. Bei PWM dagegen, wo bei 50% Duty Cycle im arithmetischen Schnitt scheinbar nur 12V enstehen, hat man aber immer noch halbe Leistung (man muß ja mit effektiven Werten rechnen, nicht arithmetische) - also 2:4 - also doppelte Leistung als vorher. Man kann ja sich denken 1/2 volle Leistung, 1/2 null Leistung - macht im Schnitt halbe Leistung. Beim Motor wird es wohl ähnlich sein, wobei er wohl im Leerlauf höher drehen müsste bei 50% als bei gleicher Gleichspannung. Wenn ich den belaste auf eine bestimmte Drehzzahl runter, dann hat man eben sicherlich doppeltes Drehmoment als bei entsprechender Gleichspannung. Ich bin mir jetzt nicht ganz sicher, ob man bei PMW-Ansteuerung eines Motors dies einfach so linear hochrechnen kann - aber das ist erstmal so mein theoretischer Ansatz.
Beim DC Motor ist das Drehmoment immer (ausser in Grenzbereichen und Reibung vernachlässigt) proportional zum Strom durch den Motor: M = ke * I dabei ist ke eine Motorkonstante die angibt, wieviel Nm pro Ampere der Motor erzeugt (Dimension ke: Nm/A). Wird am Motor eine Spannung angelegt, direkt - oder über eine festes PWM Verhältnis eine sich mittelnde Spannung - wird ein Strom durch den Motor getrieben; er dreht sich. Beim Drehen wirkt der Motor intern wie ein Generator, er erzeugt eine Spannung EMK = kv * N dabei ist ke eine Motorkonstante die angibt, wie hoch diese induzierte Spannung pro 1000 Umdrehungen pro Minute ist (Dimension ke: V/1000rpm; rpm = rotations per minute). Diese EMK ist der angelegten Spannung entgegengesetzt gepolt, man spricht von einer Gegenspannung, und wird dadurch von der angelegten Spannung subtrahiert. Allein die Differenz der beiden Spannungen bleibt also um den drehmomentbildenden Strom durch die Motorspulen zu treiben. Es resultiert ein geringeres Drehmoment bei höheren Drehzahlen weil der Strom durch den Motor sinkt.
@Baerbel nur ergibt sich daraus nicht, wieso das Drehmoment bei gegebener Drehzahl und gleicher (arithmetisch) mittlerer Spannung bei PWM höher ist als bei normaler Gleichspannung. Mit rein arithmetischer Mittelwert-Rechnung kommt man wohl nicht so richtig weiter. Ich habe es zwar nie selbst ausprobiert, aber ich kenne auch noch aus inzwischen recht alten Publikationen ebenfalls die Aussage, daß sich bei PWM das Drehmoment scheinbar höher einstellt, und auch ein besseres Anlaufverhalten hätte. Also eben das, was Patrick festgestellt hat.
ach übrigens ist mein rein ohmsches Beispiel doch nicht so einfach den Motor anwendbar. Habe die Gegenspannung vergessen, womit sich bei 50% 1,5 faches Drehmoment ergibt. Neues Gedankenspiel mit anderem Ansatz für 50%, und einer Last, bei der sich halbe Drehzahl des Max. n bei 12V einstellt als Beispiel: EMK für nmax/2 ist 6V (weil bei nmax = 12V). Somit 6V Differenz zu den 12V. Bei PWM hat man zu den 24V Impulsen 18V Differenz - also das dreifache (was auch für den Strom gelten sollte). Bei 50% ergibt sich demzufolge die Hälfte davon, also 1,5fach. Daselbe hat man demzufolge für den Strom (ergibt sich aus dem Wicklungs-R) bzw. daraus das Drehmoment. Also sollte das 1,5fache Drehmoment zur Verfügung stehen bei halber arithmetischer PWM Spannung = Gleichspannungwert. Ich denke, das sollte so stimmen (ihr könnt mich ja korrigieren), woraus man sich seine Formel bauen kann.
Wie jetzt schon ein paarmal geschrieben wurde: Das Drehmoment entsteht durch den Strom. Der Geschwindigkeitverlust bei einer Drehmomenterhöhung entsteht hauptsächlich durch den Spannungsabfall am ohmschen Wicklungswiderstand durch den höheren Strom. Jetzt mal diesen Gedanken weiter verfolgt: Wenn ich das Drehmoment und somit den Strom bei einem DC gespeisten Motor verdopple, dann verdoppelt sich der Spannungsabfall an der Motorwicklung. Dementsprechend geht die Drehzahl zurück. Wenn ich den Motor aber per PWM ansteuere, dann ist der Mittelwert des Stromes genausogroß wie beim Betrieb an DC, ebenso die mittlere Spannung. In den Zeiten wo die Spannung aber am Motor anliegt, ist diese doppelt so groß (bei 50% PWM), der Spannungsabfall am Wicklungswiderstand prozentual aber nur die Hälfte so groß, wie beim Betrieb an DC mit halber Spannung (da der Strom und somit der Spannungsabfall am Widerstand gleich ist). Demzufolge müsste der Geschwindigkeitsabfall kleiner sein als beim DC gespeisten Motor. Könnte das so stimmen ? Mist, Jens war schneller. Interessant, dass er das nahezu genuso sieht.
Für fremderregten ( Nebenschluss bzw. permanenterregt ) DC-Motor gilt in guter Näherung ( bis zur Sättigung bei extremen Strömen ): Moment ist proportional zum Strom, Drehzahl ( richtig: idelle Leerlaufdrehzahl = theoretische Leerlaufdrehzahl ohne Reibung ) ist proportional zur Spannung. Belastet man diesen Motor aus dem Leerlauf heraus, fliesst durch das höhere Moment ein höherer Strom, der am Motor-Innenwiderstand entstehende Spannungsabfall bedingt einen entsprechenden Rückgang der Drehzahl. Hat man nun einen sehr "kleinen" Motor ( Spielzeug ), ist dieser Effekt relativ stark ausgeprägt. Ein DC-Motor mit z.B. 1kW bei 220V hält seine Drehzahl zwischen Leerlauf und Vollast wesentlich besser. ( Ja, ja, es gibt auch noch Ankerrückwirkung, Kompensationswicklungen usw. ... ) Viele Grüsse
die Theorie sowie Physik scheinen doch richtig zu sein. Was aber nicht richtig ist ist meine Annahme dass die Stromgrenze fix ist. Ich messe den Strom mit einem Messverstärker, der aber aufgrund der PWM ein nicht lineares Verhalten aufzeigt. D.h bei sich änderter PWW wird zwar vom uC der gleiche Strom gemessen, aber der Strom durch den Motor ist ein anderer. Es bestätigt mal wieder wer misst misst mist.... nur komme ich nun zu meinem Strommaximum unabhängig von der PWM?
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