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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik 600W DC-Motor Drehzahlregelung


Autor: ARM-Fan (Gast)
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Hallo zusammen und ein gutes neues Jahr!

Mache mir grad mal ein paar Gedanken, eine Fräsmaschine etwas
aufzuwerten, indem ich sie z.B. mit einer besseren Motorregelung,
Drehzahlanzeige, etc. versehe.

Leider fühle ich mich in dieser (elektrischen) Leistungsklasse nicht
ganz so zu Hause.

Der Motor hat eine Nennspannung von 180V bei 3,7A DC.

http://www.cn-shanggong.com/cp26.htm  -> 91ZYT005

Wie sieht da typischerweise eine Drehzahlregelung vom Aufbau her aus?

Autor: ich (Gast)
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Es ist eine Kaskadenregelung mit Strom- und dann dem Drehzahlregler.

Autor: ARM-Fan (Gast)
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Ok, habe mich nicht klar genug ausgedrückt.

Prinzipiell hab ich mit Gleichstrommotoren und deren Ansteuerung
keinerlei Probleme.

Mir macht eher der Weg Netzspannung 230V~ zu 25-230V= Sorgen.

Nach dem Prinzip Gleichrichten, Glätten und mit PWM auf den Motor
gehen, wirds hier wahrscheinlich nicht laufen, oder doch?

Autor: oho (Gast)
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Bei diesen Leistungen kommt noch eine Powerfaktor korrektur hinzu. Aber 
dann ist gut.

Autor: Mensch_Z (Gast)
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doch, optoisoliert und dahinter einen SI9910....

Autor: ARM-Fan (Gast)
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Hmmmm. Und zur Dimensionierung des Glättungs-Elkos noch ne Idee?

So nach der Faustregel 1000µF pro Ampère wirds bei der Spannungsfestig-
keit auch schon interessant.

Autor: ohu (Gast)
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Ich denke da kann man am Elko sparen, da die PFC ja auch noch was an 
dynamik und an Strom bringt. PFC, dh Powerfaktor korrektur, besteht aus 
einem Schaltregler nach dem Gleichrichter, der macht, dass der Netzstrom 
auch sinusfoermig ist. Dh der zieht den Strom verteilt ueber die 
Periode. Schau dir mal den LT1248 & LTC1509 an, die machen das. Es gibt 
aber auch andere Anbieter, einfach nach Power factor correction googeln. 
Ist uebrgigend fuer Netz-Verbraucher oberhalb 100W Standard

Autor: Mensch_Z (Gast)
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Denke daran, dass ein (leerer) 470-680uF Elko hinter einer 
Gleichrichterbruecke quasi einen Kurzschluss darstellt. Also Inrush 
Current begrenzenen !(sonst stehst du im Dunkeln) PWM bedeutet 
Stoerungen  Richtung Netz..(brauchst Filter).....gleichzeitig stoert oft 
ein Nicht abgeschirmtes Motorkabel die Logik...
diese Kleinigkeiten nicht vergessen ! ...obwohl sie (fast) nichts mit 
der Regelung zu tun haben

Autor: ARM-Fan (Gast)
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Also so richtig komme ich bei dem Thema noch nicht weiter.
Irgendwie scheinen mir auch die richtigen Suchbegriffe zu fehlen.

Ich finde im Internet nicht mal einen Anbieter, der so eine Steuerung
fertig anbietet. Und das kann nun wirklich nicht sein.

Hat jemand noch eine Idee, ein Beispielprojekt ähnlicher 
Leistungsklasse?

Autor: Karl Zeilhofer (griffin27)
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Autor: ARM-Fan (Gast)
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Die ELV Schaltung hab ich sogar irgendwo noch. Leider nicht die richtige
Leistungsklasse ;-)

Beim Umrichter könnte man sich ggfs. noch was abschauen.

Weitere Vorschläge?

Autor: Mensch_Z (Gast)
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was soll denn ein Umrichter ? hier DC Motor !

eine PWM Mosfet Endstufe (zB mit IRFP460) ist die simpelste Loesung

Autor: Karl Zeilhofer (griffin27)
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Schon klar, dass der Umrichter mehr kann, als der OP braucht, aber vom 
Prinzip her ist es ja ähnlich.
Dein Post hat ihm sicherlich sehr weitergeholfen!

Autor: ARM-Fan (Gast)
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Die Erzeugung der Zwischenkreisspannung (von 180V DC) ist im Vergleich
zum Umrichter ja auch noch etwas anders gelagert. Wenn ich die Parameter
z.B. mal bei National eingebe, dann bekomme ich keinen Schaltregler
angeboten, der das kann (Gleichgerichtete Netzspannung -> 180VDC).

Autor: Matthias Lipinsky (lippy)
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>Wenn ich die Parameter
>z.B. mal bei National eingebe, dann bekomme ich keinen Schaltregler
>angeboten, der das kann (Gleichgerichtete Netzspannung -> 180VDC).

Natürlich nicht. Weil National ein IC-Hersteller ist. Und kein IC kann 
das direkt. Du benötigst (irgend)ein Regel-IC und die geeigneten 
Transistoren/Elkos, die diese Spannung/Ströme abkönnen.


>So nach der Faustregel 1000µF pro Ampère wirds bei der Spannungsfestig-
>keit auch schon interessant.

Das gilt nur für Gleichrichtung aus dem 50Hz Netz.

Das ist doch ein DC-Motor. Also einfach ne PWM mit einer Vollbrücke.
Dann Stromregler, Drehzahlregler und falls nötig Lageregler.

Autor: Karl Zeilhofer (griffin27)
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Die Zwischenkreisspannung wird in deinem Fall auch nicht die 180V haben. 
Netzspannung gleichgerichtet ergibt ca. 325V.
Schadet aber auch nicht, denn wenn du verschachtelte Regler nimmst, 
freut sich der Stromregler darüber, dass er mehr Spannung zur Verfügung 
hat als im stationären Volllastbetrieb notwendig ist.

Wenn du meinst, dass das dem Motor nicht zumutbar ist, kannst du die PWM 
vor dem Motor noch sieben und gleichzeitig die Spannung auf 180VDC per 
Software begrenzen.

Autor: Matthias Lipinsky (lippy)
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>Wenn du meinst, dass das dem Motor nicht zumutbar ist, kannst du die PWM
>vor dem Motor noch sieben und gleichzeitig die Spannung auf 180VDC per
>Software begrenzen.

Nein. Nicht ganz. Die ZK-Spannung muss der Motor abkönnen, zumindest die 
Isolation. Man kann zwar die PWM so begrenzen, dass die Motorspannung 
180V nie überschreitet, aber das gilt nur für deren Mittelwert. Eine PWM 
schaltet ja nur ein/aus.


>Netzspannung gleichgerichtet ergibt ca. 325V.

Ja. Aber bei der Leistungsklasse ließe sich über eine PFC nachdenken. 
Diese würde aber ca 410V bereitstellen.

Autor: Karl Zeilhofer (griffin27)
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Matthias Lipinsky wrote:
>>Wenn du meinst, dass das dem Motor nicht zumutbar ist, kannst du die PWM
>>vor dem Motor noch sieben und gleichzeitig die Spannung auf 180VDC per
>>Software begrenzen.
>
> Nein. Nicht ganz. Die ZK-Spannung muss der Motor abkönnen, zumindest die
> Isolation. Man kann zwar die PWM so begrenzen, dass die Motorspannung
> 180V nie überschreitet, aber das gilt nur für deren Mittelwert. Eine PWM
> schaltet ja nur ein/aus.

Und warum meinst, dass ich extra die Siebung erwähnt habe? An einem 
Schaltregler kommt auch Gleichspannung mit etwas Rauschen und Brummen 
raus, aber sicherlich nicht die PWM.

>
>
>>Netzspannung gleichgerichtet ergibt ca. 325V.
>
> Ja. Aber bei der Leistungsklasse ließe sich über eine PFC nachdenken.
> Diese würde aber ca 410V bereitstellen.

Echt, das wusste ich nicht. Eine PFC erhöht also auch die Spannung? 
Interessant!

Autor: Matthias Lipinsky (lippy)
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>Echt, das wusste ich nicht. Eine PFC erhöht also auch die Spannung?
>Interessant!

Eine PFC ist eigentlich nur ein StepUp REgler, weil dieser von allen 
Schaltreglern als Einziger einen (fast) konstanten (dreieckförmigen) 
Eingangsstrom hat (bei anderen Ausgangsstrom!). Der Unterschied zum 
"normalen" StepUp ist nur die Ansteuerung, die nicht mit einem 
"statischen", von der Last abhängigen duty-cycle angesteuert wird, 
sondern so, das besagter Eingangsstrom sinusförmig wird.
Da die Drossel im Schaltregler etwas "Luft" zum Arbeiten braucht, sagt 
man:

230Vac => x1,41 => x1,2 => 390V mit Reserve ergibt das 400..410V als 
Ausgang der PFC.


>Und warum meinst, dass ich extra die Siebung erwähnt habe? An einem
>Schaltregler kommt auch Gleichspannung mit etwas Rauschen und Brummen
>raus, aber sicherlich nicht die PWM.

Wenn du hinter eine PWM eine analoge Siebung baust, dann fürst du das 
PWM-Prinzip ad adsurdum. Will heißen: Die Siebung bei einer Motor-PWM 
muss der Motor selbst durch seine Induktivität machen! Deshalb muss die 
PWM-Frequenz ja auch in Abhängigkeit der Ankerzeitkonstante gewählt 
werden.
Beim Schaltregler wird die Siebung ja auch durch eine Drossel gemacht, 
da die Last (meist fast ohmsch) leider keinen siebenden (induktiven) 
Anteil hat...

Autor: Karl Zeilhofer (griffin27)
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Matthias Lipinsky wrote:
> Wenn du hinter eine PWM eine analoge Siebung baust, dann fürst du das
> PWM-Prinzip ad adsurdum. Will heißen: Die Siebung bei einer Motor-PWM
> muss der Motor selbst durch seine Induktivität machen!

Wieso muss? Wenn ich die Spannungsfestigkeit des Motors nicht kenne, 
kann ich ja "extern" Filtern, um dem Motor nur 180V zukommen zu lassen.
Da spricht absolut nix dagegen. Ist halt vielleicht nicht die übliche 
Art...

Autor: Matthias Lipinsky (lippy)
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Das ist aber praktisch nicht machbar. Rechne einfach mal aus, was für 
Drosseln du dafür benötigen würdest. Die werden schnell sehr groß.

Autor: ARM-Fan (Gast)
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Ich werde morgen Abend mal die vorhandene Steuerung ausbauen und
analysieren. Mache dann auch mal ein paar Fotos.

Hab vorhin nur mal kurz reingeschaut. Die Platine ist recht klein
(höchstens 1/2 Euro) und dünn besiedelt. Das integrierteste Bauteil
darauf ist ein LM324 ...

Einzig etwas in Kunststoff gehülltes von der Größe eines "dicken Elkos"
mit der Beschriftung Filter ist noch mit dabei. Sonst nichts außer dem
Netzeingang und dem Abgang zum Motor.

Autor: ARM-Fan (Gast)
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Hab mich doch grad schnell nochmal in den Keller begeben.
So sieht das Teil aus. Mehr ist da nicht drin und dran.

Daher mein naiver Ansatz das ggfs. doch besser machen zu können.

Autor: ARM-Fan (Gast)
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... und hier noch das Gesamtkunstwerk.

Autor: ARM-Fan (Gast)
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Hat jemand ne Idee, wie aus den 5 Thyristoren und dem Hühnerfutter
drumherum eine vernünftige Ansteuerung für den Motor entstehen kann?

Ein weiterer Grund warum ich die Steuerung gerne ersetzen würde, ist
dass der Motor z.B. ziemlich brummt, wenn man ihn langsam drehen läßt.

Das spricht auch nicht gerade für hochfrequente PWM.

Nicht, dass die einfach nur positive Halbwellen durchlassen und die
dann noch anschneiden oder sowas in der Art...?!

Autor: Mensch_Z (Gast)
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sicher,dass es 5 Thys sind ?

Autor: Matthias Lipinsky (lippy)
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>Nicht, dass die einfach nur positive Halbwellen durchlassen und die
>dann noch anschneiden oder sowas in der Art...?!

Auf deinen Fotos ist nichts an BE-Typen zu erkennen, aber wenn da 
wirklich Thyristoren drin sind, dann schneiden die das Netz an und 
erzeugen sich somit eine veränderliche "Gleich"spannung.

Also ein gesteuerter Gleichrichter.

Autor: Karl Zeilhofer (griffin27)
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Hast du ein Oszi zur Hand?
Wenn ja, schau dir einfach mal die Spannungskurve an...
Vorsicht an Netzspannung!! Trenntrafo fürs Oszi bzw. für den Motor wäre 
nicht schlecht.

Autor: ARM-Fan (Gast)
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Ja. Sind Thyristoren.

2x A69108
3x S8010L

jeweils von Teccor (Littlefuse).

Nehme mir heute Abend mal ein Scopemeter mit Heim und schau mir das an.

Autor: ARM-Fan (Gast)
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Vom 8010 gibts ein Datenblatt:

http://www.littelfuse.com/data/en/Data_Sheets/Litt...

Der andere ist laut einem russischen Forum kundenspezifisch und
es gibt kein öffentliches Datenblatt.

Autor: ARM-Fan (Gast)
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So! Wie versprochen. Das muß nun der arme Motor über sich ergehen 
lassen.
Kein Wunder dass er dabei so unwillig knurrt und brummt... ;-)

Autor: Gerd (Gast)
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[quote]Der andere ist laut einem russischen Forum kundenspezifisch und
es gibt kein öffentliches Datenblatt. [/quote]

Na ja, ich bin nur ein halbes Jahr zu spät, aber vorher kannte ich das 
Forum nicht :-)
Die HBM Fräse WMD20V hat die gleiche Schaltung drin. Sind nur 2 
Thyristoren, die 3 "kundenspezifischen" sind Dioden im TO220 Gehäuse. 
Der "Gate"-Anschluß ist nc, wenn Du auf der Platine nachschaust. Das 
Ganze ist eine gesteuerte Halbbrücke, die 3te Diode ist die Schutzdiode, 
da der Motor ja eine induktive Last ist.
Unterm Strich ist es sehr unwahrscheinlich, dass bei einer 
"Billigschaltung" kundenspezifische Bauelemente verwendet werden 
(teuer). Bei meiner Schaltung waren die Bezeichnungen abgeschliffen, 
allerdings konnte man unter dem Mikroskop das Meiste der Bezeichnung 
rekonstruieren.

Viele Grüße
Gerd

Autor: ARM-Fan (Gast)
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Hier ist man nie zu spät!
Danke für die Infos. :-)

Autor: Hans D. (joe_xy)
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Hallo zusammen und ein gutes neues Jahr, na ja, nachträglich!

Getreu Deines Zitates "Hier ist man nie zu spät!" hier also meine Frage.

Ich habe mir auch eine solche Fräsmaschine zugelegt (war vielleicht ein 
Fehler) und bin mit der vorhandenen Drehzahlregelung alles andere als 
zufrieden. Gleicher Motor, andere Maschine, aber vermutlich gleicher 
chinesischer Hersteller.
Mit Elektronik kenne ich mich quasi überhaupt nicht aus. Leider.
Hast Du mittlerweile eine Lösung gefunden? Würde mich schwer 
interessieren, da man, wie bereits in diesem Thread erwähnt, keine 
fertigen Geräte findet.

Viele Grüße,
Hans

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