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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Schalten von hohen Stromspitzen aus Kondensator


Autor: Bernd O. (bitshifter)
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Ist vielleicht eine etwas exotische Frage, aber dennoch:

Ich möchte einen Kondensator 20.000 uF, geladen auf 30 V sehr schnell 
quasi in einen niederohmige Last entladen. Bisher mache ich das über 
zwei Drähtchen, die ich verbinde - das erzeugt natürlich einen 
ordentlichen Funken (und etwas Ozon).

Mit welchem Schaltelement schaltet man so etwas typischerweise (ich 
brauche hohe Stromgradienten und will wenig Energie beim Schalten 
verlieren).

Zweck der Übung ist das "Freibrennen" von Brushlessmotoren, deren 
Isolation beschädigt ist, bei denen also das Kupfer des 
Kupferlackdrahtes Kontakt mit dem Eisen des Stators hat. Durch die 
Stromimpulse brennt ein Stückchen Eisen des Stators weg (weil 
schlechtere Strom- und Wärmeleitfähigkeit als Kupfer) und die Spule ist 
wieder isoliert. Keine Sorge, es handelt sich um Motoren an 
Kleinspannungen <= 4.2 Volt - es besteht also keine Gefahr oder hoher 
Isolationsbedarf.

Der Funke, der beim "schalten" des Kondensators an Spule und Stator 
entsteht klaut mir Energie, die ich gerne zum Wegbrennen verwenden will. 
Einfach mehr Kapazität oder Spannung ist keine Lösung, da ich die 
Energie gerne etwas dosieren möchte, aber das geht bei einem Funken 
schlecht.

Relais und "Löschglieder" scheiden schon mal aus - hier wird die Energie 
ebenfalls vernichtet.

Macht man sowas mit Bipolartransistoren, MOSFETs, Triacs, oder ...?

Bin für jeden Hinweis dankbar.

: Verschoben durch Admin
Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Mehrere Mosfets parallel sollten diesen Strom bewältigen können. Wichtig 
ist vor allem, dass diese einen sehr kleinen Widerstand haben, so dass 
kaum Verlustleistung in denen entsteht: Selbst an nur 4mOhm entstehen 
bei 500A 1kW Verlustleistung! Und das überlebt ein Mosfet nicht lange. 
Die Mosfets sollten daher schon <1mOhm RDson haben, damit auch wirklich 
ein Großteil der Energie in die Last fließt und die Mosfets lange leben.
Ich würde mal mit z.B. 4x IRF1404 parallel anfangen.

Autor: Bastler (Gast)
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Moin,

am besten ein dicker FET oder IGBT, beides nur mit Treiber, sonst 
schalten die langsamer ein. Den Strom durch einen Widerstand auf den 
erlaubten Pulsstrom des Bauteils reduzieren. Was mir eher Gedanken 
macht, ist, ob deine Kondensatorstufe genug Wums hat! Wie sind den die 
20000 uF zusammengesetzt?

Autor: Kai Klaas (Gast)
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Das mit dem Parallelschalten sehe ich sehr kritisch. Wenn die Mosfets 
etwas unterschiedlich sind und sehr schnell schalten müssen, könnte das 
dazu führen, daß am Ende nur ein sehr kleiner Teil der Mosfets den 
Hauptstrom liefern müssen und daran kaputt gehen. Ich würde deshalb 
vorschlagen, erstens einmal wesentlich mehr Mosfets parallel zu 
schalten, als rechnerisch vom Drain-Source-Widerstand her notwendig 
scheint, und zweitens in die Drain-Leitungen belastbare, niederohmige 
und niederinduktive Metallbandwiderstände zu schalten, um somit eine 
Vergleichmäßigung der Drainströme zu erzielen. Die Drainwiderstände 
sollten rund 5mal, besser 10mal höher sein als die 
Drain-Source-Widerstände.

Die Schaltzeiten der Mosfets müssen überdies erheblich kleiner sein, als 
die Zeitkonstante gebildet aus Speicherkapazität C und effektivem 
Entladewiderstand R. Eventuell muß berücksichtigt werden, daß die 
Induktivität der Statorwicklung die Entladezeit verlängern kann.

Kai Klaas

Autor: Peter L. (peterl)
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die Motorwicklung ist doch eine (relativ hohe)Induktivität, wie kann da 
der Strom so schnell steigen?

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  Bernd O. (bitshifter)

>Ich möchte einen Kondensator 20.000 uF, geladen auf 30 V sehr schnell

Wenn das ein Elko ist, dann sollte man das eher vergessen. Die haben a) 
einen recht hohen Innenwiderstand und b) sind auf fette 
Kurzschlussströme nicht sonderlich gut zu sprechen. Hier braucht man was 
mit Folie. Wird dann natürlich "etwas" grösser.

>Mit welchem Schaltelement schaltet man so etwas typischerweise (ich

Fetter Thyristor ist ganz gut.

>brauche hohe Stromgradienten und will wenig Energie beim Schalten
>verlieren).

>Zweck der Übung ist das "Freibrennen" von Brushlessmotoren, deren
>Isolation beschädigt ist, bei denen also das Kupfer des

Naja, 20mF bei 30V sind gerade mal 9J. Ob das reicht? Ich würde lieber 
in Richtung Schweisstrafo gehen. Ein Ringkern mit ner Fetten 
Sekundärwicklung und wenig Spannung. Da hat man Leistung und Strom ohne 
Ende und kann einfach die 230V schalten.

MfG
Falk

Autor: Ben (Gast)
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mit genug spannung steigt jeder strom... :-)

spaß beiseite, ich denke nicht daß sich motoren auf diese art retten 
lassen. die wicklung ist ja bereits beschädigt. wenn ich da jetzt auch 
noch mit richtig viel strom draufhaue erreiche ich nur, daß noch mehr 
kupfer "wegspladdert" und noch mehr vom isolier-lack zerstört wird. 
damit brenne ich die beschädigten drähte einfach nur zusammen, was einem 
wicklungsschluß gleich kommt. selbst wenn der motor nach so einer 
operation am offenen herzen noch dreht wird das immer eine schwachstelle 
bleiben. der isolations-lack läßt sich durch ampere nur verdampfen, 
nicht aufdampfen. dafür entstehen noch schöne "kohlige" restprodukte, 
die ihrerseits leitend sein können. der draht der wicklung wird an der 
stelle auch dünner - adios stromtragfähigkeit. das erzeugt dann beim 
weiterbetrieb einen erhöhten widerstand an der bereits schon 
geschwächten stelle und einen erneuten ausfall.

sorry, aber solche motoren gehören nicht ausgebrannt, sondern neu 
gewickelt!

am besten läßt sich so ein stromstoß mit einem entsprechend dicken 
thyristor bewerkstelligen. die gibts manchmal auf schrottbay. siehe 
einfach stichworte railgun oder gaussgewehr, die haben die gleichen 
probleme.

Autor: Bastler (Gast)
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>Fetter Thyristor ist ganz gut.
Mit einem Thyristor darf der Strom nur langsam ansteigen, sonst ist es 
um den Tyristor geschehen, aber dafür sorgt wahrscheinlich schon die 
Induktivität der Wicklung. Ein IGBT ist, denke ich, die bessere Wahl.
Aber zuerst das Wichtigste: Wie viel Strom brauchen wir überhaupt für 
einen kleinen Motor? Könnten 50A schon reichen?
Das kann sogar fast jeder Leistungsfet problemlos schalten.
Die Kondensatorstufe sollte dann aus mindestens 5 hochwertigen Elkos 
bestehen.

Autor: Ben (Gast)
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> Mit einem Thyristor darf der Strom nur langsam ansteigen
quatsch. die dinger sind dazu da sehr schnell einzuschalten. dem ists 
egal ob der strom sofort fließt oder erst später. die verluste im 
einschaltmoment sind zwar hoch, allerdings kippen selbst große typen so 
schnell in den leitenden zustand, daß die selbst bei 300v keinen schaden 
nehmen. deswegen ja einen fetten thyristor, der dann entsprechend 
impulsfest ist.

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Ben schrieb:
>> Mit einem Thyristor darf der Strom nur langsam ansteigen
> quatsch. die dinger sind dazu da sehr schnell einzuschalten. dem ists
> egal ob der strom sofort fließt oder erst später.

Das stimmt nicht. Mittlerweile sind Thyristoren zwar sehr gut geworden, 
allerdings finden sich dennoch in vielen Datenblättern Angaben in der 
Richtung von max. 100A/µs. Vor allem bei ohmschen Lasten kann man diesen 
Wert schnell erreichen, und dann ist der Thyristor hinüber, da er 
punktuell überhitzt, da anfangs nur ein kleiner Bereich leitend ist.

Autor: Bastler (Gast)
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>quatsch. die dinger sind dazu da sehr schnell einzuschalten. dem ists
>egal ob der strom sofort fließt oder erst später.

Dann informier dich mal über die Entstehung von Hot-Spots!

Autor: Ben (Gast)
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die 100A pro mikrosekunde(!) wird er aber nie erreichen, die 
induktivität des doch eher fliegenden gesamtaufbaus und seiner 
kondensatoren wird diesen stromanstieg niemals erreichen. dafür bräuchte 
ich schon dicke stromschienen ohne schleifen usw.

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Ben schrieb:
> die 100A pro mikrosekunde(!) wird er aber nie erreichen, die
> induktivität des doch eher fliegenden gesamtaufbaus und seiner
> kondensatoren wird diesen stromanstieg niemals erreichen.

Habe ich ja auch nie behauptet, mir ging es nur um die zu stark 
verallgemeinerte Formulierung
>dem ists egal ob der strom sofort fließt oder erst später.
die so nicht stimmt.
Wenn man mit höheren Spannungen arbeitet, dann erreicht man diese Werte 
nämlich schnell wenn man nicht aufpasst (z.B. wenn man größere ohmsche 
Lasten schaltet).
Bei solch kleinen Spannungen dürfte es dagegen in der Tat kaum Probleme 
bereiten, wenn man nicht gerade einen uralten Thyristor verwendet.

Autor: Ben (Gast)
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na so meinte ich das doch. :)

daß man den kaputtbekommt wenn man eine riesen kondensatorbank direkt an 
seine anschlüsse schraubt oder so ist mir schon klar. das macht in der 
praxis aber auch nur jemand, der das ding durchpusten will.

Autor: Mike (Gast)
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Naja,
allein die Spuleninduktivität des Motors dürfte den Stromanstieg 
begrenzen, es sei denn, der Kurzschluss sitzt unmittelbar am Anfang der 
Spule...

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