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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik ebike gebaut, DC Motor Fragen


Autor: Maik (Gast)
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Hallo,
ich habe mein Mountainbike mit einem DC Motor ausgestattet(Currie 
Motors, 48V, 1200W, 4700U/min, zul. Dauerstrom 27A). Das 
Drehzahlsteuergerät habe ich selbst gebaut: atmega8 mit PWM, halbbrücken 
MOSFET Treiber, Leistungsmosfets.
Benutze als Akku einen 12s1p Lipo mit 50V bei voller Ladung. Wenn er 
entladen ist, hat er jedoch nur noch 36V. Um über den gesamten 
Kapazitätsbereich auf die Motorspannung zu kommen habe ich mir gedacht 
noch einen zusätzlichen 6s Akku in Reihe anzuschließen. Hätte dann bei 
voller Ladung 75V und bei kompletter entladung 54V. Müsste also die PWM 
Kapazitätsabhängig steuern. Würde das so gehen?
Das zweite Problem welches ich habe ist, dass die Drehzahl des Motors 
für ein 26" Fahrrad zu hoch ist. Konnte über die mechanische Übersetzung 
nur ein Verhältnis von 1:5 erreichen. Somit hat das Antriebsrad immer 
noch eine Drehzahl von ca. 1000U/min bei 48V, was ungefähr 120km/h 
entspricht(wird man mit 1,2KW natürlich nicht erreichen). Da man aber 
meistens nur 0-40km/h fährt, liegt man, wie bei der Angehängten 
Motorkennlinie(nur als Beispiel für DC Motoren) zu erkennen im niedrigen 
Wirkungsgradbereich. Wie sieht die Kennlinie für verschiedene PWM 
Verhältnisse aus?
Wenn ich beim Anfahren Vollgas gebe, habe ich ein hohes Drehmoment und 
einen schlechten Wirkungsgrad. Wenn ich dann nach erreichen von 
ca.40km/h vom Gas gehe und z.B. ein Tastverhältnis von 50% habe, 
verschiebt sich die Kennlinie linear? So das ich anstatt 30% 
Drehzahl(40*5=2000U/min von 4700U/min) dann ca. 90% Drehzahl 
(4700*0,5=2350U/min max.) habe und doch im hohen Wirkungsgradbereich 
liege?

Gruß
Maik

Autor: Martin (Gast)
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Stell doch mal ein paar Photos vom dem Umbau hier rein.

Autor: Andreas R. (rebirama)
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zu 6s Akku in Reihe:
Wenn dein Motor eh schon zu schnell dreht, warum willst du ihn dann mit 
noch mehr Spannung noch schneller drehen lassen?

zu PWM:
Über PWM kannst du die am Motor anliegende Spannung einstellen. 
(natürlich nur niedriger als die Batteriespannung).

Alles weitere kannst du dir ausrechnen, indem du mal nach
"Gleichstrommotor + Formeln" suchst. Gib deine Motordaten und die 
Formeln in Excel ein und lass dir die Kennlinien zeichnen.

Autor: Tiesto (Gast)
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generell kann man die Kennlinie bzw. den Wikrungsgrad eines Motors bei 
zu geringer Drehzahl nicht elektronisch verbessern. Es hilft einzig und 
allein eine weitere Getriebestufe. Man kann so wie jetzt gegeben also 
auch nur 27A dauerhaft geben, was am Motor aber nur bei einer sehr 
geringen Spannung (und damit Leistung) möglich ist. Regler hin oder 
her...

Autor: Maik (Gast)
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zu dem 6s Akku in Reihe: Eigentlich stimmt das, dass eine 
Spannungserhöhung zu einer Drehzahlerhöhung führen würde. Da ich aber 
die PWM immer soweit begrenze, dass durch die Induktivitäten im Motor 
sich eine Spannung von 48 Volt mittelt, sollte die Drehzahl gleich 
bleiben.

Mal eine andere Frage: Ich nehme an, dass der Hersteller mit 1200W die 
maximale abgegbene Leistung des Motors meint. Das währe dann im 
mittleren Drehzahlbereich der Fall. Wenn er jedoch 27A Dauerstrom 
angiebt, sollte das auch bei der maximalen Leistungsabgabe der Fall 
sein. Durch P=U*I ergibt sich 48V*27A = 1296W aufgenommene Leistung. 
Also ein Wirkungsgrad von 92%. Wenn man sich eine Motorkennlinie anguckt 
halte ich das für sehr unwahrscheinlich. Ein Wirkungsgrad bei maximaler 
Leistung ist eher im Bereich von 50% zu erwarten. Erst bei 90% Drehzahl 
vermute ich einen Wirkungsgrad von 80%-90%.

Auf dieser Seite findet man zwar alle Berechungsformen für einen DC 
Motor: http://www.urlaub-und-hobby.de/metallbaukasten/so04dt.html jedoch 
muß man dazu die Ströme bei zwei unterschiedlichen Drehzahlen habe. Da 
ich das Datenblatt des Motors nicht gefunden habe und keine Möglichkeit 
habe hohe Ströme(vermutlich um die 100A bei niedrigen Drehzahlen) zu 
messen, kann ich die Kennlinie leider nicht berechnen.

Gruß
Maik

Autor: Andreas R. (rebirama)
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Deine Motorkonstanten sind, abgeleitet aus deinem geposteten Bild(ist 
das überhaut dein Motor?!):

R= 0,053 Ohm (berechnet aus dem Kurzschlussstrom)
k1= 135 rpm/Volt (berechnet aus der Leerlaufdrehzahl bei 24V)
k2 = 3,3e-3 Nm/A  (berechnet bei blockiertem Motor aus Strom und Moment)
was fehlt dir noch?

Wenn der Hersteller als maximalen Motorstrom 27A angibt, dann gilt 
dieser unabhängig von der Drehzahl. In erster Näherung sind die 
Motorverluste durch Strom und Innenwiderstand gegeben.
P_r=I²*R

Als Folge kannst du bei Halber Drehzahl nur die Halbe Leistung entnehmen 
bei gleichen Verlusten -> entsprechend schlechter Wirkungsgrad.

Autor: Tiesto (Gast)
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man kann einem Motor immer und bei jeder noch so niedrigen Spannung 
dauerhaft nur seinen Nennstrom zuführen. Also in diesem Fall 27A. Bei 
langsamer Fahrt theoretisch sogar noch weniger, weil der Rotor 
schlechter gekühlt wird, wenn er sehr langsam dreht...also nichts mit 
100A und dergleichen. Wenn Du den Motor nur bis etwa 1/3 seiner 
Nenndrehzahl fahren kannst, steht Dir maximal 1/3 seiner Leistung zur 
Verfügung. Der beste Regler kann das nicht ändern.
Es ist eine weitere Getriebestufe nötig, mehr gibts dazu eigentlich 
nicht zu sagen.

Autor: Bernd (Gast)
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ich hatte schon Mal in einem eigenen Thread eine ähnliche Frage gestellt 
ohne das eine Antwort kam, deshalb hier noch Mal die Frage da ich was 
ähnliches auch aus der Ursprungsfrage rauslese:

Ich habe einen permanenterregten DC-Motor, da weiß ich aus den 
Kennlinien bei welcher Drehzahl der beste Wirkungsgrad ist.
Was passiert aber jetzt bei einer PWM-Modulation, wie kann ich da die 
Drehzahl mit dem besten Wirkungsgrad bestimmen?

Autor: Hauke Radtki (lafkaschar) Benutzerseite
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Das Tastverhätlnis der PWM bestimmt die effektive Motorspannung, bei 60V 
udn 50% pwm hast du effektiv 40V am motor

Autor: Bernd (Gast)
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Hauke Radtki schrieb:
> Das Tastverhätlnis der PWM bestimmt die effektive Motorspannung, bei 60V
> udn 50% pwm hast du effektiv 40V am motor

bestimme ich diese 40V aus 60V*sqrt(1/2)?

und kann ich mit den 40 (bzw. 42V) dann in meine Kennlinien gehen um den 
Wirkungsgrad zu bestimmen?

Autor: Hauke Radtki (lafkaschar) Benutzerseite
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ARGH ich war gerade auf dem sprung -.- Sorry für die Fehlinformation ich 
wolte natürlich 30V schreiben.

Solange die PWM Frequenz hochgenug ist, dass der Motorstrom nicht 0 
wird, dann hast du bei 60V udn 50% Tastverhältnis 30V also genau die 
Hälfte.

SORRY das nächste mal nehm ich mir mehr Zeit zum schreiben der Antworten 
;)

Autor: Bernd (Gast)
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Hauke Radtki schrieb:
> Solange die PWM Frequenz hochgenug ist, dass der Motorstrom nicht 0
> wird, dann hast du bei 60V udn 50% Tastverhältnis 30V also genau die
> Hälfte.

also irgendwie verstehe ich das nicht,
wenn ich bei 60V und 50% PWM mit 30V rechnen kann, hätte ich also 1/4 
Leistung?!
Wenn ich aber die Hälfte der Zeit mit 60V fahre, müsste ich doch 
eigentlich auch die Hälfte der Leistung haben?!

Und mit meiner Frage wie es sich dabei mit dem Wirkungsgrad verhält bin 
ich auch noch nicht weitergekommen ...

Autor: Hauke Radtki (lafkaschar) Benutzerseite
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Naja die PWM läuft so schnell, dass die Motorinduktivität ausreicht, um 
die Spannung nicht auf 0 fallen zu lassen. Dadurch ist das Mittel der 
Spannung eben proportional zum PWM Verhältnis.

Wenn du jedoch die hälfte der Zeit mit 60V fähst, dann geht die Leistung 
dazwischen auf 0 zurück und du musst das Mittel der Leistung nehmen

Autor: Anselm 68 (anselm68)
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Könnte aber auch zu Problemen führen die Siebung dem Motor zu 
überlassen.
Gerade GM laufen umso besser, je "glatter" die Spannung ist.
Ich würd mindestens eine großzügig dimensionierte Siebung mit 
anschliessen.


Gruß Anselm

Autor: Hauke Radtki (lafkaschar) Benutzerseite
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Siebung ist nicht ganz leicht denke ich ;)Drosseln, die diese Ströme 
aushalten und dabei nicht in die Sättigung gehen sind nicht ganz leicht 
und günstig.

Autor: Andreas R. (rebirama)
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"Siebung" braucht man bei Motoren nicht, das macht der Motor schon 
alleine durch seine Induktivität.

Die Abgabeleistung des Motors ist bei weitem nicht "0" in den Pausen der 
PWM (die Aufnahmeleistung allerdings schon), denn da fließt der Strom 
durch die Freilaufdiode ja weiter und M=k*I  -> Moment bleibt nahezu 
konstant.

Bez Leistung bei PWM-Betrieb:
Die Abgabeleistung hängt nicht direkt von Dutycycle ab.
Es gilt weiterhin P=M*n...

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