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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Vollwellensteuerung zur Drehzahlstellung


Autor: Herbert_ (Gast)
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Hallo !

Ich bin dabei eine "Vollwellensteuerung zur Drehzahlstellung" für
kleine Pumpen und Ventilatoren in der Haustechnik zu bauen.

D.h. ich steuere die Leistung/Drehzahl der Pumpe indem ich ganze
Perioden des 220 V Wechselstromes ausblende oder durchlasse.

Meine Frage ist nun, ob etwas dagegen spricht nicht nur "Vollwellen"
(also ganze Perioden) sondern auch "Halbwellen" (z.B. nur den pos.
Teil der Periode) auszublenden bzw. durchzulassen.

Gibt´s da motorische oder sonstige Probleme ?

Vielen Dank !

Autor: Michael Wilhelm (Gast)
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Wenn du nur eine Halbwelle sperrst oder durchlässt, erkennt die
Induktivität das als pulsierende Gleichspannung. Ein angeschlossener
Motor, Trafo, ... würde aufrauchen. Mal ganz von dem Energielieferant
abgesehen, der das auch nicht lustig findet (unsymmetrische
Netzbelastung). Ob sich Motoren aber so steuern lassen (mit
Vollwellensteuerung wo eine ganze Schwingung gesperrt wird), weis ich
nicht.

MW

Autor: Jens (Gast)
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lasst uns am 10.10.2010 alle nur die obere halbwelle nutzen
jeder ca. hmm 500w ;)
ob die das merken??

Autor: Herbert_ (Gast)
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...um den "Energeilieferant" mache ich mir keine Sorgen. Es geht nicht
drumm dass ganz Deutschland damit arbeitet sondern nur dass ICH ein paar
50 W Motoren steuere....

Ich kann mich nur noch wage an die Schulzeit erinnern, aber erklärt mir
bitte warum die "Induktivität" dabei abraucht. Ich dachte immer, das
was man "spürt" ist die Wirkleistung und nicht die Blindleistung ?
Oder hat das damit wenig zu tn ?!?

Danke für die Antworten.

Autor: Techniker (Gast)
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mich_auch_interessieren_tut

Autor: Kurt (Gast)
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eine Induktivität stellt sich als Widerstand dar (nur eine bestimmte
Zeit).

Nach dieser Zeit ist nur noch der Ohmsche Widerstand wirksam.
Also wird die Spule zum Heizkörper und raucht.

Autor: Herbert_ (Gast)
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Danke für deine Antwort Kurt, aber ich kapiere es immer noch nicht. Ein
Induktivität stellt sich wie eine Kapazität bei Wechselspannung als
"Widerstand" dar und es kommt zu einer Phasenverschiebung zwischen
Spannung und Strom.
Das kapiere ich, nur warum "raucht" das wenn der 0-Durchgang bzw. die
neg. Halbwelle fehlt bzw. ein Gleichstromanteil dabei ist ?!?

Autor: Kurt (Gast)
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hallo @Herbert_

Der induktive R ist so bemessen, dass bei einem Motor oder Trafo der
"richtige" Strom zum fließen kommt.

Dieser Z-Widerstand (Scheinwiderstand) ergibt sich aus der Frequenz und
der Induktivität Xl = Omega x L
Das heisst, je höher die Frequenz desto höher der Z, desto geringer der
Stromfluss.

Dieser Vorgang wird bei jedem Wechseln der Stromrichtung aktiv
(Gegen-EMK)

Eine Spule "mag keinen Strom" und sperrt sich dagegen.

Wenn nun Gleichspannung angelegt wird, so wirkt nur im ersten Moment
die Gegen_EMK  und dann ist nur mehr der Ohmsche Widerstand der
Wicklung wirksam.
Das führt zu einem hohen Stromfluss.
Der Ohmsche Widerstand sollte ja möglichst klein sein um die Verluste
klein zu halten.

Bei einem Eisenkern tritt auch noch Sättigung ein.
Wenn nun ein Gleichstromanteil schon eine Vorsättigung des Eisenkerns
erzeugt, braucht es nicht mehr viel und die Gegen-EMK wird unwirksam.

Das führt dann zu ungebändigtem Stromfluss (Rauchzeichen).


Die Phasenverschiebung ist ja der Beweis dafür wie L  und C  wirken.

Eine Spule will keinen Strom, dadurch setzt erst der Stromfluss
verzögert ein.

Ein Kondensator säuft sich erst voll und hat dann "Spannung"
Es fliesst erst Strom und dann baut sich die Spannung auf (wie bei
einem Accu).

Wenn die beiden "Wirkungen" (L und C gekoppelt) gleich groß sind ,
dann gibt es auch keine Phasenverschiebung.

Das wird in Kompensationsanlagen ausgenützt.
Wo viele Motore oder Leuchtstofflampen betrieben werden enssteht auch
viel "Induktiver Blindstrom"  .
Dur Zuschalten von Kondensatoren (Kapazitiver Blindstrom) kann dies
Ungleichheit ausgeglichen werden.

Die EVUs lassen sich den Blindstrom auch bezahlen.
Das fällt dann unter den Begriff  "Cosinus-Phi".

Kurt

Autor: Herbert_ (Gast)
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wow, vielen Dank für die gute Erklärung. Ich denke jetzt habe ich es
schön langsam kapiert.

Durch die Frequenz und die Induktivität kommt zum ohmschen Widerstand
eine "induktiver Widerstand" hinzu, der zwar im "Zeigerdiagramm"
normal zum ohmschen Widerstand steht, aber den gesamten Widerstand
erhöht und damit den Stromfluss verkleinert.

D.h. ändert sich eine Gleichspannung kommt zwar der induktive
Widerstand zum Tragen und erhöht den Gesamtwiderstand (wodurch der
Stromfluss sinkt), der Gleichanteil läuft jedoch über den ohmschen
Widerstand und wird dort verbraten....

Der ohmschen Last ist egal aus welcher Richtung der Strom kommt, d.h.
egal ob Wechsel- oder Gleichspannung, dort wird immer U*I bzw. U^2/R
(und R ist bei einer Spule wohl eher klein) verbraten.
Die Induktivität reagiert auf die Änderung des Stromes mit der Zeit (u
= -L*di/dt), unabhängig davon ob dabei das Vorzeichen wechselt (stimmt
das ?).

D.h. ich würde erwarten, dass so oder so die 220 V am ohmschen
Widerstand verbraten werden, doch die Induktivität durch Ihre
Induktionsspannung nicht 220 V am ohmschen Widerstand wirken lässt
sondern eben nur einen Bruchteil davon.

Der Unterschied der Leistung die "verbraten" wird zwischen Vollwellen
und Halbwellensteuerung ist der Gleichanteil der "Halbwellen" (z.B.
bei 50 % Betrieb, wenn jede 2te Halbwele durchgelassen wird ->
220V/2/Wurzel(2) = 77,8 V. Ergibt an z.B. 10 Ohm ca. 600 W).

Stimmt diese Überlegung ?

Autor: Kurt (Gast)
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"Durch die Frequenz und die Induktivität kommt zum ohmschen Widerstand
eine "induktiver Widerstand" hinzu ..  und damit den Stromfluss
verkleinert."


Reihenschaltung von R  und Z



"D.h. ändert sich eine Gleichspannung kommt zwar der induktive
Widerstand zum Tragen und erhöht den Gesamtwiderstand (wodurch der
Stromfluss sinkt), der Gleichanteil läuft jedoch über den ohmschen
Widerstand und wird dort verbraten...."



das versteh ich nicht ganz.
bei WS gibt es ja eignetlich keinen Gleichanteil
Was verstehst Du unter  Gleichanteil ?
(der WS überlagerte Gleichspannung)




Die Spule eines Trafos oder Motors ist ja eigentlich sehr niederohmig
(sie ist nicht für 230V DC verwendbar).
Der Ohmsche Widerstand ist eigntlich ungewollt, aber halt vorhanden.
Den "richtigen" Widerstand macht ja die Induktivität (mit den 50Hz)
Dieser "Zustand" muss sich ausserdem erst "einschwingen".
Wenn ein Trafo ans Netz gelegt wird gibt es erstmal einen Ruck
(es hat sich der "richtige Xl noch nicht aufgebaut) und es dauert
einige Perioden bis es "rundläuft".
In dieser Zeit (ersten Schwingungen) fließt auch ein erhöhter Strom
(begrenzt durch den Ohmschen Drahtwiderstand und die noch
unvollständige Indutiv-wirkung).

Wenn nun ein Gleichstromanteil ebenfalls über die Wicklung fließt dann
wird das ganze Zusammenspiel gestört (es kann sich nicht richtig
einstellen).
Sättigung des Kerns usw.



"Der ohmschen Last ist egal aus welcher Richtung der Strom kommt,
d.h.
egal ob Wechsel- oder Gleichspannung, dort wird immer U*I bzw. U^2/R
(und R ist bei einer Spule wohl eher klein) verbraten"


ja

Die Induktivität reagiert auf die Änderung des Stromes mit der Zeit
(u= -L*di/dt), unabhängig davon ob dabei das Vorzeichen wechselt
(stimmt
das ?)"


Die Induktivität reagiert auf Änderung der Spannung, ein
Vorzeichenwechsel ist notwendig .
Wenn keine "Umkehr" stattfindet gibt es "Sättigung"





"D.h. ich würde erwarten, dass so oder so die 220 V am ohmschen
Widerstand verbraten werden, doch die Induktivität durch Ihre
Induktionsspannung nicht 220 V am ohmschen Widerstand wirken lässt
sondern eben nur einen Bruchteil davon."



Anders ausgedrückt, die Induktion setzt esich als Widerstand in Reihe
der keine Wärme erzeugt.



"Der Unterschied der Leistung die "verbraten" wird zwischen
Vollwellen
und Halbwellensteuerung ist der Gleichanteil der "Halbwellen" (z.B.
bei 50 % Betrieb, wenn jede 2te Halbwele durchgelassen wird ->
220V/2/Wurzel(2) = 77,8 V. Ergibt an z.B. 10 Ohm ca. 600 W). "



die 220V sind ja schon der Effektivwert der Halbwelle (Us = 311V)

10 Ohm x 220V    hier fließen 22 Amp (im Mittel)

Bei Vollwellen (und Ohmschen R) sind es 100%
bei Halbwellen                           50%
es ist ja nur die halbe Zeit wirksam.


Habs etwas in Eile geschrieben, wenn etwas nicht stimmt, bitte sagen.

Kurt

Autor: Herbert_ (Gast)
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Vielen Dank für die tolle Erklärung, schön langsam kommt Licht in mein
Dunkel !

Noch eine Frage:
Der Grund warum ich eine Vollwellensteuerung und keine
Phasenanschnittssteuerung bauen will ist der, dass ich keine durch die
Induktivität verursachten peaks erzeugen will.
Da gilt u = -L*di/dt müsste ich jedoch im Strom-Nullpunkt schalten und
nicht im Spannungs-Nullpunkt (so war es bisher geplant).

D.h. bei einer idealen Spule (Phasenverschiebung 90°) müsste man
eigentlich im Spannungsmaximum schalten - stimmt diese Überlegung ?

Autor: Kurt (Gast)
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"Der Grund warum ich eine Vollwellensteuerung und keine
Phasenanschnittssteuerung bauen will ist der, dass ich ... keine  peaks
erzeugen will."

das ist richtig
(Diese Peaks werden durch jeden Schaltvorgang erzeugt.
Sobald es eine Stromänderung gibt, gibt es auch Peaks)

aber bedenke:
Die Wirkung der Induktion setzt ja erst ein wenn Strom fließen soll.
Vorher ist sie ja nicht wirksam (wenn alles abgeklungen ist).
Die Idee mit dem Schalten im Phasenverschoben Teil der Halbwelle ist da
auch noch zu überlegen.
Nochwas: die Paketsteuerung ist ein gutes Mittel um Heizungen zu
regeln,bei Induktiven Verbrauchern wird es
warscheinlich "Nebenwirkungen" geben.
Denke da an überlatete Motoren, weil sich jedesmal der Einschaltstoß
ereignet (bis es sich "eingespielt" hat).


Kurt

Autor: fritz (Gast)
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befasse mich auch mit dem problem der vollwellensteuerung.
verstehe aber die ganze aufregung nicht.

erstmal kommt es darauf an, was für motortypen gesteuert werden
sollen.
universalmotoren?, kurzschlussläufer? 1-phasig, 3-phasig? stern?
dreieck?

eine induktivität raucht nicht ab, wenn sie mit pulsierendem
gleichstrom
betrieben wird. wichtig ist die magnetische flussänderung. und auch
eine negative halbwelle ergibt eine positive leistung. aber das ist
nicht das problem.

phasenanschnitt führt zu erscheinungen wie bei einer zündspule. es
können im extremfall tatsächlich funken überspringen. mit geeingneten
massnahmen kann das aber stark eingedämmt werden.ist ja auch die
gängige steuerung in dimmern.

bei der vollwellensteuerung will man aber wie der name sagt, die volle
welle. der "witz" liegt in der nullpunktschaltung.
sinnvollerweise nimmt man ELR´s (elektronische lastrelais serie V23100-
z.b. typZ240D10 o.ä.) mit eingebauter nullpunktschaltung und RC-glied,
um auch dann noch auftretende störungen zu kompensieren.
damit lassen sich eigentlich alle oben genannten motortypen regeln,
indem einfach geregelt über ebenfalls eingebaute optokopplung ein- und
ausgeschaltet wird.
nur für lampen eignet sich das nicht so gut. gibt ein übeles geflakkere
wenn eine gewisse frequenz unterschritten wird.

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