Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik PWM Sinus-Erzeugung


von Hannes S. (netzwerke)


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Guten Abend liebe Leute.
Ich habe mal eine kleine Frage: Wenn ich den Frequenzumrichter mit PWM 
für einen Drehstrommotor betreibe, dann brauchen diese für Art von 
Motoren ja Sinus-Spannungen.

Wenn Ich nun den Sinus-Dreieck-Vergleich mache, dann kriege ich ja Pulse 
raus. Und die Grundschwinung dieser Pulse ist dann meine modulierte 
Sinus-Spannung mit variabler Frequenz und Amplitude?
VG

: Bearbeitet durch User
von Otto (Gast)


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NEIN

von Al3ko -. (al3ko)


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Ja.

von Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)


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Grundsätzlich kann man mit einem Dreieck Generator, einer analogen 
Signalquelle und einem Komparator schon PWM erzeugen. Allerdings ist das 
in diesem Fall viel zu kompliziert, denn du brauchst ja für einen 
Frequenzumrichter mit drei Phasen Ausgängen auch eine Signalquelle mit 
den um 120° versetzten Sinuswellen.
Aus diesem Grund erzeugen heute alle Frequenzumrichter die PWM mit einem 
Mikrocontroller. Ein Bauteil ersetzt hier wieder mal viele einzelne.
Man kann mehrere Controller benutzen, wie hier Axels Entwurf:
http://www.mikrocontroller.net/articles/Frequenzumrichter_mit_Raumzeigermodulation

Oder auch einen einzigen, wie hier bei meinem:
http://www.mikrocontroller.net/articles/3-Phasen_Frequenzumrichter_mit_AVR

: Bearbeitet durch User
von Hannes S. (netzwerke)


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Hallo Freunde,
also ist es die Grundschwinung, welche den benötigten Sinus darstellt?
Otto sagt nämlich nein und das verwirrt mich etwas.
GRuss

von Marek L. (mareklew)


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Hannes S. schrieb:
> Hallo Freunde,
> also ist es die Grundschwinung, welche den benötigten Sinus darstellt?
> Otto sagt nämlich nein und das verwirrt mich etwas.
> GRuss

Biite, formuliere die frage um. So gestellt ist es mir nicht klar, was 
Du wissen möchtest...

Gruß,
Marek (10+ Jahre Wechselrichterentwicklung)

von Hannes S. (netzwerke)


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Marek Lewandowski schrieb:
> Hannes S. schrieb:
>> Hallo Freunde,
>> also ist es die Grundschwinung, welche den benötigten Sinus darstellt?
>> Otto sagt nämlich nein und das verwirrt mich etwas.
>> GRuss
>
> Biite, formuliere die frage um. So gestellt ist es mir nicht klar, was
> Du wissen möchtest...
>
> Gruß,
> Marek (10+ Jahre Wechselrichterentwicklung)

Hallo Marek,
meine Hauptfrage ist: Wie bekommt man durch PWM die Sinusspannung?
So wie ich das verstanden habe:
Durch das Unterschwingverfahren bekommt man ja am Ende eine Spannung, 
die aus High und Lows besteht:
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/9/90/Formas_de_onda_pwm.jpg

Und die Grundschwingung dieser High und Lows ist dann die benötigte 
Sinusspannung?
VG

von Dunst (Gast)


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Nicht die Grundschwingungen, sondern das Tiefpassgrfilterte.
Man kann den sinus mit Pulsbreitenmodulation machen, oder mit gleichen 
pulsen, aber verschiedenen Abstaenden. Das Erstere ist einfacher zu 
filtern.

von Hannes S. (netzwerke)


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Dunst schrieb:
> Nicht die Grundschwingungen, sondern das Tiefpassgrfilterte.
> Man kann den sinus mit Pulsbreitenmodulation machen, oder mit gleichen
> pulsen, aber verschiedenen Abstaenden. Das Erstere ist einfacher zu
> filtern.

Hallo Dunst...wo ist denn da ein Tiefpass? Ich lese mich immer mal durch 
die Bücher und da steht nirgends was vom Tiefpass....

von Harald W. (wilhelms)


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Hannes S. schrieb:

> Hallo Dunst...wo ist denn da ein Tiefpass?

Naja, auch der Motor selbst wirkt wie ein Tiefpassfilter.

von Hannes S. (netzwerke)


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Harald Wilhelms schrieb:
> Hannes S. schrieb:
>
>> Hallo Dunst...wo ist denn da ein Tiefpass?
>
> Naja, auch der Motor selbst wirkt wie ein Tiefpassfilter.

Achso, klar...ok, wozu ist dann die Grundschwingung, die sich 
proportional zur Steuerspannung im linearen Bereich verändern lässt?

von Max H. (hartl192)


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Hannes S. schrieb:
> Grundschwingung
Was meinst du eigentlich mit Grundschwingung? Das Rechtecksignal, dass 
pulsweitenmoduliert wird?

von Marek L. (mareklew)


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Hannes S. schrieb:

Hallo Hannes,

> Hallo Marek,
> meine Hauptfrage ist: Wie bekommt man durch PWM die Sinusspannung?

Nun, der Schritt #1, das Verständnisthema (also bitte nicht zu eng 
mathematisch sehen):
Man nutzt das aus, dass der Motor, genau gesagt: seine Wicklung "träge" 
ist. Das heißt, wenn man die angelegte Spannung schnell ändert, reagiert 
der Motor nicht sofort. Nehmen wir an, im Zwischenkreis, also zwischen 
"plus" und "minus", liegen 100V an. Man möchte aber zu einem gewissen 
Zeitpunkt 40V (bezogen auf den Minuspol der DC-Spannung) an eine Klemme 
des Motors anlegen.
Wenn man ganz schnell zwischen plus und minus schaltet und zwar so, dass 
der Minus 40% der Zeit anliegt und der Plus - 60%, sieht der Motor 
"seine" 40V. Wie schnell ist schnell genug, hängt von der 
Motorinduktivität und der Zwischenkreisspannung ab.

Wenn man von Punkt zu Punkt das Verhältnis zwischen Plus und Minus 
verändert, kann man einen beliebigen "effektiven" Spannungsverlauf 
erzeugen - wobei die Spannung nicht direkt sichtbar wird, sondern 
aufgrund der Trägheit der Motorwicklung sozusagen als Mittelwert 
anliegt.

Sinus-Dreieck Modulation ist eine einfache Methode, die notwendige 
Berechnungen in analoger Technik abzubilden. Hat aber Nachteile.
Heutzutage rechnet man das digital, Schritt für Schritt, für jede 
Schaltperiode neu und zwar für alle drei Phasen auf einmal, zu Beginn 
der Periode.

> Und die Grundschwingung dieser High und Lows ist dann die benötigte
> Sinusspannung?

Ja. Wenn man den Rechteck durch eine Fourieranalyse zerlegt, sieht man 
dort (idealerweise) mindestens die zwei Frequenzen: die Grundschwingung 
der Spannung, die man an dem Motor sich wünscht (z. B. 50Hz) und die 
Schaltfrequenz der PWM (z. B. 8kHz). Da der Motor zu träge ist, die 8kHz 
zu "schlucken" sieht er primär die 50Hz (vereinfacht).
Im Spektrum sieht man dann auch höhere Harmonische der PWM-Frequenz 
(nicht zu vermeiden, da man mit nahezu Rechteck schaltet) sowie 
Harmonische der Grundschwingung (eigentlich unerwünscht, sind ein 
Nebeneffekt der Modulationsmethode).

Gruß,
Marek

: Bearbeitet durch User
von Al3ko -. (al3ko)


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So schwer ist das eigentlich gar nicht. Und Hannes hat vollkommen Recht.

Die Grundwelle am Ausgang ist ein gewisser Sinus mit einer bestimmten 
Frequenz und einer bestimmten Amplitude.

Die Praktiker sprechen von einem Tiefpass, die Theoretiker sprechen von 
Fourier und ner Grundwelle. Unterm Strich läuft es aufs selbe hinaus.

Insofern Hannes, lass dich nicht verunsichern.

von Marek L. (mareklew)


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Marek Lewandowski schrieb:
> Wenn man ganz schnell zwischen plus und minus schaltet und zwar so, dass
> der Minus 40% der Zeit anliegt und der Plus - 60%, sieht der Motor
> "seine" 40V.

Natürlich meinte ich anders rum... :-)

40% plus, 60% minus = 40V bei DC=100V.
Gruß!
Marek

von Hannes S. (netzwerke)


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Danke nochmals an alle! Ihr seid sehr hilfsbereit.
Manchmal lese ich im "Ausbildung & Beruf" Unterforum mit und befürchtete 
hier auf selben Sarkasmus zu treffen. Scheinbar sind hier andere Leute 
unterwegs. :)

von Joe F. (easylife)


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Hannes S. schrieb:
> Scheinbar sind hier andere Leute
> unterwegs. :)

Würde ich mich nicht drauf verlassen, die sind heute nur alle mit 
Störungen im Schulunterricht abgelenkt ;-)

Auf Wikipedia gibt's eigentlich einen ganz guten Artikel zu PWM, und ein 
Bild, das es gut verdeutlicht:

http://de.wikipedia.org/wiki/Pulsweitenmodulation
http://de.wikipedia.org/wiki/Datei:Pwm.png

von jeremie PALMOT (Gast)


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wie kann man die Grundwelle aus diesem Pwm in excel darstellen? bitte 
ich brauche Ihre Hilfe

von Ma S. (turbotorsten)


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Da waren die Freitagsbeiträge aber schon deutlich kreativer.
Schade eigendlich.

von Analog OPA (Gast)


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jeremie PALMOT schrieb:
> wie kann man die Grundwelle aus diesem Pwm in excel darstellen? bitte
> ich brauche Ihre Hilfe

Indem man sie filtert? In der Grafik ist das aber doch bereits getan. 
Wie man in Excel einen Filter schreibt, weiß ich nicht, aber eine 
Mittelung sollte schon reichen, um das Signal zu bekommen, meine ich.

von Falk B. (falk)


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@jeremie PALMOT (Gast)

>wie kann man die Grundwelle aus diesem Pwm in excel darstellen? bitte
>ich brauche Ihre Hilfe

Naja, sowas ist in Excel zwar machbar, aber nicht wirklich die 1. Wahl. 
Das Zauberwort heißt Mittelwertbildung. Man nimmt einfach den Mittelwert 
aller X vorherigen Meßwerte. Siehe Anhang. Mittelwert über je 20 
Meßwerte.

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