Rekuperation

OP #4297696
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Hallo,

ich habe mich jetzt mal mit Synchronmotoren auseinander gesetzt und 
wollte aus diesem Grund fragen, wie das mit der Rekuperation 
funktioniert.
Wenn ich einen Motor zum drehen bringen will, der aus einem Akku 
gespeist wird, dann schalte ich die Halbbrücken so wie in der 
Raumzeigermodulation. Wenn ich aber jetzt die Bremsenergie nutzen 
möchte, dann muss ich die Halbbrücken so schalten, dass gepulste 
Gleichspannung am Zwischenkreis anliegt, die dann geglättet und am Akku 
anliegt und der Strom diesen wieder aufladen. Dabei muss die Spannung am 
Generator höher als am Akku sein, da sonst der Energiefluss in die 
falsche Richtung geht oder sehe ich das falsch? Muss ich dann die 
Spannung mit einem Aufwärtswandler hochtransformieren?
Wenn einem Synchronmotor ein Drehmoment entgegenwirkt, kann man ja nicht 
mehr normal die Raumzeigermodulation stur weiterführen. Muss man da dann 
die Periode der Sinusspannung die bei der Raumzeigermodulation 
herauskommt einfach erhöhen, wie erkennt man ob auf einmal ein höheres 
Drehmoment vorliegt?
Ich hoffe ihr könnt mir hier ein bisschen Klarheit reinbringen.
Gast #4298167
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Martin M. schrieb:
> Dabei muss die Spannung am
> Generator höher als am Akku sein, da sonst der Energiefluss

Logisch. Der Motor arbeitet im Bremsfall als Generator und mit einer 
geeigneten Schaltung muß diese Energie wieder in den Akku oder bei der 
Straßenbahn in die Oberleitung.

Da die Bremswirkung dem Fahrzustand entsprechend schwach oder stark sein 
kann, hilft da nur ein geregelter Schaltwandler (nach der Gleichrichtung 
der Generatorspannung). Problem bei der Rückspeisung ist der 
Innenwiderstand der üblichen Speisequelle Akku/Oberleitung wo dann auch 
hohe Spannungsspitzen bei einer Notbremsung auftreten können. Sicher 
wissen Experten hierzu mehr. Ob sie es uns verraten wollen/dürfen? Wiki 
reicht noch nicht. https://de.wikipedia.org/wiki/Nutzbremse
(Firma: matzetronics) #4298350
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Der ganz simple Fall ist ein MOSFet Controller im Freilauf (alle 
Endstufen sind aus), bei dem die Rekuperation schlicht über die 
Bodydioden der Endstufe erfolgt. Da bremst erstmal nichts, wenn die in 
dem Motorwicklungen induzierte Spannung unterhalb der Speisespannung 
liegt, wenn diese überschritten wird, fliesst über die Bodydioden 
Ladestrom in die Speisung.

So machen das die ganz einfachen Controller aus E-Rollern u.ä.
Gast #4300126
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Bei einem Synchronmotor reicht es , das Drehfeld hinter dem 
Rotordrehfeld laufen zu lassen (Polradwinkel), damit wird der Motor zum 
Generator, die Spannung steigt über die Speisespannung.

Den reinen DC-Motor schließt man zum Bremsen mit PWM kurz, dadurch lädt 
sich die immanente Induktivität des Motors auf, in den PWM-Pausen 
entlädt sich die Induktivität in die Versorgung (sie versucht, den Strom 
konstant zu halten, auch wenn sie dazu die Spannung umpolen muss).

Steht in jedem Antriebstechnikbuch.
Gast #4300413
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Motorbetrieb = Drehfeld läuft voraus
Generatorbetrieb = Drehfeld läuft nach

Ganz stark vereinfachtes Beispiel (für Sternschaltung und Wicklung U)...

Motorbetrieb
0-60°: U an + (Aufladen der Wicklungsinduktivität durch 
Betriebsspannung)
60-120°: U über Freilaufdiode nach - (Entladen der 
Wicklungsinduktivität)
120-360°: kein Nennenswerter Stromfluss über U

Generatorbetrieb
0-60°: U an - (Aufladen der Wicklungsinduktivität durch EMK = 
Generatorspannung, Stromrichtung entgegengesetzt dem Motorbetrieb)
60-120°: U über Freilaufdiode nach + (Entladen der Wicklungsinduktivität 
= Akku aufladen)
120-360°: kein Nennenswerter Stromfluss über U

Und nagelt mich jetzt nicht auf die genauen Winkel, etc. fest...

Von der Grundidee sind DC- und Synchronmotor nicht wirklich verschieden.
Beide male wird im Generatorbetrieb (bei EMK < Betriebsspannung) die 
Motorinduktivität durch Kurzschluss aufgeladen und dann in den Akku 
entleert.
Beim Synchronmotor muss das halt drehzahlsynchron angesteuert werden. 
Beim DC-Motor ists einfacher.
Gast #4300788
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Martin M. schrieb:
> Warum sollte dabei aber die Spannung höher sein als die Akkuspannung?

Weil durch den Kurzschluss der Windung und der gleichzeitig vorhandenen 
"inneren Spannung" (EMK) die Wicklungsinduktivität aufgeladen wird.
Wenn der Kurzschluss aufgehoben wird fließt der Strom trotzdem weiter. 
Dann halt über die Freilaufdiode in den Akku. Genau wie bei einem 
Aufwärtswandler.

Mein Beispiel war allerdings noch Quatsch. Müsste eher wie unten lauten. 
In der Praxis würde man natürlich nicht für 90° kurzschließen sondern 
mit einer schnelleren PWM (ggf. raumzeigermoduliert) arbeiten. Sonst 
würde der Strom zu hoch.

Motorbetrieb
0-90°: U an + (Aufladen der Wicklungsinduktivität durch
Betriebsspannung)
90-180°: U über Freilaufdiode nach Sternpunkt (Entladen der
Wicklungsinduktivität)
180°-360°: dito. nur mit vertauschter Polarität

Generatorbetrieb
0-90°: U an Sternpunkt (Aufladen der Wicklungsinduktivität durch EMK =
Generatorspannung, Stromrichtung entgegengesetzt dem Motorbetrieb)
90-180°: U über Freilaufdiode nach + (Entladen der Wicklungsinduktivität
= Akku aufladen)
180°-360°: dito. nur mit vertauschter Polarität
Gast #4304735
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Martin M. schrieb:
> Aber durch den Kurzschluss kann sich an der Spule ja keine Spannung
> aufbauen. Hast du eine Zeichnung was du damit meinst?

Sorry nein. Das funktioniert wie ein ganz normaler Step-Up-Wandler. 
Zeichnungen dazu gibt's zu tausenden bei Google.
Spannung zu niedrig > Induktivität durch Kurzschluss aufladen > 
Kurzschluss lösen und Energie der Induktivität via Diode entladen.

Solange du die Prinzipen von innerer (generatorischer) Spannung = EMK 
des Motors, Motorinduktivität und Step-Up-Wandler nicht aus dem FF 
kennst solltest du dir um Rekuperation keine Gedanken machen.
Gast #4518482
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Nicht nur hinfahren, hochskillen!

Falls du dort den Original-Amper-Hochskiller triffst, wird er dir sicher 
was über Komperatoren, Wiederstände und die Reperatur von 
Komplimentärtransisoren erzählen. Das wäre doch eine gute Endschädiung 
für die lange Fahrt...

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