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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik 3 KW Gleichstrommotor PWM Regelung


Autor: Markus S. (blackwatcher)
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Hallo,
Ich habe diese Schaltung hier aufgebaut und möchte damit einen 3KW 
Gleichstrommotor in der Drehzahl regeln. Dafür frage ich ein Poti über 
den Arduino ab und erzeuge damit ein PWM Signal. Das klappt auch soweit 
schon ganz gut.Das einzigste was mich irritiert ist das der Motor steht 
wenn ich das PWM Signal auf 1023 regele und voll läuft wenn ich das PWM 
Signal auf 0 regele. Habe ich einen Pullup oder Pulldown Widerstand 
falsch gesetzt? Sind die Werte der Widerstände so in Ordnung?
Ich freue mich über Anregungen und Kritik!

Autor: Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)
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Markus S. schrieb:
> Das einzigste was mich irritiert ist das der Motor steht
> wenn ich das PWM Signal auf 1023 regele und voll läuft wenn ich das PWM
> Signal auf 0 regele.

Dann denke mal kurz in die Schaltung. Wenn der PWM Ausgang high ist, 
steuert dein Treiber durch und zieht die Endstufe auf Masse. Wenn du die 
Ausgangspolarität mit den COM Bits auf invertiert umstellst, stimmt 
alles wieder.

Markus S. schrieb:
> Sind die Werte der Widerstände so in Ordnung?

Der 10k Pullup ist für 4 parallelgeschaltete Endstufen ein ganz schöner 
Tiefpass und verlangsamt die Anstiegszeit sehr. Damit sind die Endstufen 
länger im linearen Bereich und verbraten Leistung. Ein kleinerer Pullup 
und auch kleinere Gatewiderstände (jede Endstufe sollte einen eigenen 
bekommen) beschleunigen die Ladevorgänge und sind deswegen eine gute 
Sache. Noch besser wäre es, die Endstufe mit einer Gegentaktstufe 
(Push-Pull) anzutreiben.

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Autor: Günter Lenz (Gast)
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Den Motor würde ich so nicht direkt anschließen,
bei PWM gehört immer eine Speicherdrossel mit dazu.
Der Grund ist der gleiche, wie man auch mit PWM einen
Kondensator nicht ohne Speicherdrossel laden kann.
Also zum Motor hin eine Drossel und parallel zum
Motor noch einen Kondensator.

Autor: hinz (Gast)
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Günter Lenz schrieb:
> bei PWM gehört immer eine Speicherdrossel mit dazu.

Nö, aber da es sich bestimmt um einen Reihenschlussmotor handelt ist die 
eh da, in Form der Statorwicklung.

Autor: Günter Lenz (Gast)
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hinz schrieb:
>Nö, aber da es sich bestimmt um einen Reihenschlussmotor handelt ist die
>eh da, in Form der Statorwicklung.

In diesem Fall hast du recht. Ich bin von einem Parallelschlussmotor
oder einen mit Dauermagnet ausgegangen.
Naja wir wissen es nicht was für ein Motor das ist.

Autor: Markus S. (blackwatcher)
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Matthias S. schrieb:
> Dann denke mal kurz in die Schaltung. Wenn der PWM Ausgang high ist,
> steuert dein Treiber durch und zieht die Endstufe auf Masse. Wenn du die
> Ausgangspolarität mit den COM Bits auf invertiert umstellst, stimmt
> alles wieder.

Ah ok vielen Dank. Da hatte ich einen kleinen Denkfehler. Aber du hast 
Recht. Ich werde das in der Software ändern und gut ist.

> Der 10k Pullup ist für 4 parallelgeschaltete Endstufen ein ganz schöner
> Tiefpass und verlangsamt die Anstiegszeit sehr. Damit sind die Endstufen
> länger im linearen Bereich und verbraten Leistung. Ein kleinerer Pullup
> und auch kleinere Gatewiderstände (jede Endstufe sollte einen eigenen
> bekommen) beschleunigen die Ladevorgänge und sind deswegen eine gute
> Sache. Noch besser wäre es, die Endstufe mit einer Gegentaktstufe
> (Push-Pull) anzutreiben.

Ok.Wie groß sollte der Pullup circa sein? 4,7 KiloOhm? Dann werde ich 
jeder Endstufe einen eigenen Gatewiderstand spendieren. Sind da 100 Ohm 
in Ordnung?

Autor: Markus S. (blackwatcher)
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Günter Lenz schrieb:
> In diesem Fall hast du recht. Ich bin von einem Parallelschlussmotor
> oder einen mit Dauermagnet ausgegangen.
> Naja wir wissen es nicht was für ein Motor das ist.

Es ist eine Nebenschlussmaschine wenn ich die Anschlussklemmen richtig 
interpretiere. Es steht D1E1 und D2E2 drauf.

Autor: hinz (Gast)
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Markus S. schrieb:
> Es steht D1E1 und D2E2 drauf.

Eine ankerlose Reihennebenschlussmaschine! ;-)

Autor: Лас кналлен (Gast)
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3kW aus 24V .. aha.
Krass das absolut marginale Wissen. Nicht vergessen die Halbleiter 
sackweise zu kaufen. Ich wuerd die Halbleiter deshalb nur stecken. Dann 
sind sie schnell getauscht.

Das wird ein Spass.

Autor: Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)
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Markus S. schrieb:
> Wie groß sollte der Pullup circa sein? 4,7 KiloOhm?

Nochmal deutlich kleiner. Es hängt allerdings auch von der PWM Frequenz 
ab. Wenn das nur ein paar hundert Hz sind, ist z.B. 1k ein vermutlich 
brauchbarer Wert. Wenn es in die kHz geht, soltest du dir die Sache mit 
der Gegentaktendstufe nochmal überlegen oder auf 220 Ohm/1W gehen.

Markus S. schrieb:
> Sind da 100 Ohm
> in Ordnung?

Oder noch kleiner. 15-33 Ohm.

Лас кналлен schrieb:
> 3kW aus 24V .. aha.

Das machen Golf Caddies schon seit Jahrzehnten. Das sind 150A bei max., 
vllt. so 500A beim Anfahren und heutzutage kein Problem mehr.

: Bearbeitet durch User
Autor: Mark Space (voltwide)
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Matthias S. schrieb:
> Das machen Golf Caddies schon seit Jahrzehnten. Das sind 150A bei max.,
> vllt. so 500A beim Anfahren und heutzutage kein Problem mehr.

wohl wahr, allerdings sind dort wohl auch eher Fachleute am Werk und 
keine Praktikanten.

Autor: lustich,p (Gast)
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Matthias S. schrieb:
> Das machen Golf Caddies schon seit Jahrzehnten. Das sind 150A

Na ja, räusper... 24 Volt Caddys sehen im allgemeinen so aus:

http://www.elektrogolftrolley.com/golf-trolleys/el...

und die brauchen keine 150 sondern nicht einmal 10 Ampere...

Beim Golfcart (http://www.golfcarts.de/de/gebrauchte-golfcarts.php) sind 
eher 36, 48 Volt oder mehr üblich...

Matthias S. schrieb:
> 500A beim Anfahren heutzutage kein Problem mehr

Ach echt, auch noch nach einem Jahr Nutzungsdauer? Erzähl das den 
Batterieherstellern und verkaufe ihnen dein Geheimrezept!

Autor: Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)
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lustich,p schrieb:
> Matthias S. schrieb:
>> 500A beim Anfahren heutzutage kein Problem mehr
>
> Ach echt, auch noch nach einem Jahr Nutzungsdauer? Erzähl das den
> Batterieherstellern und verkaufe ihnen dein Geheimrezept!

Was redest du da für einen Unsinn? Erstens funktioniert der Motor des TE 
ja schon (siehe Ausgangsposting) und zweitens sind 500A Anfahrstrom für 
einen anständigen Satz Batterien auch nach 3 Jahren Nutzungsdauer kein 
Problem.
Mir scheint, als hast du noch nie mit so etwas zu tun gehabt. Jeder 
anständige Gabelstapler und jedes grössere DC getriebene E-Auto arbeitet 
mit solchen Strömen.

> Beim Golfcart (http://www.golfcarts.de/de/gebrauchte-golfcarts.php) sind
> eher 36, 48 Volt oder mehr üblich...
Ja und? Die Spannung spielt da überhaupt keine Rolle, denn ob ich 5kW 
mit 36V oder 3kW mit 24V habe, ist völlig wurscht.

: Bearbeitet durch User
Autor: MaWin (Gast)
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Markus S. schrieb:
> Das klappt auch soweit schon ganz gut.

Prust. Su hast sie offenbar noch nie benutzt. Hint: Motoren brauchen 
weniger Strom wenn sie nicht belastet werden.

> Das einzigste was mich irritiert ist das der Motor steht
> wenn ich das PWM Signal auf 1023 regele und voll läuft wenn ich das PWM
> Signal auf 0 regele.

Das ist doch logisch, wenn man einen Inverter vorschaltet.

> Habe ich einen Pullup oder Pulldown Widerstand falsch gesetzt?

Die ganze Schaltung ist für'n Arsch.

> Sind die Werte der Widerstände so in Ordnung?

Nein, natürlich nicht.


Dein grösster Fehler ist schon mal, daß du dich nicht informiert hast, 
was dein Motor wirklich braucht. Der will nämlich, wenn er 3kW 
Dauerleistung liefern kann, deutlich mehr als 120A beim Anlaufen, eher 
so 1000A, siehe Datenblatt bei 'stall'.

Und darauf musst du die Elektronik auslegen, nicht auf die 
Dauerleistung.

Dann kommt die Grundschaltung: MOSFETs parallel schalten im 
Schaltbetrieb. Da möchte man EINEN GATE-Vorwiderstand pro MOSFET. 
Vielleicht hast du das ja auch so gebaut, du warst ja zu faul eine 
vollständige Zeichnung anzufertigen. 
http://www.irf.com/technical-info/appnotes/an-941.pdf

Wenn man dann weiss, wie viele MOSFETs parallel sind, kann man die 
Gesamt-Gate-Kapazität ausrechnen, z.B. 100nF, und ausrechnen, wie viel 
Leistung im Dauer-Eingeschalteten Moment verloren geht (z.B. 10W pro 
MOSFET) und weiss daß man 10W Schaltverluste haben darf, bei 24V und ca. 
100A weiss man dann wie lange die Umschaltzeit sein darf, z.B. 5us. Dann 
kann man einerseits die Gate-Widerstände auslegen, und weiss 
andererseits, wie hoch der Umladestrom sein muss.

Deine Inverterschaltung mit dem IRLZ44 vergisst du mal vollständig. 
Entweder nimmt man einen MOSFET-Treiber-IC oder baut das diskret, da du 
dabei aber solche Probleme hast, nimmst du besser ein IC.

Du kannst dir mal überlegen, warum kommerzielle Module eher so aussehen
Ebay-Artikel Nr. 391206072982
(wobei die sicher nicht so robust wie eine Curis ist, die als einzige 
als 'robust genug' gelten).

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