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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Umrichter Frage Zwischenkreis


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von R. F. (rfr)


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Guten Tag allerseits,

In einem Umrichter haben wir einen Gleichrichter und (oft) einen 
Kondensator, der eine Glättung der Spannung bewirken soll. Demnach 
handelt es sich um einen Spannungszwischenkreis.

Nun sind Kondensatoren dieser Leistungsklasse teuer und dem Verschleiss 
unterworfen. Man könnte aber einen Strom einprägen und dann eine Spule 
einschleifen. Die Spule wird als Energiespeicher eine Glättung des 
Stromes vornehmen.

Gibe es Schaltungskomzepte hierzu? Macht das Sinn, das so zu machen?
Und wie ändert sich die Ansteuerung dieses Umrichters?

Grüsse.

Robert

: Verschoben durch Moderator
von Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)


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R. F. schrieb:
> Nun sind Kondensatoren dieser Leistungsklasse teuer

Das ist wahr.

R. F. schrieb:
> und dem Verschleiss
> unterworfen.

Das weniger. Das ist ja kein Kondensator, bei dem etwa geringes ESR oder 
so gefordert wird, denn er wird ja nur mit 100Hz angefahren.

von Zwischekreis (Gast)


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Klar ist üblich bei großen Leistungsklassen..Nennt sich I-Umrichter oder 
ähnlich. Tante Gugl hilft dir damit weiter

von Dietrich L. (dietrichl)


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Matthias S. schrieb:
> Das weniger. Das ist ja kein Kondensator, bei dem etwa geringes ESR oder
> so gefordert wird, denn er wird ja nur mit 100Hz angefahren.

Naja, aber entladen wird er schon mit der (höheren) PWM-Frequenz. Da 
diese aber üblicherweise nicht so hoch ist wie bei Schaltnetzteilen ist 
das nicht ganz so kritisch.

von Ben B. (Firma: Funkenflug Industries) (stromkraft)


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An Drehstrom kann man sowas einfacher realisieren als an einphasigem 
Wechselstrom. Z.B. Stromrichter für HGÜ-Systeme - die haben keine 
Kondensatoren, nur eine Siebdrossel zur Glättung, dafür aber 5.000 
Megawatt Leistung. An so einer Schaltung könnte man auch einen Umrichter 
für einen Motor betrieben.

von Alexander (Gast)


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Hallo Robert,

es gibt auch Umrichter mit STROMzwischenkreis. Wie bereits erwähnt, 
nennt man die I-Umrichter:
https://de.wikipedia.org/wiki/Stromzwischenkreisumrichter

Ob das wesentlich günstiger/vorteilhafter ist, kommt auf die Anwendung 
an. Ansonsten gibt es noch die Möglichkeit, ein aktives Filter in den 
Spannungszwischenkreis zu setzen (ich denke, dass deiner Idee 
entspricht). Das erhöht zwar die Gesamtkomplexität der Schaltung, 
reduziert dafür aber die Kondensatoren im Spannungszwischenkreis.

Im Rahmen der Little Box Challenge von Google wurden diverse Konzepte 
für einphasige Systeme vorgestellt. Und ich meine, dass die ETH dies 
sogar öffentlich auf deren Homepage veröffentlicht haben. Ansonsten kann 
man über IEEE viel Literatur zu diesem Thema finden.

Für mehr Infos müsste man mehr über die Anwendung kennen.

Gruß,
Alexander

von R. F. (rfr)


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Alexander schrieb:

> Für mehr Infos müsste man mehr über die Anwendung kennen.

Ich will für eine Universalmaschine einen Vierquadrantenbetrieb 
realisieren.
das soll auf IGBT-Basis geschehen.

Ausser dem Umrichterverfahren suche ich noch einen Bridge controller, 
sowas wie IRS2453 öder ahnlich.

Und dann werde ich mir eine Ansteuerung schreiben, per Controller 
natürlich...
>
> Gruß,
> Alexander

von No Y. (noy)


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Nur kurze Frage:
Hobby oder Abschlussarbeit??

Und du bist dir im klaren, dass man die Hardware nicht mal eben so am 
Steckbrett aufbaut und mit einem Arduino steuert?

von R. F. (rfr)


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Ich bin in der Entwicklung von Steuerungsgeräten beruflich tätig.

von seppi (Gast)


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Na bravo.

von No Y. (noy)


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Ok , aber bevor du dich dann direkt in die Leistungsklasse vorwagst wo 
dann IGBTs genutzt werden, versuche dich vielleicht erstmal an einem 
Modell in der Modellbau \ Pedelec Klasse. Da brennt dann schon genug 
ab.Ohne das du selber in Rauch aufgehst.


Auch wenn du Erfahrung im Steuerungsbau hast, ist Leistungselektronik 
nochmal ein wenig anders.

: Bearbeitet durch User
von MiWi (Gast)


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R. F. schrieb:
> Ich bin in der Entwicklung von Steuerungsgeräten beruflich tätig.

Und dann stellst Du solche Fragen? Na servas.


Aber egal.

Der Verschleiss hält sich in Grenzen wenn der Entwickler was von Kühlung 
versteht.

Die bei uns eingesetzten Kondensatoren überleben problemlos eine 
2stellige Anzahl von Jahren, obwohl die Geräte zt 24/7 im Einsatz sind 
und dabei zw. 10 und 35kW umgesetzt werden. Anwendung ist kein 
Frequenzumrichter, spielt aber in der gleichen 
Spannungs/Leistungsklasse.



MiWi

von R. F. (rfr)


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Ich habe einige Umrichter und Schaltnetzteile gesehen, der 
Standardfehler ist -wie hier bereits oft geschrieben wurde- ein 
getrockneter oder aufgeblähter Elko. Elkos mit viel Kapazität, hoher 
Stromtragfähigkeit und hoher Betriebstemperatur sind teuer und selten, 
und in der Regel halten sie auch nicht ewig.

Eine Spule trocknet nicht aus, die Betriebstemperatur ist in der Regel 
auf die Temperaturbereiche der Ferrite beegrenzt (gelegentlich 200 °C) 
und aufblähen werde sie sich auch nicht. Ausserdem kann man Spulen 
selbst wickeln, die Fertigung eines Elkos gelang mir bisher nicht 
zufriedenstellend. Deswegen erscheint die Spule die bessere Lösung zu 
sein.

Die Seuergerätbearbeite, sind keine Wechselrichter. Aber ich weiss, wie 
man Software entwickelt.

von nenene (Gast)


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Falscher Forenbereich.....unglaublich, dass du darauf noch nicht 
hingewiesen wurdest. Oder wolltest du, weil Freitag ist, mal den Troll 
raushängen lassen und absichtlich im falschen Bereich posten?

von Ben B. (Firma: Funkenflug Industries) (stromkraft)


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Hä? Eine Universalmaschine?? Du meinst eine Reihenschlußmaschine?

Für sowas braucht man doch keinen Umrichter und 4Q wird auch 
einigermaßen schwierig, weil die Dinger als Generator gerne ein klein 
wenig zickig sind.

von R. F. (rfr)


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Ich will eine Möglichkeit haben, zu bremsen. Mehr nicht, Generator mit 
Rückspeisung ist nicht erforderlich.

von Ben B. (Firma: Funkenflug Industries) (stromkraft)


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Dann muß das Ding trotzdem als Generator laufen.

Also entweder wie bei Bahnstrom-Antrieben per Impuls erregen und auf 
Bremswiderstände arbeiten oder Erregerstrom auf den Stator und einen 
Bremswiderstand an den Rotor. Letzteres hat ein sehr stabiles 
Betriebsverhalten und ist sehr gut regelbar, nachteilig ist die 
Aufteilung der Wicklung und Erzeugung der Erregerspannung.

Über was für eine Leistung reden wir eigentlich? Ist das ein 
Bastelprojekt oder soll das eine professionelle Anwendung werden? Was 
wird damit angetrieben?

von R. F. (rfr)


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Ich will eine Werkzeugmaschine antreiben. Leistungebereich bis ca 600 W.
Die Maschine soll auch gebremst werden können.
Die Drehzahl soll auch bei veränderlichen Lasten konstant bleiben.

Weitere Fragen?

Robert

von No Y. (noy)


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Für 600W braucht man aber keine IGBTs...

von Homo Habilis (Gast)


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No y. schrieb:
> Für 600W braucht man aber keine IGBTs...

Mit FETs könnte man die Leitverluste ein gutes Stück geringer halten. 
Weshalb in dem Bereich halt auch vorrangig FETs zum Einsatz kommen. 
Stimmt schon.

Allerdings - wenn man schon IGBTs daheim hat?

von Miwi (Gast)


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R. F. schrieb:
> Ich habe einige Umrichter und Schaltnetzteile gesehen, der
> Standardfehler ist -wie hier bereits oft geschrieben wurde- ein
> getrockneter oder aufgeblähter Elko. Elkos mit viel Kapazität, hoher
> Stromtragfähigkeit und hoher Betriebstemperatur sind teuer und selten,
> und in der Regel halten sie auch nicht ewig.


Qualität kostet.


> Eine Spule trocknet nicht aus, die Betriebstemperatur ist in der Regel
> auf die Temperaturbereiche der Ferrite beegrenzt (gelegentlich 200 °C)
> und aufblähen werde sie sich auch nicht.

Auch Qualität bei den Spulen kostet.



MiWi

von Ben B. (Firma: Funkenflug Industries) (stromkraft)


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600W... Sag doch gleich, daß Du einen alten Waschmaschinenmotor 
ausgebuddelt hast. Immerhin ist da schon ein Tachogenerator für die 
Drehzahlmessung dran. In der Waschmaschine werden die Dinger via 
Phasenanschnitt geregelt, Umrichter spart man sich da komplett.

Bremsen wird wie gesagt etwas schwierig. Es hat seine Gründe, warum 
diese Motoren seit 20 Jahren von umrichtergesteuerten 
Drehstrom-Asynchronmaschinen verdrängt werden und in Werkzeugmaschinen 
(CNC) quasi keine Bedeutung mehr haben.

von R. F. (rfr)


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Welche Möglichkeiten habe ich denn noch, um auch bremsen zu können?

von Ben B. (Firma: Funkenflug Industries) (stromkraft)


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Du könntest ihn umbauen und als Nebenschlußmaschine betreiben, bzw. mit 
konstantem Erregerstrom auf dem Stator. Dann ist die Regelung mit dem 
Ankerstrom alleine möglich und auch eine Widerstandsbremsung.

von R. F. (rfr)


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Gibt es keine anderen Motortypen, mit denen das geht?
Warum ist es so problematisch, einen Universalmotor mit einer Vollbrücke 
anzusteuern?

Ich habe wohl einiges im Motorenbau noch nicht verstanden.

Gruss

Robert

von Ben B. (Firma: Funkenflug Industries) (stromkraft)


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Eine Reihenschlußmaschine hat keine definierte Synchrondrehzahl, die man 
ihr mit einem Frequenzumrichter (ohne Tachogenerator) vorgeben kann und 
zum Bremsen muß im günstigsten Fall mindestens der Anker umgepolt 
werden. Bei derart aufgebauten Bahnstrommotoren gibt es sogar das 
Problem, daß sie ohne Last bzw. beim Schleudern (durchdrehen) der 
angetrieben Achse so hoch drehen können, daß sie sich selbst zerlegen. 
Die Fliehkraft reißt irgendwann die Wicklungen aus dem Anker, die 
schlägt dann in die Statorwicklung ein und der Motor bedarf einer 
gründlichen Revision nachdem sich der Rauch verzogen hat.

Diese Probleme haben Drehstrom-Asynchronmaschinen nicht. Denen kann man 
mit einem Umrichter eine Betriebsfrequenz vorgeben und der Motor richtet 
sich danach. Beim Beschleunigen liegt die Drehzahl aufgrund des 
Schlupfes etwas unterhalb der vorgegebenen Synchrondrehzahl, im 
Generatorbetrieb etwas darüber. Motor- und Generatorbetrieb ist ohne 
Umschaltvorgänge unterbrechungsfrei mit der gleichen Schaltung möglich, 
einfach durch Anpassung der Frequenz.

Für Servoantriebe erfolgt eine genauere Führung des Motors durch den 
Umrichter, indem Rotorlagegeber oder Drehencoder verwendet werden, bei 
sehr hochwertigen Maschinen auch optische Lineale. Dadurch sind dann 
auch "Extrem-Späße" möglich, wie z.B. den Motor mit vollem Drehmoment 
belastet im Stillstand zu halten.

von R. F. (rfr)


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Also ist es regelungstechnisch gesehen einfacher, einen Drehstrommotot 
zu verwenden und diesen durch einen 3ph-Wechselrichter (=Umrichter) 
anzusteuern?

Gibt es denn geeignete Konzepte im Leistungsbereich bis ca 600 W?

Gruss

Robert

von Ben B. (Firma: Funkenflug Industries) (stromkraft)


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Wodurch soll diese Maschine mal gesteuert werden? Wenn Du auch bremsen 
möchtest, klingt das für mich nach einem CNC-Ansatz.

Ich kenne jemanden der hat ein größeres CNC-Bearbeitungszentrum, das mit 
Siemens Simodrive-Antrieben arbeitet. Die sind schon etwas älter, aber 
mit analoger Steuerung der Umrichter trotzdem verdammt genau. Die 
Hauptspindel hat 40kW, der Fräsantrieb 12kW und die Achsen mit bis zu 8 
Tonnen Vorschubkraft etwa 4kW. Und die Motoren für die Achsantriebe sind 
erstaunlich klein.

Da müßte man für einen schmalen Taler auf jeden Fall etwas mit 1kW oder 
so finden, oder halt aus Standard-Teilen bauen. 
230/400V-Drehstrom-Asynchronmotoren mit 750W findet man wie Sand am Meer 
und die passenden Frequenzumrichter mit z.B. 0..10V Steuerung kosten in 
diesem Bereich auch kein Geld.

Was mich interessieren würde: Welche Maximaldrehzahl brauchst Du? Da 
hätte der Waschmaschinenmotor evtl. Vorteile. Also für eine schnell 
drehende Frässpindel vielleicht, da braucht man auch keine Bremse. Aber 
als Drehspindelantrieb sollten 4000..6000 U/min reichen. 2poligen (3000 
U/min) 1,5kW Motor nehmen, der schafft noch 600W bei 100Hz, alternativ 
Getriebe oder Riemenantrieb mit 1:2 Übersetzung.

von Elektrofan (Gast)


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> Warum ist es so problematisch, einen Universalmotor mit einer Vollbrücke
> anzusteuern?

Zumindest sollte man beachten, dass bei einer Spannungsumkehr keine 
Dtrehrichtungsumkehr erfolgt ...

von R. F. (rfr)


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Objekt meiner Planung ist eine Drechselbank, da ich aber noch mehr 
Kandidaten ind er Werkstatt stehen habe, wird auch Bedarf entstehen. 
Drechselbank und Fräsen stehen in der Liste weit oben, eine Bandsäge 
wird vermutlich folgen.

Ich trachte daher danach,eine Lösung für alles zu entwickeln. Also eine 
Kellergebundene eierlegende Wollmilchsau, oder ähnlich.

Die IGBT erschienen vorteilhaft, weil sie preisgünstig sind. Und für die 
Universamaschinen ohne Bremse reicht eine Art Dimmer-- das scheint 
einfacher zu sein. Und Arduinos sind billig.

Gruss

Robert

von Ben B. (Firma: Funkenflug Industries) (stromkraft)


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"Eine Art Dimmer" ... das schrieb ich mit Phasenanschnittsteuerung.

Wenn Du es selber bauen willst, nimm ruhig den Waschmaschinenmotor, aber 
verzichte vorerst auf das generatorische Bremsen. Das brauchst Du bei 
diesen Anwendungen nicht.

Das angesprochene Bearbeitungszentrum bremst per Rekuperation, merkt man 
aber nur beim Fräsantrieb wenn dieser zuvor mit hoher Drehzahl gelaufen 
ist oder bei der Hauptspindel. Diese bringt allein schon eine sehr große 
rotierende Masse auf und das Werkstück wiegt oft auch noch eine ganze 
Menge. Da hat es Vorteile beim schnellen Einstellen der 
Schnittgeschwindigkeit (Drehzahl nahe der Mitte sehr hoch, nahe am 
maximalen Durchmesser sehr langsam). Oder beim Fräsantrieb würde es 
einen Haufen Zeit kosten, wenn man diesen zum (automatischen) 
Werkzeugwechsel passiv auslaufen lassen würde.

Deine angedachten Maschinen laufen aber alle recht lange mit konstanter 
Geschwindigkeit, da reicht eine Drehzahlregelung im Motorbetrieb alleine 
aus.

von Homo Habilis (Gast)


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R. F. schrieb:
> Die IGBT erschienen vorteilhaft, weil sie preisgünstig sind.

Preisgünstige FETs dafür gibt es auch. Schon IRFP450 (sehr günstig zu 
haben, sonst hätten geizige Menschen wie ich die nicht zigfach daheim), 
absolutes Urgestein, wären ggübr. IGBTs im Vorteil.

Da solltest Du noch mal genauer suchen/prüfen.

von Helmut L. (helmi1)


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mit 0.4OHm RDSon? Da wird der auch schon recht warm.

von Ben B. (Firma: Funkenflug Industries) (stromkraft)


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Blödsinn. Der bekommt bei 600W an 230V etwa 1W ab.

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