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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Motoren (15VDC und 24VDC) an 24VAC Trafo mit ATmega schalten


Autor: David Gier (Gast)
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Hallo!

Ich habe zwar schon so manches mit einem ATmega angestellt, jedoch noch 
nie etwas mit Motoren^^

Ich habe einen Ringkerntrafo der mir zwei Ausgänge bereitstellt:
1x 24 VAC 3,0A
1x  8 VAC 1,0A

Die 8V würde ich gerne für den ATmega etc nehmen. Also gleichrichten -> 
7805 -> bla bla bla... Kein Problem.

Insgesamt möchte ich mit dem ATmega 3 Motoren schalten. Leider hab ich 
für die Motoren jeweils nur die Spannungsangabe. Die Motoren wurden aber 
vorher auch über den 24V-Teil des Ringkerntrafos versorgt - Leider habe 
ich aber die Original-Platine nicht mehr.

Folgende Motoren möchte ich wie folgt schalten:
1x 15 VDC: an/aus
1x 24 VDC: an/aus
1x 24 VDC: an/aus/Drehrichtung ändern

Drehzahlregelung brauche ich also nicht.

Am 15V-Motor ist eine Diode sowie ein Widerstand parallel direkt 
angelötet - ob dies bei den 24V Motoren auch so ist kann ich gerade 
leider nicht sagen, da die ziemlich versteckt verbaut sind.

So... Nun meine Fragen:
1.) Wenn ich die 24VAC gleichrichte komme ich ja auf irgendwas um die 
32V. Wie bekomme ich daraus nun die 15 bzw. 24 V für die Motoren?
Ich hätte eventuell für jeden Motor einen Spannungsregler genommen mit 
2A Ausgangsstrom genommen.

2.) Wie schalte ich die Motoren mit einem ATmega? Relais möchte ich 
nicht nehmen. Ich dachte eventuell an den TIP120/121/122. Für den Motor, 
bei dem ich die Drehrichtung ändern muss dann eine H-Brücke (auch aus 
TIP120? so wie hier: 
https://trandi.files.wordpress.com/2011/04/h-bridge_schema.jpg ?)
Habe aber irgendwo gelesen das die TIP120 recht schnell heiß werden... 
Und ich habe nur seeeehr wenig Platz für Kühlkörper.

3.) Funktioniert der TIP120 überhaupt? Ich habe ja zwei verschiedene 
GNDs. Oder kann ich die zwei GNDs nach dem Gleichrichten einfach 
verbinden?

Wie gesagt... Hab bisher mit Motoren etc noch nichts gemacht.... :(

Danke!

Autor: Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)
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David Gier schrieb:
> Habe aber irgendwo gelesen das die TIP120 recht schnell heiß werden...

Bei einem normalen 'bipolaren' Transistor (BJT) fällt auch im voll 
durchgeschalteten Zustand die sogen. Sättigungsspannung (etwa 0,3 - 
0,5V) ab, multipliziert mit dem Querstrom wird daraus eine 
Verlustleistung, die den Transistor erwärmt.
Dieses Problem wird heute dadurch gelöst, das man mit dicken MOSFet 
schaltet, die im durchgeschalteten Zustand sehr kleine Kanalwiderstände 
haben und sich deswegen deutlich weniger erwärmen. Ein weiterer Vorteil 
der MOSFet ist, das sie so gut wie keine Steuerleistung benötigen, denn 
man lädt nur das Gate auf und der MOSFet leitet. Entlädt man das Gate, 
sperrt er wieder.

Blättere mal hier im Forum zum Artikel über Treiber:
https://www.mikrocontroller.net/articles/Treiber

Wenn du zu viel Spannung hast, um die Motoren zu treiben, bietet sich 
auch eine Pulsbreitenmodulation (PWM) an, die vom MC geliefert wird.
http://www.loetstelle.net/grundlagen/pwm/pwm.php

Dabei wird dem Motor ein Rechtecksignal geliefert, das der Motor 
mittelt.
Würdest du z.B. 32V Betriebsspannung haben, aber nur 24V an den Motor 
schicken wollen, wählt du ein Tastverhältnis von (24/32) 75% max. und 
der Motor sieht dann im Mittel die 24V.

Logiklevel MOSFet sind MOSFet, die direkt von einem MC mit 5V 
angesteuert werden können und sind heute recht preiswert. Geeignete 
Typen für deine Anwendung sind z.B. der IRLZ44N oder der IRLZ34N.
https://www.mikrocontroller.net/articles/Motoransteuerung_mit_PWM
Denke immer daran, das der Motor Spitzen liefert, die mit Freilaufdioden 
gekappt werden müssen.

Wie einfach die Ansteuerung von Motoren mit MOSFet ist, kannst du dir 
z.B. auch in meinem kleinen RC-Servoprojekt mal anschauen:
Beitrag "RC-Servoelektronik für DC-Motor"

Das ist jetzt nicht direkt für 32V gedacht, gibt dir aber einen 
Eindruck, wie simpel es ist.

: Bearbeitet durch User
Autor: Dietrich L. (dietrichl)
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Matthias S. schrieb:
>> Habe aber irgendwo gelesen das die TIP120 recht schnell heiß werden...
>
> Bei einem normalen 'bipolaren' Transistor (BJT) fällt auch im voll
> durchgeschalteten Zustand die sogen. Sättigungsspannung (etwa 0,3 -
> 0,5V) ab, multipliziert mit dem Querstrom wird daraus eine
> Verlustleistung, die den Transistor erwärmt.

...und der TIP120 ist ein Darlington-Transistor, da ist die 
Sättigungsspannung sogar ca. 1V!

Autor: aSma>> (Gast)
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David Gier schrieb:
> Die 8V würde ich gerne für den ATmega etc nehmen. Also gleichrichten ->
> 7805 -> bla bla bla... Kein Problem.

Ist uralt. Einfach einen Stepdown converter beim Chinamann fürn Euro 
kaufen.

> Folgende Motoren möchte ich wie folgt schalten:
> 1x 15 VDC: an/aus
> 1x 24 VDC: an/aus
> 1x 24 VDC: an/aus/Drehrichtung ändern
>
> Drehzahlregelung brauche ich also nicht.

> 1.) Wenn ich die 24VAC gleichrichte komme ich ja auf irgendwas um die
> 32V. Wie bekomme ich daraus nun die 15 bzw. 24 V für die Motoren?
> Ich hätte eventuell für jeden Motor einen Spannungsregler genommen mit
> 2A Ausgangsstrom genommen.

Kauf die einfach gleich ein richtiges Netzteil und alle Probleme sind 
weg.

Matthias S. schrieb:
> Würdest du z.B. 32V Betriebsspannung haben, aber nur 24V an den Motor
> schicken wollen, wählt du ein Tastverhältnis von (24/32) 75% max. und
> der Motor sieht dann im Mittel die 24V.

Hier muss man das richtige PWM Tastverhältnis wählen, sonst wird der 
Motor mittels Rippelstrom sich stark erwärmen.

Bei "an/aus" kann man ein einfaches Relais nehmen, sonst eine H-Brücke a 
la l298, l6202/3, l6205 usw.

David Gier schrieb:
> 3.) Funktioniert der TIP120 überhaupt? Ich habe ja zwei verschiedene
> GNDs. Oder kann ich die zwei GNDs nach dem Gleichrichten einfach
> verbinden?

Ja.

Nenne uns die Leistung deiner Motoren. Der z.B l6205 als DIP kann 2 
Motoren bis 2.8A (eher 2x1.5A rms) steuern. Man kann den auch brücken.

Autor: David Gier (Gast)
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aSma>> schrieb:
> Kauf die einfach gleich ein richtiges Netzteil und alle Probleme sind
> weg.

Ähmmm... Nein :)
Der Trafo hat in dem Gehäuse seinen festen Platz und passt genau da 
rein.
Eigentlich liefert der Trafo sogar noch ne dritte Spannung von 20V 1,0 
A, aber die steht mir nicht zur freien Verfügung^^

aSma>> schrieb:
> Matthias S. schrieb:
>> Würdest du z.B. 32V Betriebsspannung haben, aber nur 24V an den Motor
>> schicken wollen, wählt du ein Tastverhältnis von (24/32) 75% max. und
>> der Motor sieht dann im Mittel die 24V.
>
> Hier muss man das richtige PWM Tastverhältnis wählen, sonst wird der
> Motor mittels Rippelstrom sich stark erwärmen.

Hmmmm... Die Motoren laufen ja immer nur wenige Sekunden... Fällt das da 
dann auch auf? Oder kann das vernachlässigt werden?

aSma>> schrieb:
> Bei "an/aus" kann man ein einfaches Relais nehmen

Relais möchte ich eigentlich nicht verwenden... Will ja was neues lernen 
:)

Autor: aSma>> (Gast)
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David Gier schrieb:
> Hmmmm... Die Motoren laufen ja immer nur wenige Sekunden... Fällt das da
> dann auch auf? Oder kann das vernachlässigt werden?

Eventuell kriegst du einen schlechten Lauf oder die H-Brücke erwärmt 
sich unnötig. Motoren dürfen halt nicht heiß werden.

> Will ja was neues lernen
> :)

Ein Motor kann man vereinfacht als eine Spule + Innenwiderstand + EMK 
ansehen. Idealerweise sollte eine Gleichspannung am Motor anliegen. 
Durch PWM glättet die Spule den Strom. Durch verändern der Frequenz 
kannst du den Rippelstrom einstellen.

Jetzt hast du was gelernt.

Autor: Nils P. (ert)
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Google Freilaufdiode
zB Beitrag "Mit ATtiny2313 Motoren ansteuern"

Wenn du sowas nciht selber aufbauen willst --> es genug Bausätze hierfür

Besser als eine PWM Begrenzung ist natürlich eine Strombegrenzung 
(Stromregelung). Kannst du ja evtl im zweiten Schritt machen, dafür 
musst du aber noch ein bisl was lesen...

Absichern würde ich den Leistungspfad sowieso mit einer 
Schmelzsicherung...

Nimm einfach eine hohe PWM Frequenz (>18khz) und begrenze die PWM auf 
65%.
Der ATmega kann zwar dann nicht eine so hohe PWM Auflösung fahren, aber 
das wirst du wahrscheinlich gar nicht feststellen.

Bei so bastel Projekten lernt man am meisten. Evtl kommt ja später noch 
ein Display und Termperatursensor dazu,...

Viel Erfolg.

Greez Ert

Autor: David Gier (Gast)
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Alles klar, danke!
Und wie genau finde ich die perfekte Frequenz heraus? Ausprobieren und 
beobachten?^^

Autor: Harald W. (wilhelms)
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David Gier schrieb:
> Hallo!
>
> Ich habe zwar schon so manches mit einem ATmega angestellt, jedoch noch
> nie etwas mit Motoren^^
>
> Ich habe einen Ringkerntrafo der mir zwei Ausgänge bereitstellt:
> 1x 24 VAC 3,0A
> 1x  8 VAC 1,0A
>
> Die 8V würde ich gerne für den ATmega etc nehmen. Also gleichrichten ->
> 7805 -> bla bla bla... Kein Problem.
>
> Insgesamt möchte ich mit dem ATmega 3 Motoren schalten. Leider hab ich
> für die Motoren jeweils nur die Spannungsangabe. Die Motoren wurden aber
> vorher auch über den 24V-Teil des Ringkerntrafos versorgt - Leider habe
> ich aber die Original-Platine nicht mehr.
>
> Folgende Motoren möchte ich wie folgt schalten:
> 1x 15 VDC: an/aus
> 1x 24 VDC: an/aus

Das einfachste wäre, mit der 24V Wechselspannung eine Gleichspannung
zu erzeugen und daran die beiden Motoren über jeweils einen FET anzu-
schliessen. Der uC kann dann eine passende feste PWM erzeugen, um
die Motore mit der passenden RMS-Spannung zu versorgen.

> 1x 24 VDC: an/aus/Drehrichtung ändern

Das geht im Prinzip genauso wie oben, wenn man ein Relais zur
Polwendung benutzt. Dieses Relais hat praktisch eine ewige
Lebensdauer, wenn man dafür sorgt, das es nur ohne Strom
schaltet.

> Drehzahlregelung brauche ich also nicht.

Trotzdem ist eine feste PWM hier sinnvoll, um die richtige
Motorspannung zu bekommen. Vielleicht könntest Du diese
PWM auch dazu benutzen, um die Motore langsam per Rampe
hochzufahren.

> Am 15V-Motor ist eine Diode sowie ein Widerstand parallel direkt
> angelötet - ob dies bei den 24V Motoren auch so ist kann ich gerade
> leider nicht sagen, da die ziemlich versteckt verbaut sind.

Du brauchst auf jeden Fall eine antiparallel geschaltete
Freilaufdiode an den Motoren.

> 2.) Wie schalte ich die Motoren mit einem ATmega?

Die oben erwähnten FETs kann ein uC noralerweise direkt steuern.

> Relais möchte ich  nicht nehmen.

Zur Polwendung ist das aber zweckmäßig. Alternativ könnte man
eine H-Brücke verwenden, dieist aber wesentlich aufwändiger
und hat auch mehr Verluste.

Autor: MaWin (Gast)
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David Gier schrieb:
> 1.) Wenn ich die 24VAC gleichrichte komme ich ja auf irgendwas um die
> 32V.

Einfach keinen Siebelko spendieren, dann sind es 24V.

Und der 15V Motor wird mit der Einweggleichrichtung und dem Widerstand 
an die 24V~ Wicklung passen, wozu sind die sonst da.

> 2.) Wie schalte ich die Motoren mit einem ATmega?

Anlaufstrom=Blockierstrom messen, Transistoren passend auslegen.

> Und ich habe nur seeeehr wenig Platz für Kühlkörper.

Nimm MOSFETs. Kaum Verluste. Vollbrücken damit aufzubauen bei 
pulsierender Betriebsspannung ist aber etwas schwieriger als mit NPN + 
PNP.

> 3.) Funktioniert der TIP120 überhaupt?

Im Prinzip schon, aber uralt.

Verbinde Minus des 8V Brückengleichrichters mit Minus des 24V 
Brückengleichrichtets, dann hast du grmainsame Masse und für vorwärts 
reicht ein direkt vom uC ansteuerbarer LogicLevelMISFET wie IRLZ34 (je 
nach Strom). Die Vollbrücke braucht aber entweder Hilfsspannungen oder 
per Trafo angesteuerte Gates.

Autor: Harald W. (wilhelms)
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MaWin schrieb:

> Und der 15V Motor wird mit der Einweggleichrichtung und dem Widerstand
> an die 24V~ Wicklung passen, wozu sind die sonst da.

Aua, das haben aber gerade Ringkerntrafos garnicht gerne. :-(

Autor: Axel R. (Gast)
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> Ein Motor kann man vereinfacht als eine Spule + Innenwiderstand + EMK
> ansehen.

Da der Motor in seiner "EIN" Phase aber 32Volt bekommt, trotzdem aber 
langsamer dreht, steigt sein Spulenstrom! Das kann ihn schädigen.

StromTuner

Autor: Harald W. (wilhelms)
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Axel R. schrieb:

> Da der Motor in seiner "EIN" Phase aber 32Volt bekommt, trotzdem aber
> langsamer dreht, steigt sein Spulenstrom! Das kann ihn schädigen.

Das ist unwahrscheinlich, da der Strom in der Pausenzeit ja auch
fliesst und deshalb kaum grösser ist. Ausserdem reagieren solche
Motore auf Überlastung eher träge.

Autor: MaWin (Gast)
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Harald W. schrieb:
> Aua, das haben aber gerade Ringkerntrafos garnicht gerne. :-(

Es spricht viel dafür, dass das bisher auch so gemacht wurde, also gibt 
es eher kein Problem.

Aber schön, dass du mal wieder ein Bedenken getragen hast.

Autor: David Gier (Gast)
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MaWin schrieb:
> Und der 15V Motor wird mit der Einweggleichrichtung und dem Widerstand
> an die 24V~ Wicklung passen, wozu sind die sonst da.

Ich hab mal ein Bild angehängt wie ich das mit dem Widerstand (ich 
glaube das waren 220 Ohm) und der Diode meinte... Vielleicht hab ich 
mich da etwas falsch ausgedrückt^^
Ich denke die Diode dient hier als Freilaufdiode... Und der Widerstand 
(so habe ich gelesen) also "Strombegrenzung". Wie gesagt, die sind 
direkt an den Kontakten vom Motor angelötet.

(Bei den 24V Motoren (zumindest bei einem) kann das ja nicht so sein - 
sonst könnte ich den ja nicht umpolen^^ )

Autor: Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)
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David Gier schrieb:
> Und der Widerstand
> (so habe ich gelesen) also "Strombegrenzung".

Nicht wirklich - eher als Stromverbraucher. Der tut nichts anderes als 
vor sich hin Leistung zu verbraten.

David Gier schrieb:
> (Bei den 24V Motoren (zumindest bei einem) kann das ja nicht so sein -
> sonst könnte ich den ja nicht umpolen^^ )

So isses. Motoren in Brückenschaltung haben deswegen Freilaufdioden zu 
den Versorgungsspannungen, die über den Endstufen der H-Brücke liegen.

Dabei kann man sich zunutze machen, das MOSFet der Leistungsklasse immer 
eine interne 'Body' Diode zwischen Drain und Source haben (natürlich in 
Sperrrichtung) und die Gegen-EMK des Motors dann auf die 
Betriebsspannung ableiten. Das bedeutet gleichzeitig, das diese 
Betriebsspannung ganz schön verseucht wird, dem muss man mit 
Abblockmassnahmen wie z.B. dicken Elkos entgegen treten.
Wie gesagt, 'in klein' habe ich sowas zur Anschauung im 
RC-Servoelektronik Projekt mal demonstriert. Die dort benutzte H-Brücke 
nimmt P-Kanal MOSFet in der 'Highside', das kann mit solche kleinen 
Motoren, wie du und ich sie benutzen, gut klappen.
Der einzig wirklich wichtige Punkt ist, das du nicht direkt 32V gegen 
Source gemessen aufs Gate eines MOSFet geben darfst, sondern das auf Ugs 
max. begrenzen musst, das sind meistens etwa 20V. Das ist aber mit 
geschickt eingebauten Z-Dioden nicht kompliziert.

: Bearbeitet durch User
Autor: MaWin (Gast)
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David Gier schrieb:
> Ich hab mal ein Bild angehängt wie ich das mit dem Widerstand (ich glaube
> das waren 220 Ohm) und der Diode meinte...

Hmm, ja, merkwürdig. Abbauen.

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