Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Reihenschlussmotor mit µC und "Richtungsumkehr ohne Relais"


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von Katrin (Gast)


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Hallo Zusammen,

zu meinen Vorkenntnissen:

Seit 1 Jahr fertig mit E-Studium, nun seit ca 6 Monaten bei einem 
Elektronikentwickler.

dort habe ich als Erstprojekt eine Ansteuerung für einen Universalmotor 
(Reihenschlussmotor) aufgebaut, bei der die Wicklungen (Feld oben, Feld 
unten und Anker) getrennt herausgeführt waren.
Ich habe einen Triac mit MOC 3023 über einen PIC angesteuert und so eine 
Phasenanschlittsteuerung realisiert. Die Ankerwicklung konnte man 
mittels 2 Wechslern umschalten, so dass im Stillstand auch eine 
Umschaltung der Drehrichtung möglich war. So weit so gut. Nun musste ich 
das Projekt um eine Drehzhahlregelung erweitern, was an sich auch nicht 
ads Problem war (Inkrementaldrehgeber mit A&B Spur dran und dann mit 
Camptcher Compare den Zündzeitpunkt des Triacs verstellt, lief 
wunderbar. Nun sollte das Projekt nochmals erweitert werden, der Motor 
soll "geregelt gebremst werden".

Hierzu habe ich im Betrieb den Triac kurz deaktiviert (MOC bekommt keine 
Ansteuerung mehr), dann 20ms gewartet um sicher zu gehen dass der Triac 
wirklich gelöscht ist, dann die beiden Relais umgeschaltet um die 
Drehrichtung des Ankers zu ändern und mit 10% Phasenanschnitt quasi in 
die falsche Richtung angetrieben, so lange bis die Drehzahl 0 war. Das 
hat soweit auch ganz gut funktioniert. Problem war nur, dass durchaus 
mal 1000 Start/Stopp Vorgänge am Tag auf diese Weise durchgeführt 
werden, was dazu führt, dass die beiden Relais recht schnell kaputt 
gingen. Nun war meine Idee, anstelle der beiden Wechsler eine H-Brücke 
mit Triacs zu verwenden und diese mit jeweils einem MOC 3063 als 
Vollwellentriac aufzubauen, merke aber immer mehr, dass ich wohl noch zu 
wenig Fachwissen über Triacs habe sowas vernünftig zu realisieren. Wenn 
ich mir das als Schaltplan mal aufmale unter Verwendung der 
Schaltbeispiele des Datenblattes des MOC, dann habe ich bei der 
Snubberschaltung da Problem, dass sich dauerhaft leitfährige Pfade 
ergeben. Auch habe ich immer mehr Angst vor "Über-KopfZünden.


Da ich das Forum schon seit der Studienzeit mit Begeisterung lese, hoffe 
ich ihr habt eine Idee/einen Denkanstoß und könnt mir weiterhelfen.

Bitte seid nachsichtig mit mir, in 6 Monaten Arbeit wird man halt noch 
kein Fachmann/Fachfrau, aber ich bemühe mich sehr und kann vor einigen 
hier im Forum nur den Hut ziehen.

von Sascha_ (Gast)


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Da hat sich ja ein enormer Feature Creep angesammelt. Demnächst soll der 
Motor noch selbstständig Brötchen holen gehen.

Vielleicht ist ne Mosfet-Hbrücke mittlerweile sinnvoller?

Was sind im Allgemeinen die Anforderungen?

von Elektrofan (Gast)


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Reihenschlussmaschinen können auch generatorisch selbsterregt bremsen 
(früher bei Strassenbahnen gemacht, mit Bremswiderständen).

Einfacher: Stärkere Relais (Schütz) nehmen.

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


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Du kannst den Bremsbetrieb auch dahingehend realisieren, daß Du einen 
Bremswiderstand auf den Anker schaltest und die Bremskraft über den 
Strom in den Ständerwicklungen regelst.

Die Relais solltest Du leistungslos umschalten, dann halten die sehr 
lange. Macht jede Waschmaschine so, da ist in 80% der Fälle genau so ein 
Motor drin wie Du ihn beschreibst.

Oder Du baust Deine Maschine auf einen Asynchronmotor um. Der könnte mit 
dem passenden Umrichter sogar rekuperativ mit Netzrückspeisung bremsen.

von SonicHazard (Gast)


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Ben B. schrieb:
> Die Relais solltest Du leistungslos umschalten, dann halten die sehr
> lange. Macht jede Waschmaschine so, da ist in 80% der Fälle genau so ein
> Motor drin wie Du ihn beschreibst.

Wurde in der bisherigen Version nicht versucht stromlos zu schalten?
Oder wird der Bremsstrom zu früh eingeschaltet?

Nebenbei:
Was ist eigentlich ein "Vollwellentriac" gegenüber einem normalen Triac?

Das Ganze klingt nach einer Menge Entwicklungsarbeit. Nicht Umsonst 
werden bei Servoantrieben keine Reihenschlussmotoren eingesetzt.
Zumindest scheint das Bremsen keine thermischen Probleme zu bereiten, 
auch wenn die gesammte kinetische Energie im Motor in Wärme umgesetzt 
wird.
Ich würde mal versuchen zum Bremsen den Motor kurzzuschliessen. 
Eventuell gepulst mit IGBTs. Bleibt die Frage ob das Bremsmoment 
ausreicht, gerade auch bei niedrigen Drehzahlen.
Eine weitere Möglichkeit wäre den Kollektor kurzzuschliessen und 
Drehzahlabhängig einen Strom durch den Motor zu prägen. Der Motor wäre 
in diesem Fall keine Reihenschlussmaschine mehr sonder eher ein 
Nebenschlussmotor mit kurzgeschlossener Ankerwicklung.

Viel Erfolg beim Testen!

von Katrin (Gast)


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Hallo und vielen Dank schonmal für die Antworten

@Sascha: Eine Mosfet Brücke impliziert ja Gleichspannung oder irre ich 
mich da? Ich hab doch aber eine Wechselspannung, scheidet von daher 
nicht ein MOSFET aus?

Ben B. schrieb:
> Die Relais solltest Du leistungslos umschalten, dann halten die sehr
> lange. Macht jede Waschmaschine so, da ist in 80% der Fälle genau so ein
> Motor drin wie Du ihn beschreibst.

Wie will ich denn "Leistungslos schalten". Selbst wenn ich nach dem "gas 
geben" den Triac für die Phasenanschnittsteuerung abschalte, dann 20ms 
warte und dann die Relais umschalte, so schalte ich doch sofort auf 
Leistung weil der Anker doch eine Spannung induziert, oder verstehe ich 
da was falsch?

von Michael B. (laberkopp)


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Katrin schrieb:
> dort habe ich als Erstprojekt eine Ansteuerung für einen Universalmotor
> (Reihenschlussmotor) aufgebaut, bei der die Wicklungen (Feld oben, Feld
> unten und Anker) getrennt herausgeführt waren.
> Ich habe einen Triac mit MOC 3023

Eine Drehrichtungsumkehr ist einfach, wenn man einen Reihenschlussmotor 
mit 2 gegensinnig gewickelten Feldwicklungen hat (Prinzip Märklin 
Modelleisenbahnmotor, Bohrmaschinen oder manche Rollladenmotore).
1
     ~
2
     |
3
 Sicherung
4
     |
5
    (R)
6
     |
7
  +--+--+
8
  |     |
9
 (F)   (F)
10
  |     |
11
TRIAC TRIAC
12
  |     |
13
  +--+--+
14
     |
15
     ~
Je nach dem, welcher TRIAC zündet, läuft er vorwärts bzw. rückwärts, 
bzw. wird aktiv gebremst.
Natürlich knallt es auch da gewaltig, wenn aus Versehen beide TRAICs 
zünden, daher sollte eine Sicherung gegen Überstrom drin sein.

Da an der jeweils gegenüberliegenden Wicklung die doppelte Netzspannung 
entsteht, und man normalerweise 600V TRIACs am 230V Netz einbaut, sollte 
man dort 1200V TRIACs verwenden.

Deine Schaltung ist also einfach, wenn man die richtigen Bauteile dafür 
verwendet.

Katrin schrieb:
> Ich habe einen Triac mit MOC 3023

Der ist VOLLKOMMEN unzureichend für 230V.

Katrin schrieb:
> nun seit ca 6 Monaten bei einem Elektronikentwickler.

Ich würde dich bei so eklatanter Fehldimensionierung rausschmeissen.

Katrin schrieb:
> jeweils einem MOC 3063 als Vollwellentriac aufzubauen

Der ist gerade eben ausreichend.

Begründung: Im 230V Netz gibt es Überspannungen. Dagegen schützt man 
eine elektronische Schaltung mit 250V~ VDR. Die leiten aber erst ab 595V 
zuverlässig ab. Also braucht man 600V Bauteile.

Da die meisten Häuser mit Drehstrom versorgt werden, kann ein 
Kurzschluss an einer Phase zu einer Nullpunktverschiebung führen. Grob 
gesagt
1
L1 ---R---+
2
          |
3
       Kurzschluss
4
          |
5
N  ---R---+
6
          |
7
        Gerät
8
          |
9
L2 ---R---+
R ist der Zuleitungswiderstand, dann führt der Kurzschluss zu einer 
Verschiebung mit Verkettungsfakor der Spitzenspannung auf 420V, dein 
MOC3023 ist kaputt.

von Sascha_ (Gast)


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Katrin schrieb:
> nicht ein MOSFET aus?

Wer sagt denn, dass Wechselspannung auch Wechselspannung bleiben muss.

Oder gibts da ne Anforderung zu?

von Katrin (Gast)


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Hallo Michael,

danke für deine Schaltung: Leider habe ich keine 2 gegensätzlich 
gewickelten Feldwicklungen sondern nur eine obere und eine untere, die 
beide für den Lauf aktiv sein müssen. Daher scheidet diese Version 
leider aus.

Mir ging es doch nur darum, dass ich wissen wollte ob ich mit 4 TRIACS 
eine H Brücke aufbauen kann und wie ich die MOCs dabei beschalten muss, 
wie die Snubber dann aussehen können und wie ich eventuell auftretende 
Störungen die zum über Kopf zünden führe vermeide.

Michael B. schrieb:
> Katrin schrieb:
>> nun seit ca 6 Monaten bei einem Elektronikentwickler.
>
> Ich würde dich bei so eklatanter Fehldimensionierung rausschmeissen.

Spar dir doch bitte diese unqualifizierten Äußerungen. Wem nützen die???
Ich hab mein Studium in Regelzeit mit 1,7 abgeschlossen, kann also so 
dumm nicht sein und dass man nach dem Studium noch lange nicht alles 
weiß ist doch wohl auch klar, sonst müsste ich hier nicht fragen, 
beglückwünsche aber deinen Arbeitgeber dazu einen Angestellten gefunden 
zu haben der ALLES weiß und nie Fehler macht.

von Dreher (Gast)


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@Michael

Die meisten Häuser besitzen 
Leitungsschutzschalter(Sicherungen/Sicherungsautomaten), ein Kurzschluss 
an einer Phase bewirkt das dieser auslöst.

Außerdem wurde hier nicht nach der Störfestigkeit gefragt. Evtl. handelt 
es sich um einen Versuchsaufbau.

@Katrin

Welche Leistung hat der Motor? Du könntets evtl auch mit Solid State 
Relais arbeiten und deine vorhandene Lösung weiterverfolgen.

von Michael B. (laberkopp)


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Dreher schrieb:
> @Michael
>
> Die meisten Häuser besitzen
> Leitungsschutzschalter(Sicherungen/Sicherungsautomaten), ein Kurzschluss
> an einer Phase bewirkt das dieser auslöst.

Kindchen, und was passiert BIS der Automat auuslöst ? Das dauert nämlich 
für Elektronik eine Ewigkeit.

von Dreher (Gast)


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Dann erklär mir mal, die Sternpunktverschiebung mit angeschlossenen N.

von Michael B. (laberkopp)


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Dreher schrieb:
> Dann erklär mir mal, die Sternpunktverschiebung mit
> angeschlossenen N.

Habe ich in Beitrag "Re: Reihenschlussmotor mit µC und "Richtungsumkehr ohne Relais"" 
aufgezeichnet und vorgerechnet, kannst du nicht lesen ?

von R. F. (rfr)


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"Mir ging es doch nur darum, dass ich wissen wollte ob ich mit 4 TRIACS
eine H Brücke aufbauen kann und wie ich die MOCs dabei beschalten muss,
wie die Snubber dann aussehen können und wie ich eventuell auftretende
Störungen die zum über Kopf zünden führe vermeide."

Man kann, aber das kann man auch mit IGBT und anderen Bauelementen. 
Diese Lösung hat den Vorteil, dass die Abschaltung nicht durch die 
Stromlücke erfolgt. Die Stromlücke schaltet zwar zuverlässig ab, aber 
wenn sie durch Störungen verschwindet, ist es schlecht. IGBT können das 
bei entsprechender Auslegung verhindern. Snubbers sind nicht 
erforderlich.

Für IGBT-Brücken existieren integrierte Ansteuerungsbausteine, die die 
Arbeit sehr erleichtern und eine sichere Ansteuerung sicherstellen. So 
kann man sich auf die Ansteuerung konzentrieren. Fehlzündungen und 
Überkopfzünden sind damit nicht möglich.

Die Überlegung zur Spannungsfestigkeit solltest du aber sehr ernst 
nehmen! Man glaubt garnicht, was sich im Netz so alles bewegt. Das gilt 
für Energienetze mit Transienten und Hochspannungs- und 
Hochfrequenzanteilen genau so wie für Trolle im Internet.

Grüsse

Robert

von Elektrofan (Gast)


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> mit 4 TRIACS eine H Brücke aufbauen

Wenn in einer Halbbrücke z.B. der obere Zweig leitet, muss beim Schalten 
doch in üblichem Fall der wg. der Lastinduktivität (fast) konstante 
Laststrom auf den unteren Zweig kommutieren.
D.h. momentan führen beide Zweige den halben Strom, und dann wird es bei 
Triacs schwierig, den oberen zu löschen ...

von Hubert G. (hubertg)


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Elektrofan schrieb:
> Wenn in einer Halbbrücke z.B. der obere Zweig leitet, muss beim Schalten
> doch in üblichem Fall der wg. der Lastinduktivität (fast) konstante
> Laststrom auf den unteren Zweig kommutieren.
> D.h. momentan führen beide Zweige den halben Strom, und dann wird es bei
> Triacs schwierig, den oberen zu löschen ...

Wenn man sicherstellt das der Motor steht bevor die Richtung 
umgeschaltet wird, das kann man wohl als gegeben annehmen, kann es diese 
Probleme nicht geben.

von Elektrofan (Gast)


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> Wenn man sicherstellt das der Motor steht bevor die Richtung
> umgeschaltet wird, das kann man wohl als gegeben annehmen, kann es diese
> Probleme nicht geben.

Katrin (Gast)  schrieb ganz oben, es solle mit Gegenstrom gebremst 
werden:
>> ... dann die beiden Relais umgeschaltet um die
>> Drehrichtung des Ankers zu ändern und mit 10% Phasenanschnitt
>> quasi in die falsche Richtung angetrieben, so lange bis
>> die Drehzahl 0 war.

Also müsste zum Bremsen bis Stillstand die Stromrichtung schon VORHER 
umgedreht werden.
Das ist nicht trivial.

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


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Wieso?

Wenn man so einen Motor bei voller Drehzahl stromlos schaltet, bricht 
das Magnetfeld bis auf einen ganz geringen Restmagnetismus komplett 
zusammen.

Ergebnis ist, daß da auch beim Aufschalten irgendwelcher 
Bremswiderstände oder Umschalten von Wicklungen keine große Spannung und 
keine großen Ströme fließen. Um mit dem Motor bei Reihenschlußverhalten 
zu bremsen, muß man soweit ich mich erinnern kann den Rotor umpolen und 
den Motor danach mit einem Stromstoß neu erregen, damit er im 
Generatorbetrieb laufen kann. Bei Bahnmotoren funktioniert das seit 
vielen Jahren - im Megawatt-Bereich.

von Elektrofan (Gast)


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@Ben B.:
I.d.R. bleibt ein bisschen Restmagnetismuss übrig, schon
Siemens entdeckte das dynamoelektische Prinzip.
Ich hatte mal einen Drehstromasynchronmotor, der lief einphasig an 
(natürlich ohne Last, und gaaanz, ganz langsam).

Die DB-Baureihe 110 mit Reihenschlussfahrmotoren betreibt diese beim 
Widerstandsbremsen (in den Fahrdraht rückspeisen geht ja nicht so 
einfach), mit Fremderregung:
http://www.baureihe110.de/T_Bremse.htm

Vielleicht wären ein Gleichrichter mit nachfolgenden MOSFET oder IGBT 
eine Alternative ?

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