Verhältnis PWM zu Motordrehzahl

Stefan schrieb:
> Kann ich davon ausgehen dass bei PWM 50% der Motor mit etwas halber
> Drehzahl läuft?

Ja.

Danke für die schnelle Antwort!!
schönes Wochenende noch!

Stefan schrieb:
> Danke für die schnelle Antwort!!

Freu Dich nicht zu früh. Du brauchst eine halbe H-Brücke. Ein einzelner 
Schalttransistor ergibt eine höhere Drehzahl.

> Ein einzelner Schalttransistor ergibt eine höhere Drehzahl.

Warum das?

>Warum das?
Stell Dir einfach einen EIN/AUS Schalter vor. Motor ist im Leerlauf. Mit 
ner kleinen Schwungmasse.

1sec EIN: Motor dreht hoch bis zum Beispiel 3000rpm
1sec AUS: Motor läuft langsam aus. Nach 1sec hat er noch 2500rpm

Man sieht gleich: keine 1500rpm im Mittel.

Gilt übrigens auch bei jedem (nichtsynchronen) Schaltregler, solange der 
Strom lückt.

> Freu Dich nicht zu früh. Du brauchst eine halbe H-Brücke.
Ein Transistor + Freilaufdiode tut's auch.

> 1sec EIN: Motor dreht hoch bis zum Beispiel 3000rpm
> 1sec AUS: Motor läuft langsam aus. Nach 1sec hat er noch 2500rpm

PWM nutzt man doch oft in der Art, dass der Strom während einer 
Taktperiode annähernd konstant bleibt, also mit deutlich höherer 
Taktfrequenz ...

Elektrofan schrieb:
>> Freu Dich nicht zu früh. Du brauchst eine halbe H-Brücke.
> Ein Transistor + Freilaufdiode tut's auch.

Dazu muß der Motor von möglichst übler Qualität sein (quietschende 
Lager, verklebtes Getriebe).

Wenn es darum geht, lastunabhängig eine proportionale Drehzahl zu 
erhalten, bietet sich eine einfache Regelung an: 
Beitrag "Drehzahlregler für DC-Motor, ATmega48-328"

Weiter unten (11.07.2015 18:56) sind Bilder, welche PWM sich einstellt 
ohne und mit Belastung.

>> Warum das?
> Stell Dir einfach einen EIN/AUS Schalter vor.

Wenn der Transistor abschaltet fließt der induzierte Strom durch die 
Freilaufdiode.

Bei einer Halbbrücke würde der Strom durch den zweiten Transistor 
fließen.

Ich sehe da keinen nennenswerten Unterschied. Ohne Freilaufdiode wäre 
das sicher was anderes, aber ich kenne keine reale PWM Schaltung mit 
induktiver Last ohne Freilaufdiode.

Stefan U. schrieb:
> Ich sehe da keinen nennenswerten Unterschied. Ohne Freilaufdiode wäre
> das sicher was anderes, aber ich kenne keine reale PWM Schaltung mit
> induktiver Last ohne Freilaufdiode.

Wenn Du einen Motor allein als induktive Last betrachten willst, dann 
mußt Du seine Achse festschweißen.

m.n. schrieb:
> Wenn Du einen Motor allein als induktive Last betrachten willst, dann
> mußt Du seine Achse festschweißen.

Wenn du ihn alleine als reale Last betrachten willst, dann ergäbe 50% 
PWM halbe Leistung am ohmschen Widerstand, also eine effektive Spannung 
von 0.707, und da die Drehzahl eines Motor von der effektiven Spannung 
abhängt nicht die halbe Drehzahl sondern 70% der Drehzahl.

Man muss in dem Fall die PWM schon so schnell machen, daß der Motor sich 
als Induktivität auswirkt.

MaWin schrieb:
> Man muss in dem Fall die PWM schon so schnell machen, daß der Motor sich
> als Induktivität auswirkt.

Klasse Idee! Man muß die PWM so zwischen 100 kHz - 5 MHz legen, damit 
der Motor dann auf halbe Drehzahl herunterkommt.
Kleiner Nachteil: wenn man ihn dann belastet, bleibt er stehen :-(

Noch einmal: man braucht eine halbe H-Brücke, wenn man den eingangs 
erfragten Effekt erhalten möchte. Damit funktioniert dann auch 'klupps' 
Beispiel von oben. Eine Sekunde dreht der Motor mit 2500 Upm und eine 
Sekunde steht er still. Mittelwert: 1250 Upm - wie gewünscht.

m.n. schrieb:
> Noch einmal: man braucht eine halbe H-Brücke, wenn man den eingangs
> erfragten Effekt erhalten möchte.

Hatte letztens schon eine Simulation für das Prinzip eines L293 
vorbereitet - war dann aber nicht mehr notwendig. Also schnell mal die 
zweite Seite entfernt.

Eine Halbbrücke unterscheidet sich in genau Nix von einem 
Transistor+Freilaufdiode. Oder wolltest du D1 als Freilaufdiode sehen?

Wenn es eine Brücke mit MOSFET ist, kann man während der Aus-Zeit Q2 
zusätzlich ansteuern, aber nur um damit die Verluste zu minimieren. An 
der Funktion ändert sicht nichts.

> Klasse Idee! Man muß die PWM so zwischen 100 kHz - 5 MHz legen, damit
> der Motor dann auf halbe Drehzahl herunterkommt.
> Kleiner Nachteil: wenn man ihn dann belastet, bleibt er stehen :-(

Bei DC-Motoren mit ein paar kW wird z.B. im kHz-Bereich getaktet.
Dann ist die Welligkeit der Motorstroms schon einigermassen "glatt".

Würde man viel langsamer takten, hätte man entsprechend stärkere 
Welligkeit.
Genau das wäre aber für den Motor ungünstig (weil das Motormoment vom 
arithmetischen Mittelwert des Stromes abhängt, die Wicklungserwärmung 
aber vom Effektivwert).

lx293 schrieb:
> Hatte letztens schon eine Simulation für das Prinzip eines L293

Wie hast Du denn die kinetische Energie simuliert?

> Eine Halbbrücke unterscheidet sich in genau Nix von einem
> Transistor+Freilaufdiode.

Hat man einen fremd- bzw. permanenterregten DC-Motor und will auch 
bremsen, geht das direkt (d.h. ohne Umschalten) nur mit der Halbbrücke.

m.n. schrieb:
> Wie hast Du denn die kinetische Energie simuliert?
Das ändert am Prinzip/Beispiel nichts.

Wenn es dich wirklich interessiert, versuche es einmal mit den Modellen 
von Dave Wilson (TI). Ich hoffe, dass die nichts dagegen haben, wenn ich 
die originalen zip-Dateien direkt anhänge und nicht erst den Link suche.

Ich habe hier seine Version des 2-Q DC-Motors auf eine einfache PWM 
geändert, indem der Schalter VCS mit Vser=0.6 nur in eine Richtung 
durchlässig gemacht, eine "echte" Diode eingesetzt und die anderen Teile 
der Brücke entfernt wurden. An der PWM-Erzeugung wollte ich nicht 
drehen, daher wird High-Side getaktet.

Habe gerade bemerkt (irgendwie kam mir der Verlauf der Back-Emf seltsam 
vor), dass im Original der Motor angetrieben wird (-200 -> 100 -> 
300rpm).

Daher umgebaut, so dass mit einfachem Verschieben der beiden Pads 
"umgeschaltet" werden kann (V10 Last: 1V=1Nm, V11 Drehzahl: 1V=1rpm).
Auch dem Schalter etwas realistischere Werte gegeben, damit die 
Strom-Spikes die Ausgabe nicht komplett ruinieren.

Als Anhang das Beispiel der PWM mit Anlauf im Leerlauf, nach 100ms wird 
eine Last von 0.5Nm zugeschaltet.

> www.olliw.eu/uploads/pwm-elektromotor-manuscript.pdf

So weit ich das übersehen habe, wird dort genau berechnet, welche 
Verhältnisse bei beliebiger Stromwelligkeit vorliegen.

Quintessenz:
Ist die Welligkeit zu vernachlässigen, verhält sich der Motor genau wie 
an einer gleich grossen konstanten Gleichspannung (ideale Schalter 
vorausgesetzt). Insbesondere ist die Drehzahlabhängigkeit vom Lastmoment 
dieselbe.
Ist die Stromwelligkeit grösser, kann man munter drauflos rechnen...
Z.B. wird der Motor bei gleicher Drehzahl und Abgabeleistung wärmer, als 
an Gleichspannung (Formfaktor des Stromes) u.v.m.

Demnach kann die zu wählende Taktfrequenz aus Sicht des Motors gerne 
hoch sein, solange die Verluste im Steller noch akzeptiert werden 
können.

Probieren geht über studieren!

Mein 1. Motor: Servomotor, 12V, 100W Nennleistung, 1800U/min

Betrieben mit 24V/PWM=20% ==> 685 U/min
                  PWM=40% ==> 1301 U/min
                  PWM=60% ==> 1857 U/min

2. Motor: Kleinmotor mit 24V Nennspannung, 2400U/min

Betrieben mit 24V/PWM=20% ==> 510 U/min
                  PWM=40% ==> 1140 U/min
                  PWM=60% ==> 1591 U/min
                  PWM=80% ==> 2383 U/min
24V direkt angeschlossen: ==> 2670 U/min

Stefan schrieb:
> wie verhält sich die Motordrehzahl (im lastfreien Betrieb) zum
> PWM-Signal?
> Kann ich davon ausgehen dass bei PWM 50% der Motor mit etwas halber
> Drehzahl läuft?
> Der Motor ist ein Gleichstrom-Motor.

Das waren jetzt x verschiedene Antworten basierend auf x Szenarien...
Unter lastfrei verstehe ich jetzt mal "idealer Motor", also auch (fast) 
keine Reibung / Verluste. (Ganz ohne Verluste wirds blöd, weil alle 
Wirkwiderstände unendlich / 0 werden)
Real wird die Drehzahl mit reduzierter Spannung (oder PWM) dann 
niedriger sein.
Hilfreich ist dabei die Betrachtung 50% PWM = DC@50% Versorgungsspannung 
+ AC(Rechteck)@50% Versorgungsspannung.

Szenario #1
Strom lückt nicht (relativ egal ob mit Freilaufdiode oder Halbbrücke). 
Die PWM muss dafür ausreichend schnell sein gegenüber der 
Motorinduktivität.
Dann liegt die Drehzahl bei 50%.
Der AC-Teil wird durch die Induktivität komplett weggefiltert. Es bleibt 
eine Betriebsspannung von 50% DC.

Szenario #2
Langsame PWM mit Freilaufdiode. Strom lückt.
Drehzahl liegt über 50% (bis 100%).
Während PWM-An wird der Motor evtl. bis auf 100% der Drehzahl @100%PWM 
beschleunigt. Reibung ist kaum vorhanden, damit geht in der 
Freilaufphase keine/kaum Drehzahl verloren. In der Stromlücke geht 
ebenfalls kaum Drehzahl verloren.

Szenario #3
Langsame PWM mit Halbbrücke. Motor geht zeitweise in Generator-Betrieb 
über.
Drehzahl bei 50% mit deutlichen Schwankungen/Oszillationen. (glaub ich 
zumindest, genaue Betrachtung ist mir grad zu kompliziert)

Stephan