Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Ankerzeitkonstante DC-Motor


Announcement: there is an English version of this forum on EmbDev.net. Posts you create there will be displayed on Mikrocontroller.net and EmbDev.net.
von Vita H. (Firma: FH-Bielefeld) (thevit1989)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hi Leute,

ich möchte gerne die Ankerzeitkonstante von einem DOGA 319 DC-Motor 
messen.

Leider weiß ich nicht wie das geht. Ich habe schon mit einem 
RLC-Messgerät die Induktivität und den Innenwiderstand gemessen. 
Messgerät ist das Agilent U1733C. Einmal mit 100Hz, 1kHz, 10kHz und 
100kHz. Jedesmal kamen andere Werte für R und L raus. Es wird wohl mit 
X_L = 2PI*f*L zusammenhängen.

Nun weiß ich nicht, was nun der richtige wert sein soll. Muss ich das 
noch umrechnen?

T_A = L_A/R_A;

Oder ist es einfacher die Ankerzeitkonstante anhand des anlaufenden 
Stroms zu messen?

Wenn ja muss ich die Welle blockieren und dann auf die ansteigende 
Flanke Triggern?

Kurz zu Funktion was ich vor hab:

Ich möchte eine Drehzahlregelung mit einem DC-Motor durchführen. Das 
Stellglied ist eine H-Brücke. Ein Mikrocontroller ATmega 128 übernimmt 
den Soll-Ist-Vergleich.

Drehzahl wird über einen Drehgeber ermittelt.

Für jede Hilfe bin ich Dankbar!!

Gruß Vit

: Verschoben durch Moderator
von aSma>> (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Bei einer Motorregelung hat man 2 Zeitkonstanten:
-Motorzeitkonstante (Mechanische Anlaufzeitkonstante)
-Ankerzeitkonstante (Elektrische Zeitkonstante)

Meistens ist die el << mech und deswegen wird diese nicht 
berücksichtigt. Dadurch erhält man eine klassische Pt1 Strecke.

Nur so nebenbei Widerstandbestimmung am besten einfach den Blockierstrom 
ablesen (Labornetzteil). Damit geht es am genausten.

Die Induktivität bestimmt man üblicherweise bei 1khz. Diese sinkt bei 
steigernder pwm Frequenz. Am besten mit einer H-Brücke und einen Shunt 
Widerstand den Stromanstieg mit einen Oszi angucken. Dabei 50% VCC und 
50% -VCC abwechselnd drauf geben. Es gilt: ul=L di/dt.

Viel Spaß.

von Vita H. (Firma: FH-Bielefeld) (thevit1989)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hi,

erstmal vielen dank für die schnelle Antwort.

Ja das mit dem Widerstand und dem Labornetzteil ist so ne Sache. Der 
Motor nimmt laut Datenblatt bis zu 60A. Ich habe es Probiert und der 
Anlauf lag so bei 30A.

Motorparameter: U = 12V, I_N = 7A, I_A = 60A, n = 85rpm, Getriebemotor.

Naja schön und gut aber wenn ich das nun am Labornetzteil mache, geht 
direkt die Strombegrenzung rein. Das Netzteil kann nur bis 10 A.

Ein Stärkeres habe ich einfach nicht. Wenn ich mit dem Messgerät Agilent 
messe, f=1kHz -> L_A = 274,2µH, R_A = 2,12Ohm und Z_A = 2,73Ohm.

Sind diese Werte realistsich?

Den zweiten Teil, mache ich dann morgen mit einer Stromzange am 
Oszilloskope.

Kurze zum Verständnis, 50%-VCC meinst du wahrscheinlich gegen den 
Uhrzeigersinn drehen? Also 50% Rechts und 50% Links abwechselnd.

:)

Besten dank nochmal!!

von aSma>> (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Vita H. schrieb:
> Sind diese Werte realistsich?
Nö. Wen interessiert der Scheindwiderstand?! Unnütz.
Lerne Datenblätter zu lesen.

> Motorparameter: U = 12V, I_N = 7A, I_A = 60A, n = 85rpm, Getriebemotor.
I_A ist der Anlaufstrom/Blockierstrom. R=U/I

> Naja schön und gut aber wenn ich das nun am Labornetzteil mache, geht
> direkt die Strombegrenzung rein. Das Netzteil kann nur bis 10 A.
Ein bisschen mitdenken muss man irgendwie schon. Anstatt 12V legt man 
halt <2V an. Braucht man aber jetzt nicht mehr.

> Kurze zum Verständnis, 50%-VCC meinst du wahrscheinlich gegen den
> Uhrzeigersinn drehen? Also 50% Rechts und 50% Links abwechselnd.

Ja, halt sowas: 
https://camo.githubusercontent.com/1986996fa17c57b5b50ee71333d44f57cd9a6753/68747470733a2f2f6c68332e676f6f676c6575736572636f6e74656e742e636f6d2f2d71536c6c4f5642686b736b2f55567256644d66342d48492f41414141414141414144452f3745384e466665454f72342f733633382f706963382e6a7067

Die richtigen Parameter aus einen Motor aus dem Stillstand zu entnehmen, 
ist eine Glücksache, jenachdem wie die Bürsten zum Anker stehen.

Also immer zuerst nach Datenblätter suchen, sonst dann Hersteller 
anschreiben. Wenn man weiß was man tut dann geht es auch.

Hier muss man auch die pwm frequ. so erhöhen, dass gilt ul=L di/dt und 
nicht eine e-fkt ergibt. Also wenn die L_A = 274,2µH nur ansatzweise 
stimmt, dann brauchst du über 50khz oder eine Drossel. Wir werden es ja 
sehen.

von Vita H. (Firma: FH-Bielefeld) (thevit1989)


Angehängte Dateien:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Mahlzeit,

endlich Wochenende und etwas Zeit zum basteln.

Ich habe jetzt den Motor mit 50%+VCC und 50%-VCC bei einem 1kHz 
betrieben.

Bild 1 zeigt diesen Verlauf. 1kHz

Bild 2 Hab ich mit 62.5kHz betrieben was mir aber keine Aussage gibt.

Zusätzlich habe ich den Motor in eine Richtung drehen lassen und dann 
Blockiert, um die Ankerzeitkonstante zu messen.

Zu finden in Bild 6.

Aus dem Datenblatt (Laut  aSma) wissen wir das R_A = 12V/60A = 0.2Ohm.

Aus dem Bild 2 Ankerzeitkonstante entnehme ich T_A = 2,02ms. L_A = T_A * 
R_A, -> L_A = 2,02ms * 0,2 = 404µH.

Ich hoffe das ich nun alles richtig gemacht habe:)

Schönes Wochenende!!

von aSma>> (Gast)



Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Vita H. schrieb:
> Bild 1 zeigt diesen Verlauf. 1kHz
>
> Bild 2 Hab ich mit 62.5kHz betrieben was mir aber keine Aussage gibt.

Doch man sieht doch ganz stark, dass der Rippelstrom sich stark ändert. 
Man betrachtet immer den stationären Zustand.

> Ich hoffe das ich nun alles richtig gemacht habe:)
Es gibt mehrere Wege nach Rom aber um die Induktivität im Arbeitspunkt 
zu bestimmen, geht am besten mit der Formel: L= Vcc/(2*f*delta_I). Diese 
ändert sich stark mit der Frequenz Faktor: 0.3..0.8 von 1khz gesehen.

Vcc=12V, f=62.5Khz, delta_I ist der Rippel, den du anhand deines Shunt 
Widerstands bestimmst siehe Bild im Anhang.

Für eine Regelung braucht man die Konstanten eigentlich nicht. Es ist 
halt gut zu wissen wie groß die Induktivität ist, sodass man die pwm 
freq. richtig auslegen kann (<10% von In), und anhand des 
Innenwiderstandes ist es gut zu wissen wie groß der max. Strom wird, 
sodass eine Stromregelung eventuell in Betracht gezogen werden kann.

Oder du willst alles analytisch machen?

von Vita H. (Firma: FH-Bielefeld) (thevit1989)


Angehängte Dateien:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hi,

hab jetzt die Messung mit f= 62,5kHz wiederholt, für eine bessere 
Auflösung.

Leider habe ich es zu spät gemerkt und nur die mitte des I_DeltaRippel 
genommen. Siehe Bild im Anhang.

Somit mache ich die Messung morgen mal nochmal, um den hinteren Bereich 
zu nehmen.

Aber gehen wir mal davon aus, dass der I_DeltaRippel bei 1A liegt.

L = VCC*D/f*I_DeltaRippel = 12V*0.5/62,5kHz*1 = 96µH.

Achja ich habe wieder die leitung in 3 gesplittet um die Stromzange 
nicht zu beschädigen.

Muss ich den Rippel dann mal 3 Rechnen?

Falls du dich fragst, wofür das ist, ich will eine Drehzahlregelung 
aufbauen und dazu alle Parameter des Motors kennen.

Nochmal eine Frage ist 96µH eines Gebürsteten Motors mit Getriebe 
realistisch?

Wenn ich mir Induktivitäten von Step-Down-Wandlern ansehe, dann sind die 
bei 15µH. Obwohl wenn ich so Überlege 15µH sind für einen Dauerstrom von 
ca.2A bei einem Step-Down-Wandler. Der Motor kann I_N = 7A dann kann der 
Wert 96µH sogar passen.

Oder bin ich voll auf dem Falschen weg?

Vielen Dank für die Hilfe!!!

Gruß Vit

von Falk B. (falk)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
@Vita Hard (Firma: FH-Bielefeld) (thevit1989)

>Achja ich habe wieder die leitung in 3 gesplittet um die Stromzange
>nicht zu beschädigen.

>Muss ich den Rippel dann mal 3 Rechnen?

Das geht so nicht! Der Strom teilt sich NICHT gleichmäßig auf drei 
Leitungen auf, vor allem da durch die Stromzange eine zusätzliche 
Induktivität reinkommt!

Der Strom muss VOLLSTÄNDIG durch deine Stromzange fließen.

>Nochmal eine Frage ist 96µH eines Gebürsteten Motors mit Getriebe
>realistisch?

Eher nicht, ich würde mal eher Richtung 1mH++ denken.

von aSma>> (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Vita H. schrieb:
> Muss ich den Rippel dann mal 3 Rechnen?

K.A. siehe Gebrauchsanweisung des Herstellers. Bei einen Leistungsshunt 
gilt das Ohmsche Gesetz.

> Nochmal eine Frage ist 96µH eines Gebürsteten Motors mit Getriebe
> realistisch?

Sicher. Bei 62,5khz wohlgemerkt. Das ist das gute an dieser Messmethode 
man kann im AP die genaue Induktivität ausrechnen. Bei den angenommenen 
1A Rippel wäre das 14% von Nennstrom. Damit kann man arbeiten ohne sich 
zu sorgen. Ein sehr großer Rippelstrom kann die Bürsten schnell fetzen 
und erwärmt den Motor stark. So kann es sein, dass man eine Choke 
hinzufügen müss oder die pwm frequ. erhöhen. Viele Motortreiber bei 
dieser Leistungsklasse gehen aber nicht mehr wie 30khz.

Weiterhin die Induktivität hängt mit den Innenwiderstand zusammen. 
Kleiner Innenwiderstand kleine Induktivität... Deshalb werden solche 
Motoren nicht geregelt, sondern nur an und ausgeschaltet. Oder man geht 
auf höhere Spannungsklasse: 36V, 48V.

mfg

Antwort schreiben

Die Angabe einer E-Mail-Adresse ist freiwillig. Wenn Sie automatisch per E-Mail über Antworten auf Ihren Beitrag informiert werden möchten, melden Sie sich bitte an.

Wichtige Regeln - erst lesen, dann posten!

  • Groß- und Kleinschreibung verwenden
  • Längeren Sourcecode nicht im Text einfügen, sondern als Dateianhang

Formatierung (mehr Informationen...)

  • [c]C-Code[/c]
  • [code]Code in anderen Sprachen, ASCII-Zeichnungen[/code]
  • [math]Formel in LaTeX-Syntax[/math]
  • [[Titel]] - Link zu Artikel
  • Verweis auf anderen Beitrag einfügen: Rechtsklick auf Beitragstitel,
    "Adresse kopieren", und in den Text einfügen




Bild automatisch verkleinern, falls nötig
Bitte das JPG-Format nur für Fotos und Scans verwenden!
Zeichnungen und Screenshots im PNG- oder
GIF-Format hochladen. Siehe Bildformate.
Hinweis: der ursprüngliche Beitrag ist mehr als 6 Monate alt.
Bitte hier nur auf die ursprüngliche Frage antworten,
für neue Fragen einen neuen Beitrag erstellen.

Mit dem Abschicken bestätigst du, die Nutzungsbedingungen anzuerkennen.