Forum: Mechanik, Gehäuse, Werkzeug Suche rekuperiebaren DC-Motor


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von Joh (Gast)


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Hallo zusammen

Ich suche für den Antrieb eines Bollerwagens einen drehmomentstarken 
DC-(Getriebe-)Motor, der rekuperieren können soll.
Das heißt, dass der Motor im ausgeschalteten Zustand beim Drehen seiner 
Welle eine Spannung induzieren soll, die man wieder in die Batterie 
zurückspeisen kann.

Ist dies denn überhaupt möglich?
Bei Getriebemotoren befürchte ich, dass durch die mechanische 
Selbsthaltung des Getriebes es Probleme geben könnte?!

Es soll ein ausgefallenes Bastel-Projekt werden.

Ein uC soll den Motor per PWM ansteuern, was die Drehzahl des Motors 
bestimmt. Fährt man mit dem Bollerwagen den Berg herab, soll rekuperiert 
werden um die Batterie zu speisen (gleichzeitig Bremswirkung?). Fährt 
man den Berg hoch, wird der Motor per PWM angesteuert.

Ist das Ganze so realisierbar?

Danke!

: Verschoben durch Moderator
von Patrick J. (ho-bit-hun-ter)


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Hi

Solange das Getriebe nicht selbsthemmend ist, könnte Das was geben.
Wobei ich ein Problem darin sehe, wann der Bollerwagen schieben, rollen, 
bremsen soll.
Knopf ist unpraktisch, da fährst Du Dir eher mit in die Hacken.

Neben dem Zusatzgewicht, wird der Motor, sofern Er nicht ausgekuppelt 
werden kann, das Ziehen ohne Motorkraft stark erschweren.

Dann müsste man für 'rollen' eine Art elektrisch bedienbare Kupplung 
haben.

Antreiben und Bremsen - dafür wäre eine gerade Verzahnung gut.
Zum 'Kuppeln'könnte ich mir ein schräg Verzahntes gut vorstellen, da 
Dieses besser 'in die Nachbarzähne reinflutscht' - dürfte aber nur in 
einer Richtung wirklich halten - in die Gegenrichtung könnte das Zahnrad 
'rausgedrückt' werden - da kommen wir wieder an Deine Hacken :/

Ohne Getriebe hättest Du wesentlich weniger Kraftaufwand, um den Motor 
'mitzudrehen' - z.B., wenn die Batterie leer ist und der nächste Berg 
doch hoch geht, ist jede Bremse Eine zu viel.

Schon Was in der Richtung E-Rollstuhl/Gehhilfe für Deine Zwecke 
untersucht?
Wobei gerade die Gehhilfe wohl ebenfalls eine starke Hemmung haben 
dürfte - soll ja nicht bei jedem Eichhörnchenfurz weg rollen.

Liest sich trotzdem interessant - bis wann fertig?
Klingt nach Vatertag :) (denkt an den Kühlschrank ...)

MfG

von Michael_ohl (Gast)


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Macht mein Kangoo Z.E. auch mit einem Fremderregten E-Motor gehen da 
Bergab auch mal über 40kW zurück in die Batterie.
Das Getriebe in Mofagröße ist wohl 3zu1 untersetzt leider gibt es keinen 
Drehzahlmesser wäre bei 130km mal interessant wieviel Umdrehungen er so 
macht.
Getriebe sollte halt kein Schneckengetriebe sein oder sonst irgend wie 
selbsthemmend. Beim Kangoo ist der Motor immer fest mit den Räder 
verbunden aber abgeschaltet ist keine Änderung des Rollwiderstandes 
gegenüber der Verbrennerversion feststellbar.

mfg
Michael

von Michael B. (laberkopp)


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Joh schrieb:
> Das heißt, dass der Motor im ausgeschalteten Zustand beim Drehen seiner
> Welle eine Spannung induzieren soll, die man wieder in die Batterie
> zurückspeisen kann. Ist dies denn überhaupt möglich?

Praktisch jeder Gleichstrommotor macht das, ob bürstenbehaftet mit 
Permanentmagnet oder BLDC, wenn die PWM Ansteuerung das kann (aktive 
Gleichrichtung).

Wenn natürlich dein Getriebe nicht an der Abtriebswelle gedreht werden 
darf, weil es nicht für das Drehmoment in Rückwärtsrichtung ausgelegt 
ist, dann darf man es nicht.

aGast schrieb im Beitrag #4919170:
> Ich finde die Idee für einen Batteriegetriebenen Bierlastkarren zum
> Vatertag nicht schlecht. ;)

DAS allerdings sehe ich als Problem. Niemand will den Lärm elektrischer 
Musikuntermalung für besoffene Dummköpfe ertragen müssen.

: Bearbeitet durch User
von Joh (Gast)


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Hallo

Ja, das ist ein Vatertagprojekt :)
Ich dachte mir, dass eventuell ein Kettenantrieb wie beim Fahrrad 
(kleines Ritzel - größeres Ritzel) zwischen Motorwelle und Rad auch eine 
gute (?) Idee wäre.
Denn dann hätte man das Problem mit der Selbsthemmung nicht beim Ziehen 
ohne Motorlast und auch nicht beim Rekuperieren.
Somit würde dann auch das Kuppeln wegfallen..

Oder liege ich falsch?

Ich hätte noch eine Frage:
Es soll ein 12V-DC-Motor werden (da eine Motorrad/Autobatterie zum 
Einsatz kommen soll).
Wie sähe die Schaltung aus, um die Batterie zu laden? Oder lädt man 
diese automatisch, wenn die Spannung an der Batterie > 12V ist?
Entspräche dann der Ladestrom annähernd dem der Stromaufnahme des Motors 
im "Motorbetrieb"?

Danke!!
Und nein ich bin kein Troll :/

von Mmhm (Gast)


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Joh schrieb:
> Ist das Ganze so realisierbar?

Für den einfachsten Fall (Motor direkt an der Batterie, normaler 
DC-Motor) ist gar keine Schaltung nötig. Bei diesem Motor entspricht die 
Drehzahl immer grob einer Spannung. Gibt man ein Drehmoment auf die 
Welle, das in Richtung der Drehrichtung geht (antauchen) lädt man die 
Batterie, entnimmt man ein Moment, entlädt man die Batterie.
Umso mehr Moment du aufwendest, umso mehr Strom liefert der Motor.

Motorbertieb = Generatorbetrieb was die Daten angeht, nur eben mit 
umgekehrtem Vorzeichen.

Der Wagen wird also "versuchen", immer gleich schnell zu fahren. 
Versuchst du ihn zu ziehen, lädst du die Batterie auf, lässt du dich von 
ihm ziehen, machst du die Batterie leer.

Die Geschwindigkeit müsste man mittels Getriebe oder Motrsteuerung 
(Brücke) einstellen. Das ist dann nimmer  ganz so einfach, aber schon 
möglich.

von Patrick J. (ho-bit-hun-ter)


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Michael B. schrieb:
> AS allerdings sehe ich als Problem. Niemand will den Lärm elektrischer
> Musikuntermalung für besoffene Dummköpfe ertragen müssen.

Und DAS zu Fasching ... wo ich doch zu beiden 'Feiertagen' keinen Bezug 
habe :)

ABER: Solange mich hier keiner bekehren will: Meinen Segen habt Ihr.

Zum 'Laden durch Ziehen' - da sollte dann die Batterie ggfl 'abgeklemmt' 
werden und die generierte Spannung per DC-DC-Wandler auf max 14,4V mit 
einstellbarem Strom in die Batterie tröpfeln lassen.
Die DC-DC-Wandler haben es nicht sonderlich gerne, wenn am Ausgang ein 
Quasi-Kurzschluß ansteht - der 12V Akku ist für den 14,4V 
DC-Wandler-Ausgang ein No-Go - der Wandler schaltet einfach ab!

Bin da selber noch am basteln, damit mein Windrad auch bei Schwachwind 
was in die Batterie rein bringt (dachte an einen 
ausgangsspannungsgeregelten (-gestellten ... dann per µC 'geregelt') 
DC-DC Wandler, damit mir die Spannungen nicht wegbrechen).

MfG

von Joh (Gast)


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Hallo!

Danke erstmal für die Antworten.

Aber nochmal zum Verständnis:
 - Wie bekomme ich diese "Bremswirkung" hin bei einem 
nicht-Getriebe-DC-Motor, wenn ich bergab fahre?

 - Lädt also die Batterie automatisch wenn sich die Welle des Motors >= 
Nenndrehzahl dreht?

 - Kann ich den DC-Motor per PWM ansteuern (uC)?

von Michael B. (laberkopp)


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Joh schrieb:
> - Wie bekomme ich diese "Bremswirkung" hin bei einem
> nicht-Getriebe-DC-Motor, wenn ich bergab fahre?

Motor kurzschliessen = grösste Bremswirkung.
Per PWM teilweise kurzschliesen = etwas Bremsen und rekuperieren
Motor läuft nur noch langsam, knapp vor Stillstand: Keine Bremswirkung, 
man müsste ihn aus dem Akku in Gegenrichtung bestromen damit er bis zum 
Stillstand bremst und die Position aktiv regeln daß er still stehen 
bleibt.

>  - Lädt also die Batterie automatisch wenn sich die Welle des Motors >=
> Nenndrehzahl dreht?

Jein. Jeder Motor hat Verluste.
Dreht der Motor an 12V mit 1000upm, heisst das nicht daß er bei 1100 upm 
schon mehr als 12V erzeigt also den Akku lädt, da müssen es wohl 1500upm 
sein.
Damit man den Akku schon bei 500upm laden kann, muss man die 
Innduktivität der Motorwicklungen als step up Wandler nutzen, also per 
PWM kurzschliessen bis sich genug Strom aufgebaut hat, dann öffnen und 
den Strom in den Akku leiten. Das geht mit aktivem Gleichrichter aka 
Halbbrücke als PWM.

>  - Kann ich den DC-Motor per PWM ansteuern (uC)?

Wenn es unbedingt sein muss weil man sonst nicht weiss was man mit dem 
uC machen kann...

von Joh (Gast)


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Hallo zusammen,

nun eine Zusammenfassung des Projekts.


Ich verwende eine 12V-Batterie, einen 12V-DC-Motor (ohne Getriebe), 
Zahnräder und Kette zum Antrieb und einen Mikrocontroller, der den 
DC-Motor entsprechend ansteuert und den "Drive Mode" bzw. die induzierte 
Spannung auf einem Display (HD44780) ausgibt.
Für die "Wirbelstrombremse" sehe ich zwei (?) Relais vor um mit einem 
Taster den Wagen zu bremsen. Das eine Relais schließt Plus und Masse des 
Motors kurz, während das zweite Relais die Versorgungsspannung des 
Motors unterbricht. Richtig?

Soviel erstmal zum "Minimalaufbau".

Jetzt zum Nice-to-have:
Der Mikrocontroller steuert per PWM den Motor an. Über einen ADC wird 
der "Gasgriff" (Potentiometer) eingelesen und entsprechend ein Tastgrad 
über einen PWM-Ausgang erzeugt. Über einen weiteren ADC wird gemessen, 
welche Spannung am Motor anliegt.
Wenn Tastgrad gleich 0 bzw. ADC-Wert größer xy ist (also kein "Gas" 
gegeben wird) UND währenddessen der ADC eine Spannung größer 12 V 
einliest, wird auf dem Display "Generatorbetrieb" angezeigt.
Liest der ADC des Gasgriffs einen entsprechenden ADC-Wert größer xy ein, 
wird "Antriebsbetrieb" angezeigt.

So, nun mache ich mich mal an die Schaltung. Ein ATmega8 sollte ja dafür 
ausreichen. ;-)


Was sagt ihr dazu?

von Der Andere (Gast)


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Joh schrieb:
> Das eine Relais schließt Plus und Masse des
> Motors kurz, während das zweite Relais die Versorgungsspannung des
> Motors unterbricht. Richtig?

Daas wird bestimmt geil, wenn das zweite Relais ein bischen langsamer 
bzw. nicht deutlich schneller ist.
Dann schliesst du erst die Batterie kurz und versuchst dann den 
Kurzschluss mit dem 2. Relais zu trennen.

Das könnte eventuell den besoffensten Vatertagslolli wieder aufwecken 
:-)

von Joh (Gast)


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>Das könnte eventuell den besoffensten Vatertagslolli wieder aufwecken
>:-)

D.h.? Wie soll ich es dann korrekt machen? :-(

von Old P. (Gast)


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Praktisch kein Motor kann im Schiebebetrieb mehr Spannung erzeugen als 
ihm im Motorbetrieb zugeführt wird. Das müsste er aber um damit einen 
Akku zu laden. Man kann natürlich die "Schiebespannung" mit einem StepUp 
hochbringen, wird im  professionellen Bereich auch gemacht. Im 
Hobbybereich muss man halt einiges mehr an Hirn investieren, als für 
einen Bollerwagen angezeigt wäre ;-)

Old-Papa

von Hurra (Gast)


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Old P. schrieb:
> Praktisch kein Motor kann im Schiebebetrieb mehr Spannung erzeugen
> als
> ihm im Motorbetrieb zugeführt wird.

Im Brustton der totalen Überzeugung so etwas schreiben ist schon heftig.
JEDER Elektromotor kann auch generatorisch Strom erzeugen, mit einem 
Wirkungsgrad, der meist nicht schlchter ist als andersherum.
Sonst bräucht man keine Bremschopper in Frequenzumrichtern. Ich kenne 
einen Fall mit einem Steinbruch: Die haben ein Förderband, das erezugt 
im Schnitt Strom. Es transportiert Steine bergab. Drum setzen sie sowas 
ein:
https://www.br-automation.com/en/products/motion-control/acoposmulti/power-supply-modules/wall-mounting/8bvp0220hw00000-1/
..und sparen viele € pro Jahr.

Etwas mehr Praxis zum Thema passend:
Ich habe hier (so als Beispiel) einen 24V DC-Motor 63x25.

Den hier, um genau zu sein:
http://www.dunkermotoren.com/en/products/brushed-dc-motors/detail/8844201221/

Wenn ich den antreibe, bekomme ich da >40V heraus. Schneller gehts mit 
meiner Bohrmschine nicht. Spannung proportional Drehzahl.
Wenn ich ihn Kurzschließe und antreibe, bekomme ich 10A heraus (mehr 
schaffe ich nicht). Strom proportional Moment.

Damit kann man serwohl einen 24V-Akku laden. Wenn ich einen solchen 
daran anschließe, ein Amperemeter dazuhänge, und den Motor antauche, 
dann fließt da ein Strom in den Akku.

Glaubst du nicht? Mir egal, ich bin mir sicher. Sowohl wegen der Theorie 
als auch der Praxis.

von Joh (Gast)


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Nochmals zurück zu meinen beiden Relais...

> Das eine Relais schließt Plus und Masse des
> Motors kurz, während das zweite Relais die Versorgungsspannung des
> Motors unterbricht. Richtig?


Man beachte natürlich die Reihenfolge der zu schaltenden Relais.

Mache ich es richtig?

von Der Andere (Gast)


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Hurra schrieb:
> Spannung proportional Drehzahl.

Genau. Und die generatorische Spannung wird bei einem herkömmlichen 
kleinen Motor bei Nenndrehtahl niedriger sein, als die Nennspannung bei 
der im motorischen Betrieb die Nenndrehzahl erreicht wird.
Mit passender Elektronik kann man dann trotzdem in den Akku 
zurückspeisen, aber ohne nicht.

Hurra schrieb:
> ch kenne
> einen Fall mit einem Steinbruch: Die haben ein Förderband, das erezugt
> im Schnitt Strom. Es transportiert Steine bergab.

Das hat garantiert keinen DC Motor, sondern einen Asynchronmotor und ja 
mit geeigneter Elektronik (Umrichter) kann man auch da zurückspeisen.

von Der Andere (Gast)


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Joh schrieb:
>> Das eine Relais schließt Plus und Masse des
>> Motors kurz, während das zweite Relais die Versorgungsspannung des
>> Motors unterbricht. Richtig?
>
> Man beachte natürlich die Reihenfolge der zu schaltenden Relais.

Eben, du solltest sehr sicher sein, daß das Relais die Batterie getrennt 
hat, bevor dein Kurzschlussrelais (oder Mosfet) anfängt den Motor 
kurzzuschliessen.
Insofern ist die Formulierung "während" nicht ganz korrekt.

von Noti (Gast)


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Hinweis: Motor kurzschliessen heisst nicht Versorgungsspannung 
kurzschliessen. Man kann eine Wicklung kurzschliessen in dem man beide 
Enden der Wicklung auf gleiches Potential legt.
Schaut euch ein paar Datenblätter zu Vollbrücken an, die erklären häufig 
recht gut die Anwendung am Motor (Stichwörter "brushed DC", forward vs. 
braking vs. reverse "reverse"...).

Das schöne an der Induktion ist, dass hohe Spannungen erzeugt werden 
können. Stichwort Freilaufdiode an induktiven Lasten... Es ist also kein 
Problem, die benötigte höhere Ladespannung zu generieren. Diese Energie 
sicher und zuverlässig in einer Ladeschaltung zu verwerten benötigt ev. 
etwas Hirnschmalz, vor allem wenn es noch effizient und "angenehm" 
(stufenlos, ruckfrei...) sein soll.

von Christian B. (luckyfu)


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Joh schrieb:
>> Das eine Relais schließt Plus und Masse des
>> Motors kurz, während das zweite Relais die Versorgungsspannung des
>> Motors unterbricht. Richtig?

Im einfachsten Fall ist das ein Relais mit Wechsler: Plus vom Motor an 
den Wechselkontakt, Öffner an Minus, Schließer an Plus vom Akku. Damit 
hast du dein Umschalten und bist gleichzeitig sicher, daß ein 
Kurzschluss des Akkus ausgeschlossen ist. Nachteil: du kannst nur Gas 
geben oder bremsen, dazwischen gibt es, außer für die Umschaltzeit, 
nichts. somit ist ein 2. Relais angesagt, welches den Kurzschluss 
unterbrechen kann, sodaß auch Rollen möglich ist. Aber der Vorteil, daß 
ein Akku Kurzschluss unmöglich ist, bleibt bestehen.

von Michael B. (laberkopp)


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Christian B. schrieb:
> Nachtei

Keine Rekuperation.

von Elektrofan (Gast)


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@Der Andere (Gast):
> Das hat garantiert keinen DC Motor, sondern einen Asynchronmotor und ja
> mit geeigneter Elektronik (Umrichter) kann man auch da zurückspeisen.

Falls eine solche Asynchronmaschine am 3~Netz übersynchron angetrieben 
wird, arbeitet sie auch ganz ohne Umrichter als Generator.

Mit Kondensatoren geht es auch ohne Netz (Inselbetrieb), dann ist die 
von der "Asynchron"maschine erzeugte Frequenz synchron zur Drehzahl.

von Der Andere (Gast)


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Elektrofan schrieb:
> Falls eine solche Asynchronmaschine am 3~Netz übersynchron angetrieben
> wird, arbeitet sie auch ganz ohne Umrichter als Generator.

Richtig, aber dazu muss der Motor schneller drehen als er als Generator 
dreht.
Für die ursprüngliche Frage würde das bedeuten, Rückspeisung nur dann 
wenn der Bollerwagen im Schubbetrieb deutlich schneller rollt als die 
maximale Höchstgeschwindigkeit. Macht als Rekuperation eines Fahrzeugs 
aber wenig Sinn denn man möchte ja die Energie im Schub/Bremsbetrieb bis 
möglichst zum Stillstand zurückspeisen, und nicht nur dann wenn man mit 
220 einen steilen Berg runterrollt.

von Elektrofan (Gast)


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Michael Bertrandt schrieb:
>> Das heißt, dass der Motor im ausgeschalteten Zustand beim Drehen seiner
>> Welle eine Spannung induzieren soll, die man wieder in die Batterie
>> zurückspeisen kann. Ist dies denn überhaupt möglich?
>  Praktisch jeder Gleichstrommotor macht das, ob bürstenbehaftet mit
>  Permanentmagnet oder BLDC, wenn die PWM Ansteuerung das kann (aktive
>  Gleichrichtung).

Bei Gleichstromreihenschlussmaschinen ("Universalmotoren") hängt das 
Drehmoment ca. quadratisch vom Strom ab.
Zum Bremsen muss man also Feld- oder Ankerwicklung umpolen.

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