Hallo zusammen, ich bin eher µP orientiert, und digital komm ich leidlich zurecht. Analog aber bin ich jenseits des Ohmschen Gesetzes ein Voll-Noob, und bitte um Hilfe. Problem: An meinem Motorrad habe ich einen Generator mit Festmagneten. Wird die Spannung zu hoch, regelt das ein Shunt-Regler (wie man mir sagte). Weil das Ding einen Dieselmotor hat, hat es mir den Bleiakku zerschüttelt, so dass ich jetzt einen LiFePo4 Akku verwenden möchte. Diesem darf dauerhaft nicht mehr als 14,4 Volt Bordspannung zugemutet werden. Nun habe ich die Spannung mit einem Arduino mitgeloggt und auch Daten bekommen, Diese sind aber voller Spikes, von denen ich nicht weiß, ob sie relevant sind. Liegt wohl daran, dass ich das völlig ungefiltert eingelesen habe. Also muss wohl ein Tiefpass her, um zu vernünftigen Ergebnissen zu kommen. Ich habe aber keine Ahnung, wie ich sowas berechnen muss. Die Eckdaten sind nämlich schräg: Der Generator hat 5 Spulen, und wird wie gesagt vom Shunt-Regler abgewürgt wenn die Spannung zu hoch wird. Der Motor dreht maximal 4200 U/Min, Reisedrehzahl ist etwa 3600 U/Min. Ich kann nun nur vermuten, dass im Bordnetz eine wilde Spannungsachterbahn mit einer Schmutz-Frequenz von 5 (Spulen) mal 3600 U/Min / 60 stattfindet, also rund 300 Hertz. Mein Datenlogger liest ein mal pro Sekunde. Wenn ich überhaupt irgendwas davon verstanden habe, wäre dieses eine Hertz die Grenzfrequenz? Zum Messen gibt es am AD-Wandler bereits einen Spannungsteiler 10K4 und 4K7. Für den Tiefpass böte sich ja nun an, den Kondensator zwischen diesen beiden Widerständen anzuschließen und nach Ground zu legen. Soweit meine (dünnen) Vermutungen. Aber rechnen kann ich es nicht. Ich weiß einfach nicht, welche Frequenz (300Hz / 1Hz ?) wie eingesetzt werden muss. Im Bild das, was ich gemessen habe. Im anderen Bild die aktuelle Schaltung, den Kondensator gibts jedoch noch nicht. ich vermute aber, er müsste da hin.
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Ich hoffe, Du hast die Blei-Batterie noch immer dran, oder? Wenn Du 1 mal pro Sekunde messen willst, dann bräuchte das C etwa 1mF. Das willst Du auch nicht wirklich. Und wozu willst Du eigentlich was messen? Mir jedenfalls fällt nichts ein, warum man den Wert noch weiter tiefpassen sollte. Ich hoffe nur, Du kommst nicht auf die Idee, mit dem Arduino irgendeine Schutzbeschaltung des Akkus zu realisieren. Warum ein Dieselmotor dir den Bleiacku zerschüttet hat, habe ich auch nicht verstanden, zumal ich den Begriff auch nicht kenne.
Wenn du die MITTLERE Ladespannung beobachten willst, solltest du die "Störfrequenz" bedämpfen. Und das ist die Generator- frequenz, nicht die Abtastfrequenz! Die Störfrequenz vom Generator sollte aber auch bei Leerlauf (1000/Minute = 16,7 Hz?) noch gedämpft werden, also ist ein Tiefpass mit 10 Hz die grobe erste Wahl. Der Teiler 10K4 und 4K7 hat einen Ri von 3K23. Die meisten ADCs möchten einen Ri < 10K sehen. Wenn noch ein kondensator > 100 nF parallel ist, kann Ri auch größer sein. Also schaltest du noch 15K in Reihe (Ri = 3K23 + 15K = 18K23) und 1 µF nach Masse: Fg = 9 Hz. Damit sollte dein ADC deutlich glattere Kurven zeigen. Eine niedrige Abtastrate alleine ist kein Filter, sondern eine Quelle von Alias-Phänomenen. ;-)
Hallo Jacko, vielen Dank, das hört sich nach meinem Problem an. > Wenn du die MITTLERE Ladespannung beobachten willst Genau das ist die Absicht. > solltest > du die "Störfrequenz" bedämpfen. Und das ist die Generator- > frequenz, nicht die Abtastfrequenz! Aha. Das war mir unklar. Hab halt noch nie nen Filter gebaut. > Die Störfrequenz vom Generator sollte aber auch bei Leerlauf > (1000/Minute = 16,7 Hz?) noch gedämpft werden, also ist ein > Tiefpass mit 10 Hz die grobe erste Wahl. Grundsätzlich richtig, aber bei diesen Drehzahlen gibt es noch kein Spannungsproblem. Die LiMa wird erst ab 2000 U/Min aufdringlich. Trotzdem wird es ja nicht schaden, diesen Wert zugrunde zu legen, also ok. > Der Teiler 10K4 und 4K7 hat einen Ri von 3K23. Da komm ich als Analog-Agnostiker nicht mit. Wie wird das gerechnet? Und was bedeutet "Ri", ich habe dazu nur 'Innenwiderstand' gefunden ... ? > Die meisten ADCs möchten einen Ri < 10K sehen. Wenn noch ein > kondensator > 100 nF parallel ist, kann Ri auch größer sein. > Also schaltest du noch 15K in Reihe (Ri = 3K23 + 15K = 18K23) > und 1 µF nach Masse: Fg = 9 Hz. Damit sollte dein ADC deutlich > glattere Kurven zeigen. Da verstehe ich zwei Dinge nicht: 1. > Die meisten ADCs möchten einen Ri < 10K sehen. Das wäre doch genau der Fall, Du schreibst ja Ri=3K23. Warum also -verständnishalber- noch mal 15K extra dran hängen? 2. Wenn die 15K in Reihe dran gehängt werden, wäre dann mein Spannungsteiler nicht 10K4 + 4K7 + 15K ? Und damit ganz anders in der Auslegung? Also ich zweifel das alles nicht an, ich möchte es nur gerne verstehen! > Eine niedrige Abtastrate alleine ist kein Filter, sondern eine > Quelle von Alias-Phänomenen. ;-) Sicher, das hab sogar ich verstanden. Allerdings möchte ich ja keine Sinus-Kurve oder sowas abbilden, sondern nur den Schmutz aus dem völlig arbiträren Signal weg bekommen. Ob da statistisch bestimmte Frequenzen und Signalformen auftauchen ist mit der Absicht, die mittlere Ladespannung im 1-Sekunden Raster zu erfassen doch sicher nicht relevent. Vermute ich ;-)
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E. H. schrieb: >> Der Teiler 10K4 und 4K7 hat einen Ri von 3K23. > > Da komm ich als Analog-Agnostiker nicht mit. Wie wird das gerechnet? Und > was bedeutet "Ri", ich habe dazu nur 'Innenwiderstand' gefunden ... ? Ri ist auch hier der Innenwiderstand. Du hast eine Quelle U mit Spannungsteiler R1 und R2. Die Ausgangsspannung des Teilers verhält sich wie eine Quelle mit der Spannung U*R2/(R1+R2) (Spannungsteilerformel) und dem Innenwiderstand R1 parallel zu R2 (R1*R2/(R1+R2)). Anti-Analog-Agnostiker-Grundlagen :-). E. H. schrieb: > 1. > Die meisten ADCs möchten einen Ri < 10K sehen. > Das wäre doch genau der Fall, Du schreibst ja Ri=3K23. > Warum also -verständnishalber- noch mal 15K extra dran hängen? Er will Ri erhöhen, um mit kleinerem Kondensator die Grenzfrequenz des Tiefpasses zu erreichen. Kannst die 15k auch weglassen, und dann den Kondensator entsprechend größer machen. > 2. Wenn die 15K in Reihe dran gehängt werden, wäre dann mein > Spannungsteiler nicht 10K4 + 4K7 + 15K ? Nein, er wäre weiterhin 10k4 und 4k7. Die 15k liegen ja am Ausgang des Spannungsteilers in Richtung ADC-Eingang. > Und damit ganz anders in der Auslegung? Deshalb nicht, nur der Tiefpasskondensator (C1) wird kleiner als C2 wäre (~5-6fach), bei gleicher Grenzfrequenz: fg = 2π(Ri+15k)*C1 bzw. 2πRi*C2
Herzlichen Dank! jetzt ist es klarer. Damit kann ich mich jetzt mal hinsetzen und versuchen, es zu verinnerlichen. :-)
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OK, da habe ich für jemanden, der sich in der "realen Elektronik" probieren will, zu viel auf einmal vorgelegt. Bleiben wir bei deinen Daten von 10K4 und 4K7. Das ergibt einen Ri (Ja, genau: Innenwiderstand) von 3K23. Von dort über 6K8 zum ADC-Eingang ergibt einen Ri von ~= 10K. Für eine Fg = 10 Hz brauchst du dann noch am ADC-Eingang einen C = 1,5 µF ... 2,2 µF für eine Grenzfrequenz von 11...7 Hz. Damit wird es viel besser funktionieren! Nimmst du 10 µF ist das für die Messung auch OK, aber bei guten (!) Kondensatoren wächst der Platzbedarf mit dem Kapazitätswert. Wenn du es genauer wissen willst: Der ADC beginnt eine Messung, indem er einen internen Kondensator auf die vorliegende Spannung auflädt. Bei Ri größer 10K wird der Kondensator noch nicht voll geladen. Hast du einen Kondensator mit > 100 nF am Eingang, stabilisiert der kurzfristig die Spannung zur Aufladung des internen Kondensators. - Kurzfristig heißt hier aber immer noch, dass der Spannungsverlauf der Lichtmaschine GENAU erfasst wird. - Nicht der Mittelwert über 1 Sekunde Wenn es SEHR genau werden soll, ist es schon besser, sich an die 10K-Grenze zu halten, weil ja auch Leckströme des ADC-Eingangs verhindern können, dass der externe Kondensator sich genau genug auflädt...
Find ich ja toll, dass Du es nochmal erklärst, vielen Dank!
Wenn ich es richtig verstanden habe, müsste die Schaltung dann etwa so
aussehen:
+ o------------.
|
X
10K4 X
X
| 6K8
12V *---.---XXX---> ADC
| |
X |
4K7 X = 1,5 µF
X |
| |
- o------------'---'
Stimmt das so?
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E. H. schrieb: > Stimmt das so? Leider nicht - der C muss rechts auf der Eingangsseite des ADC angebracht werden.
Ok, da war ich mir auch unsicher. Aber leuchtet ein, wenns dann mal
jemand klar gestellt hat.
Ich versuche es mal, bitte korrigieren wenn ich schon wieder auf dem
Holzweg bin:
Den Spannungsteiler kann man für die Betrachtung des Filters gedanklich
eigentlich ausblenden. Dann bleibt genau die normale Filterschaltung:
6K8
+ o----XXX--.---> ADC
|
|
5V = 1,5 µF
|
|
- o---------'
Hoffentlich hab ich nicht schon wieder was übersehen, aber so verstehe
ich es jetzt.
E. H. schrieb: > Mein Datenlogger liest ein mal pro Sekunde. Eine Akkusoannung ändert sich nicht pro Sekunde um 0.4V. Deine Messschaltung ist also schlecht am Akku angeklemmt. Nimm 2 Drähte, einer davon ist Masse, direkt vom Akku, und führe sie verdrillt zur Schaltung, lege keine zweite Masseverbindung. Zudem: Man braucht keinen Tiefpass. Das kann der uC. Einfach 10 mal pro Sekunde messen und nur den Mittelwert loggen. Dann ist es egal, ob dein Kondensator 100nF oder 100uF hat.
MaWin schrieb: > Eine Akkusoannung ändert sich nicht pro Sekunde um 0.4V. Na aber sicher. Da brauchts nur genug Strom. Es geht ja nicht darum, dass sich die Zellenspannung ändert, sondern die Spannung an den Klemmen. Wenn ich erst mit 10A lade und nach der Sekunde mit 10A entlade, muss der Innenwiderstand bloß 5mOhm groß sein, durchaus realistisch bei einer Motorradbatterie.
@MaWin, Klar kann man so was auch in Software glätten. Aber erstens wollte ich nicht für eine halbe Stunde 18000 Datensätze in Excel laden, und zweitens, was mir wichtiger war, mal was lernen und auch praktisch umsetzen. Die Spannungsänderungen sind real. Das ist billigste Regelungstechnik an einer LiMa, die ungeregelt auch 200V liefert und aus der Mitte des letzten Jahrhunderts stammt. Im Prinzip ein Moped-Generator. Wenn Bremslicht, Blinker oder die gepulste Griffheizung aktiv werden, ist richtig was los im Bordnetz. Die Messleitungen sind am Akku verschraubt und am Controller mit Stecker stramm auf den Boardseitig verlöteten Header gesetzt und Zugentlastet. Sichere Verbindungen hab ich in jahrelangem Flugmodellbau gelernt - bzw. schmerzhaft lernen müssen, daran liegts nicht.
E. H. schrieb: > Den Spannungsteiler kann man für die Betrachtung des Filters gedanklich > eigentlich ausblenden. Dann bleibt genau die normale Filterschaltung: . . > Hoffentlich hab ich nicht schon wieder was übersehen, aber so verstehe > ich es jetzt. Doch, du hast was übersehen: der Innenwiderstand (siehe oben) des Spannungsteilers war ja etwa 3.2kΩ und liegt in Serie zu deinen 6.8k, macht also zusammen 10k. Dann das Tiefpass-C mit 1.5µF, wie gezeichnet. Du hast also richtig die 5V-Quelle, aber mit 3.2kΩ Innenwiderstand. Der Spannungsteiler ist also ein Teil des Tiefpasses und zur Berechnung dessen Grenzfrequenz werden damit 6.8k+3.2k und 1.5µF herangezogen, nicht nur die 6.8k. Generell: ich hatte mich bisher nur auf die Erklärung der Tiefpasszusammenhänge und des Spannungsteilers beschränkt. Die Betrachtungen zur notwendigen Grenzfrequenz in deiner Anwendung sind schwer nachvollziehbar, weil deine Kurve oben ja bereits mit nur 1Hz Abtastung aufgenommen wurde. Es kann also noch jede Menge zwischen den Samples passieren, das wir nicht sehen können. Es gilt generell: Ein Abtastsystem braucht einen Tiefpass und der muss bei der halben Abtastfrequenz bereits soviel Dämpfung haben, wie der Auflösung des AD-Wandlers entspricht. Z.B. bei Wandlung mit einem 8-Bit-AD muss man rund 50dB Dämpfung an der halben Abtastfrequenz erreichen. Ein so einfacher Tiefpass hat bei der Grenzfrequenz nur 3dB Dämpfung. Auch die recht langsame Abtastung könnte generell ein Problem darstellen. 1 Hz heißt 1s Periode, in der Zeit kannst du einen Verbraucher ein- und wieder ausschalten - mit der entsprechenden Spannungsschwankung - ohne dass du es mitbekommst. Ein Teil der Schwankungen könnten auch von ungünstiger Messanordnug her kommen - sie Post von MaWin. Ich würde deutlich höher abtasten. Man kann dann immer noch die ermittelten Daten nachbearbeiten, also z.B. Min-Max suchen oder Mittelwert bestimmen und dann nur einen Bruchteil davon tatsächlich aufzeichnen.
Ich sehe schon, analog hat doch deutlich mehr Seiteneffekte als digital. :-| Hätte nicht gedacht, dass so ein paar Bauteile, dazu noch passive, so komplex sein können. Die Samplefrequenz ist ja im Handstreich geändert, das werde ich sicher probieren. Dauert aber länger, aktuell ist es schwierig mit Freizeit. Wenn ich auf (z.B.) 10 Hz bedämpfe und mit >= 20 Hz messe, müssten ja die wesentlichen 'Grundregeln' erfüllt sein. Hoffe ich. ;-) Noch hierzu: > in der Zeit kannst du einen > Verbraucher ein- und wieder ausschalten - > mit der entsprechenden Spannungsschwankung - > ohne dass du es mitbekommst. Es gibt ja nicht den Anspruch, alles über das Signal zu erfahren, dafür wäre sicher ein Oszi das Mittel der Wahl. Es ist daher m.E. die Frage, ob solche Verbraucher-Schaltungen in der Aufgabenstellung "mittlere Ladespannung ermitteln" tatsächlich relevante Ereignisse darstellen. Ich möchte ja wie gesagt kein Signal genau vermessen, sondern wissen, was der Akku im Mittel für eine Spannung sieht. Nochmals vielen Dank für die Erläuterungen. Da gibts noch einiges zu lernen.
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E. H. schrieb: > Wenn ich auf (z.B.) 10 Hz bedämpfe und mit >= 20 Hz messe, müssten ja > die wesentlichen 'Grundregeln' erfüllt sein. Hoffe ich. ;-) Auch nur wieder fast. Aus der Theorie eines Abtastsystem muss man dann bei 10Hz ausreichend hohe Dämpfung durch den TP haben, ein RC-Tiefpass auf 10Hz ausgelegt hat da nur 3dB. Man müsste wirklich mal mit dem Skope sehen, wie der Verlauf tatsächlich ist und wie er nach dem angedachten Filter ist und ob das deine Anforderungen erfüllt. Wenn es dir wirklich nur auf die mittlere Ladespannung ankommt und du (zum Schutz deines LiPos) kurzfristige Schwankungen gar nicht wissen willst, dann mach einfach das C deutlich größer. Oder, wie oben schon mal gesagt wurde: MaWin schrieb: > Deine Messschaltung ist also schlecht am Akku angeklemmt. Nimm 2 Drähte, > einer davon ist Masse, direkt vom Akku, und führe sie verdrillt zur > Schaltung, lege keine zweite Masseverbindung. Der Akku verhält sich wie ein sehr großes C! Vielleicht hat sich die Tiefpassgeschichte damit schon weitgehend erledigt.
Die Messschaltung ist (fast) genau so ausgeführt: Leitungen, Masse ebenso wie Plus, direkt am Akku angeklemmt, und nicht länger als 20cm. 'Fast' deshalb, wiel sie nicht verdrillt sind: das geht bei 20cm Leitungslänge auch kaum, weil ja schon die Akkupole rund 12 cm auseinander liegen). Aber die letzten paar freien Zentimeter kann ich ja mal verdrillen. Thema Scope: Hatte ich vor, ist aber schwierig. Wie man im Diagramm sieht, schafft sich der Shuntregler nur langsam hoch, das ganze ist ziemlich träge. Die Abregelspannung erreicht man nur mit höherer Drehzahl, und sowie man an der Ampel steht, sackt die Spannung im Leerlauf schlagartig wieder zusammen - und braucht dann aufs neue ewig bis sie wieder oben ist. Während der Fahrt ist das mit meinem (Tisch-)scope nicht messbar. Man könnte bestenfalls die allgemeine Grund-Charakteristik im Leerlauf und mit leicht erhöhter Drehzahl sichtbar machen.
E. H. schrieb: > Problem: An meinem Motorrad habe ich einen Generator mit Festmagneten. > > > Weil das Ding einen Dieselmotor hat, hat es mir den Bleiakku > zerschüttelt Ein Diesel-Motorrad? Bitte Foto! Bitte!!!
E. H. schrieb: > ie Messschaltung ist (fast) genau so ausgeführt: OK. Dann teste einfach mal den diskutierten Spannungsteiler mit dem vorgeschlagenen C. Ein paar Versuche mit dem und auch mit einem deutlich größeren C zeigen dir dann, ob das erreicht wird, was du willst. der schreckliche Sven schrieb: > Ein Diesel-Motorrad? Ja, das hatte ich mich auch schon gefragt :-). Mir ist bisher noch keines aufgefallen ...
Ja, und wieso hat ES keine richtige Lichtmaschine?
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> Ein paar Versuche mit dem ... Werd ich machen! :-) @Sven: Das IST eine richtige Lichtmaschine. Halt old-school, sehr simpel, sehr robust, sehr billig. Aber eben nichts für moderne Verbraucher wie LiFePo4 Akkus. Shunt-Regelung, gibts angeblich sogar bei modernen Japanern. Das Motorrad nebst Motor findest Du hier: http://www.motorradmanufaktur.de/index.php Mehr Bilder: http://www.motorradmanufaktur.de/index.php?main=462&sub=bilder
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Hier noch zwei Bildchen von meiner. JaJa, ist OT, aber mehr kommt nicht.
Danke, emax, für das Schließen meiner Bildungslücke. Das IST eine richtige Lichtmaschine. Halt old-school, sehr simpel, sehr robust, sehr billig. Generatoren mit Erregerwicklung gibt`s aber auch schon old-school-mäßig lange. Wie wärs mit Bimetallschalter als Spannungsregler?
Nee, da fang ich nicht an rumzufrickeln. Funktioniert doch alles bestens. Wenn meine dann hoffentlich bessere Messung es erlaubt, bleibt der LiFePo4 Akku drin und gut ist. Andernfalls muss ich über einen Spannungsbegrenzer nachdenken, aber eben nur dann.
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