Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik DC-Bürstenmotor als Bremse für Ergometer


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von FLorian M. (florianmayerle)


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Hallo liebe Bastlergemeinschaft,

ich möchte einen DC-Bürstenmotor 24V, 6A als variablen Wiederstand für 
einen Ergometer benutzen.
Am Ende soll über ein Getriebe der Motor von Muskelkraft aktiv bewegt 
werden. Die Rotation soll durch den erzeugten Generatorstrom über 
Kurzschluss des Motors gehemmt werden.

Kann mir jemand helfen eine Schaltung zu entwerfen mit der ich den Motor 
in variabler Frequenz kurzschließen kann.
Meine Überlegung war MOSFETS in einer Art Halbbrücke so zu verschalten, 
dass diese mit einem Arduino gesteuert werden können.

Nach einiger Bastelei stellte sich heraus dass ich das Problem nicht 
ohne weiteres lösen lässt.
Falls jemand einen Ansatz weiß oder mir einen provisorischen Schaltplan 
anfertigen könnte wäre ich sehr dankbar.

: Verschoben durch Moderator
von Erich (Gast)


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da isser wieder der
>Wiederstand

von ECL (Gast)


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Du willst die Komplette Energie im Motor versenken, na ob der das so gut 
findet...

Wie Wäre es mit schaltbaren Lastwiderständen, hinter einem 3 Phasen 
Gleichrichter?

von Peter R. (Gast)


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FLorian M. schrieb:
> ich möchte einen DC-Bürstenmotor 24V, 6A als variablen Wiederstand für
> einen Ergometer benutzen.
> Am Ende soll über ein Getriebe der Motor von Muskelkraft aktiv bewegt
> werden. Die Rotation soll durch den erzeugten Generatorstrom über
> Kurzschluss des Motors gehemmt werden

Dafür nimmt man eine große rotierende Scheibe, die man mit einem 
passenden Magneten per Wirbelstrom bremst. Bis auf die Lagerung der 
Scheibe völlig abnutzungsfrei. Da kann man dann jederzeit durch 
Verschieben des Magneten die Bremswirkung einstellen.

Aus Umdrehungszahl und Stellung des Bremsmagneten lässt sich auch die 
Leistung hinreichend genau anzeigen.

von FLorian M. (florianmayerle)


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ECL schrieb:
> Du willst die Komplette Energie im Motor versenken, na ob der das so gut
> findet...
>
> Wie Wäre es mit schaltbaren Lastwiderständen, hinter einem 3 Phasen
> Gleichrichter?

Die Hardware ist so schon komplett und funktioniert soweit auch.
Ich kann nur mit der aktuellen Steuerung nicht arbeiten und versuche 
diese sozusagen nachzubauen.
Mir ist schon klar dass wenn ich die Energie im Motor verheize dieser 
nicht glücklich darüber ist aber in aktuellem Aufbau ist kein 
Last-/Bremswiederstand verbaut der diese Energie aufnimmt.

von FLorian M. (florianmayerle)


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Peter R. schrieb:
> FLorian M. schrieb:
>> ich möchte einen DC-Bürstenmotor 24V, 6A als variablen Wiederstand für
>> einen Ergometer benutzen.
>> Am Ende soll über ein Getriebe der Motor von Muskelkraft aktiv bewegt
>> werden. Die Rotation soll durch den erzeugten Generatorstrom über
>> Kurzschluss des Motors gehemmt werden
>
> Dafür nimmt man eine große rotierende Scheibe, die man mit einem
> passenden Magneten per Wirbelstrom bremst. Bis auf die Lagerung der
> Scheibe völlig abnutzungsfrei. Da kann man dann jederzeit durch
> Verschieben des Magneten die Bremswirkung einstellen.
>
> Aus Umdrehungszahl und Stellung des Bremsmagneten lässt sich auch die
> Leistung hinreichend genau anzeigen.

Auf jeden Fall sinnvolle Lösung jedoch will im ersten Moment gegebene 
Hardware aus Platzgründen nicht modifizieren.

von FLorian M. (florianmayerle)


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Ich bewege mich schon seit längerer Zeit in diesem Forum. Durch langes 
stöbern weiß ich bereits, dass dieser Ansatz nicht sehr logisch 
erscheint aber kann mit trotzdem jemand einen Tipp geben wie ich eine 
solche Schaltung aufbauen kann. Gerade weil das ein sehr ungewöhnlicher 
Anwendungsfall ist und man normal in der Entwicklung andere Lösungen in 
Betracht zieht, finde ich dazu keine vernünftige Hilfestellung.

von Harlekin (Gast)


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ECL schrieb:
> Wie Wäre es mit schaltbaren Lastwiderständen, hinter einem 3 Phasen
> Gleichrichter?

Häh. Einen Gleichrichter für einen DC-Bürstenmotor?

von Der Dreckige Dan (Gast)


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Wie groß ist denn der Motor? Wie soll der z.B. 150W dauerhafte 
thermische Leistung verkraften? Das muss ja glatt ein 1,5KW-Motor sein, 
damit das klappt...

Das kontrollierte Kurzschließen z.B. per PWM geht gar nicht! Eben weil 
die Energie im Motor bleibt, genauer, in der Motorinduktivität. Wenn du 
da die Pulsweite von 0-100% einstellst, erzeugt der Motor in den Pausen 
eine immer höhere Spannung, die jeden Mosfet killt. Bei ner Halbbrücke 
landet die Energie im Zwischenkreis, hebt diese Spannung in Bruchteilen 
von Sekunden auf den Wert, den die Mosfets zum Durchbruch brauchen.


FLorian M. schrieb:
> Gerade weil das ein sehr ungewöhnlicher
> Anwendungsfall ist und man normal in der Entwicklung andere Lösungen in
> Betracht zieht, finde ich dazu keine vernünftige Hilfestellung

Natürlich nicht, weil die Physik dagegen ist. Da kann hier auch keiner 
was machen.
Nimm einfach einen BLDC für 10 Euro beim Chinesen, und schalte dem 
Lastwiderstände hinzu. Da brauchst du nicht mal wirklich ne 
Gleichrichtung.

von Thomas K. (ek13)


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FLorian M. schrieb:
> Ich bewege mich schon seit längerer Zeit in diesem Forum. Durch
> langes stöbern weiß ich bereits, dass dieser Ansatz nicht sehr logisch
> erscheint aber kann mit trotzdem jemand einen Tipp geben wie ich eine
> solche Schaltung aufbauen kann. Gerade weil das ein sehr ungewöhnlicher
> Anwendungsfall ist und man normal in der Entwicklung andere Lösungen in
> Betracht zieht, finde ich dazu keine vernünftige Hilfestellung.

Wie hoch ist deine maximale Generator-Spannung im Leerlauf?

von FLorian M. (florianmayerle)


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Thomas K. schrieb:
> FLorian M. schrieb:
>> Ich bewege mich schon seit längerer Zeit in diesem Forum. Durch
>> langes stöbern weiß ich bereits, dass dieser Ansatz nicht sehr logisch
>> erscheint aber kann mit trotzdem jemand einen Tipp geben wie ich eine
>> solche Schaltung aufbauen kann. Gerade weil das ein sehr ungewöhnlicher
>> Anwendungsfall ist und man normal in der Entwicklung andere Lösungen in
>> Betracht zieht, finde ich dazu keine vernünftige Hilfestellung.
>
> Wie hoch ist deine maximale Generator-Spannung im Leerlauf?

Bei hoher drehzahl bis zu maximal 50V.

von ECL (Gast)


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Bei hoher Drehzahl bis zu maximal 50V. Wie hast du das gemessen?
Bei PWM könnte das wie Der Dreckige Dan schreibt ganz anderes und viel 
bösartiger aussehen.

Bei der Gleichrichter Sache dachte ich irgendwie an einen BLDC sorry

von Marko ⚠. (mos6502) Benutzerseite Flattr this


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Sinnvoller wäre es wohl, einen MOSFET im Linearbetrieb zu verwenden. 
Dabei landet die Wärme dann nicht im Motor, sondern im FET. Ein 
einzelner IRFP250 kann mit einem entsprechenden Kühler locker 180W 
verheizen. Die Schaltung dazu ist trivial - Stromsenke mit Opamp.

von Bernhard S. (b_spitzer)


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Mit einem Solarladeregler einen Akku aufladen und damit den Fernseher am 
Ergometer laufen lassen :-)

von Thomas K. (ek13)


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FLorian M. schrieb:
> Thomas K. schrieb:
> FLorian M. schrieb:

> Wie hoch ist deine maximale Generator-Spannung im Leerlauf?
>
> Bei hoher drehzahl bis zu maximal 50V.

Die Energie muss auf jeden Fall extern „verheizt“ werden.

Für den Anfang würde ich ein paar Belastungsexperimente machen.

Vielleicht mit ein paar Kfz Lampen 12V 21W/5W. Z.B. zwei in Reihe und 
das 3x parallel wären eine Last von 126W bei 24v.

Als Generator wäre max. (bei Nenndrehzahl) mit 24V*6A mit 144Watt, zu 
rechnen.

von Samuel K. (secures)


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Marko ⚠. schrieb:
> Sinnvoller wäre es wohl, einen MOSFET im Linearbetrieb zu verwenden.
> Dabei landet die Wärme dann nicht im Motor, sondern im FET. Ein
> einzelner IRFP250 kann mit einem entsprechenden Kühler locker 180W
> verheizen. Die Schaltung dazu ist trivial - Stromsenke mit Opamp.

Wollte gerade dasselbe vorschlagen.

Als Nachtrag:
https://www.youtube.com/watch?v=9fsf1CgnTRk&list=PLUMG8JNssPPzbr4LydbTcBrhoPlemu5Dt
In dieser Videoserie wird das Prinzip recht gut erklärt.

von Der Dreckige Dan (Gast)


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Thomas K. schrieb:
> Als Generator wäre max. (bei Nenndrehzahl) mit 24V*6A mit 144Watt, zu
> rechnen.

Nicht bei 50V Leerlauf-Generatorspannung ;-)



Ist doch alles Gemurkse. Wie immer null Ahnung, aber alles Unmögliche 
und Unsinnige steht schon fest und da wird nicht von abgegangen.
Es hat sogar schon mehrfach geknallt, aber wir sollen es nun richten.

Viel Spaß noch dabei. Dem TO ist mit einem 300W-Poti am ehesten 
geholfen. Und mehr bekommt er auch mit Hilfe nicht korrekt 
angeschlossen.
Tut mir leid, aber genau so ist es.

von FLorian M. (florianmayerle)


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ECL schrieb:
> Bei hoher Drehzahl bis zu maximal 50V. Wie hast du das gemessen?

mit einem Multimeter direkt an den Motorklemmen und mit der Kurbel den 
Motor als Genaerator betrieben
50 ist äuserstes maximum, 35V ist schon schwer zu erreichen

von Thomas K. (ek13)


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FLorian M. schrieb:
> ECL schrieb:
> Bei hoher Drehzahl bis zu maximal 50V. Wie hast du das gemessen?
>
> mit einem Multimeter direkt an den Motorklemmen und mit der Kurbel den
> Motor als Genaerator betrieben
> 50 ist äuserstes maximum, 35V ist schon schwer zu erreichen

Was steht denn auf dem Typenschild als angegeben Nenndrehzahl bei 24V?
Erreichst du die mit kurbeln ?

von FLorian M. (florianmayerle)


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Marko ⚠. schrieb:
> Sinnvoller wäre es wohl, einen MOSFET im Linearbetrieb zu verwenden.
> Dabei landet die Wärme dann nicht im Motor, sondern im FET. Ein
> einzelner IRFP250 kann mit einem entsprechenden Kühler locker 180W
> verheizen. Die Schaltung dazu ist trivial - Stromsenke mit Opamp.

Ok, linearbetrieb sagt mir etwas: Mosfet weder voll ein- noch 
ausgeschaltet

jedoch für den ungeschulten nicht ganz trivial, wie würde so eine 
Schalung grob aussehen?

von FLorian M. (florianmayerle)


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> Was steht denn auf dem Typenschild als angegeben Nenndrehzahl bei 24V?
> Erreichst du die mit kurbeln ?

3350rpm laut Typenschild
habs mal grob überschlagen und mit Zahnradübersetzung+Planetengetriebe 
komme ich locker hin

von Yoschka (Gast)


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Lesen:

https://www.heise.de/select/make/2016/6/1482398401198797

Und die H Brücke auf das notwendige reduzieren.

von Marko ⚠. (mos6502) Benutzerseite Flattr this


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FLorian M. schrieb:
> Marko ⚠. schrieb:
>> Sinnvoller wäre es wohl, einen MOSFET im Linearbetrieb zu verwenden.
>> Dabei landet die Wärme dann nicht im Motor, sondern im FET. Ein
>> einzelner IRFP250 kann mit einem entsprechenden Kühler locker 180W
>> verheizen. Die Schaltung dazu ist trivial - Stromsenke mit Opamp.
>
> Ok, linearbetrieb sagt mir etwas: Mosfet weder voll ein- noch
> ausgeschaltet
>
> jedoch für den ungeschulten nicht ganz trivial, wie würde so eine
> Schalung grob aussehen?

secures hat ja schon den Link zu einem Video gepostet, wo das ganze 
erklärt wird. Die Schaltung sieht so aus:

https://i.stack.imgur.com/2pgTL.gif

Als R3 würde ich 0,1 Ohm/5W nehmen. Der Strom ist dann VC*10. Also 
1V=10A. Als FET nimmst du einen IRFP260N, damit hast du ordentlich 
Reserven. Natürlich braucht der FET einen guten Kühler. CPU-Kühlkörper 
eignen sich hervorragend.

von FLorian M. (florianmayerle)


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Vielen Dank, damit kann ich erstmal arbeiten!

von Dieter (Gast)


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Den MOSFET als PWM auf einen Lastwiderstand (Lastwiderstand muß die 
ganze Energie verbraten) zu betreiben, ließe auch eine Regelung zu. Der 
Aufwand ist aber auch höher, als den MOSFET im lineare Bereich zu 
betreiben.

von Marko ⚠. (mos6502) Benutzerseite Flattr this


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Dieter schrieb:
> Den MOSFET als PWM auf einen Lastwiderstand (Lastwiderstand muß
> die
> ganze Energie verbraten) zu betreiben, ließe auch eine Regelung zu. Der
> Aufwand ist aber auch höher, als den MOSFET im lineare Bereich zu
> betreiben.

Nicht nur der Aufwand. Ein IRFP260N kostet €1,80 bei Reichelt und hält 
300W aus. Was kostet ein 300W Widerstand?

von Mani W. (e-doc)


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FLorian M. schrieb:
> Die Rotation soll durch den erzeugten Generatorstrom über
> Kurzschluss des Motors gehemmt werden.

Warum Energie vernichten ohne Effekt?

Häng doch ein paar Glühlampen an, dann sieht der Bediener auch gleich
den Erfolg und kann sich nach der Leuchtstärke richten...


Ist nicht einfach, eine konstante Helligkeit über Pedale zu erzielen!


Teste es mal aus mit H4/H7...

von Dieter (Gast)


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Marko ⚠. schrieb:
> Ein IRFP260N kostet €1,80 bei Reichelt

280W nach Datenblatt mit guter Kühlung. Also 2 nehmen und grosszuegigen 
Kühlkörper. Den Lüfter speist der DC Motor als Generator.

von Marko ⚠. (mos6502) Benutzerseite Flattr this


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Dieter schrieb:
> Marko ⚠. schrieb:
>> Ein IRFP260N kostet €1,80 bei Reichelt
>
> 280W nach Datenblatt mit guter Kühlung. Also 2 nehmen und grosszuegigen
> Kühlkörper. Den Lüfter speist der DC Motor als Generator.

Nee, der Link führt zum Datenblatt des IRFP260, der IRFP260N wie Norbert 
hat bessere Daten. Meiner Erfahrung nach kann man die Leistung auch 
ausnutzen. Erst letzte Woche habe ich eine elektronische Last mit einem 
IRFP250 (190W laut Datenblatt) gebaut, und die konnte problemlos eine 
Stunde lang (länger hab ichs nicht getestet) 180W (30V*6A) verheizen.

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