Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik PWM bei großen DC Motoren


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von Schlumpfine (Gast)


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Moin,

Ich habe eine theoretische Frage zu dem Antrieb größerer DC Motoren in 
z.B. Straßenbahnen.


Ältere Straßenbahnen (z.B. Stuttgart DT8, Hannover TW6000) haben DC 
Motoren die mit einem Chopper angesteuert werden. Die PWM Frequenz ist 
sehr gut zu hören, müsste 250 Hz sein.


Wäre der Duty Cycle der PWM 100%, dürfte das 250 Hz Summen nicht mehr 
hörbar sein. Gerade beim Anfahren (Hebel voll nach vorn) hört man die 
PWM Frequenz aber am lautesten, d.h. der Duty-Cycle muss deutlich unter 
100% liegen - obwohl man doch gerade beim Anfahren viel Strom bräuchte.

Ist die Annahme korrekt, dass hier der Motorstrom durch die PWM begrenzt 
wird, zum einen aus Komfortgründen, zum Anderen um den Motor beim 
Beschleunigen aus dem Stillstand nicht zu überlasten?

Schöne Grüße

von Falk B. (falk)


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@ Schlumpfine (Gast)

>Ältere Straßenbahnen (z.B. Stuttgart DT8, Hannover TW6000) haben DC
>Motoren die mit einem Chopper angesteuert werden. Die PWM Frequenz ist
>sehr gut zu hören, müsste 250 Hz sein.

Kann sein.

>Wäre der Duty Cycle der PWM 100%, dürfte das 250 Hz Summen nicht mehr
>hörbar sein.

Ja.

>Gerade beim Anfahren (Hebel voll nach vorn) hört man die
>PWM Frequenz aber am lautesten, d.h. der Duty-Cycle muss deutlich unter
>100% liegen

Das tut er auch.

> - obwohl man doch gerade beim Anfahren viel Strom bräuchte.

Eben, viel Strom bei wenig Spannung! Die PWM vermindert die mittlere 
Spannung, nicht den Strom. Der Strom wird durch die verminderte Spannung 
begrenzt.

>Ist die Annahme korrekt, dass hier der Motorstrom durch die PWM begrenzt
>wird,

Ja.

> zum einen aus Komfortgründen, zum Anderen um den Motor beim
>Beschleunigen aus dem Stillstand nicht zu überlasten?

Ja.

Setzen, 1 ;-)

von khk (Gast)


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Falk B. schrieb:
> obwohl man doch gerade beim Anfahren viel Strom bräuchte.
>
> Eben, viel Strom bei wenig Spannung!

Aus dem Stillstand heraus wirkt zuerst nur der ohmsche Widerstand
der Wicklungen. Sanftanlauf via PWM wird gemacht, um Drehmoment
und Beschleunigung an die Umstände (mechan. Stabilität des Zuges, 
Stromlieferfähigkeit des Systems Versorgung+Zuleitung - aber u. a.
auch ans Wohlbefinden der Passagiere...) anzupassen.

Sobald "in Fahrt", kann man den Duty Cycle erhöhen, ganz klar.

von Sven S. (schrecklicher_sven)


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Schlumpfine schrieb:
> Die PWM Frequenz ist
> sehr gut zu hören, müsste 250 Hz sein.

Wer sagt Dir, daß das eine PWM ist?
Wenn man 3-Phasen Wechselstrom mit 50Hz gleichrichtet, hat die 
Brummspannung eine Frequenz von 300Hz. Nah dran an Deinen gefühlten 
250Hz.
Gerade bei älteren Straßenbahnen würde ich nicht viel technischen 
Schnickschnack erwarten. Auch die neueren Straßenbahnen (in München) 
fahren mit einem deutlich spürbaren Ruck an. Da ist kein Sanftanlauf.

von Elektrofan (Gast)


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> Ist die Annahme korrekt, dass hier der Motorstrom durch die
> PWM begrenzt wird, ...

Ja.
Der Regler, der den Tiefsetzsteller ("Chopper") ansteuert, besteht aus
einem Drehzahl- und einem unterlagerten Stromregler.
Letzterer sorgt dafür, dass der zulässige Motorstrom eingehalten
wird.
Die vom Quadrat des Motorstroms abhängige Bechleunigung geht bis
ca. 1 m/s²; bei höherer Geschwindigkeit (ab ca. 30 km/h) wird mit
Feldschwächung gefahren.

von Falk B. (falk)


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@ Sven S. (schrecklicher_sven)

>Wer sagt Dir, daß das eine PWM ist?

Der Fachmann spricht . . .

>Wenn man 3-Phasen Wechselstrom mit 50Hz gleichrichtet, hat die
>Brummspannung eine Frequenz von 300Hz.

Ach was?

> Nah dran an Deinen gefühlten 250Hz.

>Gerade bei älteren Straßenbahnen würde ich nicht viel technischen
>Schnickschnack erwarten.

Dumm nur, daß Straßenbahnen eher selten einen dreiphasigen Stromabnehmer 
haben ;-)

> Auch die neueren Straßenbahnen (in München)
>fahren mit einem deutlich spürbaren Ruck an. Da ist kein Sanftanlauf.

Dann sollten die mal gescheite Steuerelektronik kaufen oder ihre Fahrer 
auf nen Kurs schicken. Straßenbahnen in Dresden fahren sanft an, auch 
wenn sie natürlich ganz gut beschleunigen können.

von Klaus (Gast)


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Schlumpfine schrieb:
> Ist die Annahme korrekt, dass hier der Motorstrom durch die PWM begrenzt
> wird, zum einen aus Komfortgründen, zum Anderen um den Motor beim
> Beschleunigen aus dem Stillstand nicht zu überlasten?

Der Motor wird sicher beim Anfahren nicht überlastet. So ein Eisenklotz 
braucht eine Weile, bis er überhitzt. Aber die Mechanik macht das nicht 
mit. Wenn man gleich mit voller Leistung losfährt, verlieren Zahnräder 
ihre Zähne und die Achsen scheren ab. Das Drehmoment eines Elektromotors 
ist bei Stillstand am größten.

Sven S. schrieb:
> Gerade bei älteren Straßenbahnen würde ich nicht viel technischen
> Schnickschnack erwarten.

Da wurden Widerstände benutzt.

MfG Klaus

von Sven S. (schrecklicher_sven)


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Falk B. schrieb:
> Dumm nur, daß Straßenbahnen eher selten einen dreiphasigen Stromabnehmer
> haben ;-)

Es ist Dir offenbar unbekannt, daß Straßenbahnen mit Gleichstrom fahren.
Der kommt nicht aus einer Batterie.

Falk B. schrieb:
> Der Fachmann spricht . . .

von Schlumpfine (Gast)


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@Falk B.: Vielen Dank!

@Sven S.: 250Hz vs. 300Hz? Das ist etwa eine Terz. Das kann man mit 
geschultem Gehör schon ziemlich gut unterscheiden, insb. wenn man einen 
Referenzton hat. Außerdem gibt es so lustige Apps für Smartphones, die 
einem das Spektrum des vom Mikrofon aufgenommenen Signals anzeigen. Bei 
den genannten Straßenbahnen in Stuttgart und Hannover zeigen die eine 
sehr deutliche Linie bei 250Hz an.

von Dieter (Gast)


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Was man hört ist die Magnetrestriktion des Eisens des Motors und auch 
der Induktivitäten im Wechselrichter. Bei großer Belastung, mehr Strom 
ist dies natürlich lauter. Da spielt der Duty Cycle kaum eine Rolle. es 
sei denn die Extremzustände Dauer off oder Dauer ein treten auf.

von Elektrofan (Gast)


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> Das Drehmoment eines Elektromotors
> ist bei Stillstand am größten.

Das Drehmoment bei Reihenschlussmotoren ist proportional zun
Stromquadrat.
Auch, wenn kein Stillstand vorliegt.

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