Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Spannungsbegrenzung im Zwischenkreis Servo-Antrieb prüfen


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von Chris D. (myfairtux) (Moderator) Benutzerseite


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Hallo!

Ich hatte neulich an unserer CNC in einer Simodrive 610 die 
Leistungsendstufe einer Phase des Spindelantriebs repariert (90A bei 
200V). Da das Schätzchen ja schon älter ist, vermutete ich durch 
Alterung verstorbene Transistoren (BUV48).

Soweit läuft wieder alles, aber ich bin nun durch eine Messung der 
Zwischenkreisspannung per einfachem Multimeter misstrauisch geworden. 
Dieses zeigt in bei stehenden Antrieben etwa 250V an und die Spannung 
schwankt beim Einschalten der Antriebe nur um wenige Volt. Beim 
Abbremsen der Hauptspindel steigt die Zwischenkreisspannung allerdings 
doch recht stark an, so dass durchaus 330V überschritten werden. Da die 
Zwischenkreiskondensatoren 6000µF bei 350V haben, erscheint mir das zu 
hoch. Mir ist klar, dass das Multimeter kaum die realen 
Spannungsverhältnisse anzeigt, aber die Tendenz ist eindeutig: je höher 
die Drehzahl vor dem Abbremsen, desto höher steigt die 
Zwischenkreisspannung.

Ich habe das Gefühl, dass die Schaltung zur Spannungsbegrenzung nicht 
wirklich arbeitet. Der Bremswiderstand ist vorhanden und beim 
Durchmessen unauffällig.

Nun habe ich anstatt Spannzangenaufnahme ein SMW-Autoblok-Futter 
montiert, welches eine ordentliche zusätzliche Schwungmasse der 
Hauptspindel darstellt und ich befürchte, dass mir das beim Abbremsen 
aus 5000/min die Endstufen zerlegen könnte.

Daher möchte gerne an unserem Feindrehautomat die Zwischenkreisspannung 
per Oszilloskop im Roll-Mode messen, um zu schauen, ob überhaupt 
irgendeine Begrenzung erkennbar ist. Das Problem (siehe Schaltbild): der 
Zwischenkreis ist nicht galvanisch getrennt und einen 3P-10kW-Trenntrafo 
habe ich nicht ;-)

An Oszis vorhanden sind ein HM203, HM2008 und ein Siglent SDS1104X-E.
Als Trenntrafo ist ein einstellbarer für 1P/230V bis 250V/6A vorhanden.

Nun ist es ja böse, Messgeräte über Trenntrafos anzuschließen, 
allerdings bin ich der einzige, der in die Nähe käme und natürlich würde 
ich das Siglent (das hat ja immerhin ein Kunststoffgehäuse) nur bei 
ausgeschalteter Maschine verkabeln.

Übersehe ich irgendetwas außer der Gefahr, dass die BNC-Buchsen 
Netzspannung führen?

Gibt es bessere Möglichkeiten, ohne übermäßig viel investieren zu 
müssen?

-----

Weitere Frage:
Im Schaltplan sieht man zusätzliche Bremswiderstände für jeden Motor, 
die per Schütze (5K3, 5K4) geschaltet werden. Da die Schütze nur 
zusammen geschaltet werden können, gehe ich davon aus, dass das die 
Widerstände sind, um bei Not-Aus die Motoren möglichst schnell zum 
Stillstand zu bringen.

Ist die Annahme richtig?

Besten Dank für alle Tipps.

: Bearbeitet durch Moderator
von A-Freak (Gast)


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Oszi geerdet lassen
Zwei spannungsfeste Tastköpfe, einen an DC-Plus und einen an DC-Minus
im Mathemenü vom oszi die Betriebsart "Differenz" auswählen
Ein Bier ausgeben dafür daß du dich nicht umgebracht hast

von Jörg K. (joergk)


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Hallo Chris,

Deine Annahme ist richtig, die Schütze dienen zur möglichst schnellen 
Stillsetzung bei Fehlern oder Not-Halt.

Zwischenkreisspannung kann man mit einem guten Multimeter mit  Peak Hold 
problemlos messen, so schnell ist das alles nicht.

Ob der Bremschopper arbeitet, kann man durch Messen der Spannung über 
den Bremswiderstand sehr gut messen, je nach Chopper sogar hören.

Sooo früh kommt der Begrenzer ohnehin nicht: Aktuelle Umrichter mit 
400V-Einspeisung und 550V DC Zwischenkreis fangen z.B. erst bei 700V an, 
die Zwischenkreisspannung abzuschnüffeln.

Jörg

von Chris D. (myfairtux) (Moderator) Benutzerseite


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Jörg K. schrieb:
> Hallo Chris,
>
> Deine Annahme ist richtig, die Schütze dienen zur möglichst schnellen
> Stillsetzung bei Fehlern oder Not-Halt.

Danke - dann muss ich mich darum nicht mehr kümmern :-)

> Sooo früh kommt der Begrenzer ohnehin nicht: Aktuelle Umrichter mit
> 400V-Einspeisung und 550V DC Zwischenkreis fangen z.B. erst bei 700V an,
> die Zwischenkreisspannung abzuschnüffeln.

Ich weiss nicht - ich hab schon bei nur 2000/min bis 330V gemessen und 
die Zwischenkreiskondensatoren sind nur bis 350V spezifiziert. Ich kann 
mir ehrlich gesagt nicht vorstellen, dass man da so nah rangeht, bevor 
der Chopper einsetzt.

Irgendwie gefallen mir auch die 250V schon nicht - im Schaltplan ist von 
165V die Rede und in der Siemensanleitung von 200V 
Zwischenkreisspannung. Schon deshalb würde ich mir die Spannung gerne 
auf einem Oszi ansehen.

Vom Prinzip her ist ein Bremschopper doch nur ein dicker Transistor 
(hier ist es wohl eine Darlington-Stufe, aufgebaut aus einem plus vier 
BUV48), der per Komparator und Hysterese die Zwischenkreisspannung über 
den Bremswiderstand alternierend auf Masse zieht, oder?

von Xerxes (Gast)


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Moin.
Mit einem Differentiellen Tastkopf kannst du gefahrlos an jeder Stelle 
messen ( ohne Trenntrafo)

z.B.
https://www.reichelt.de/differenzspannungssonde-fuer-oszilloskope-si-9001-p50637.html?PROVID=2788&gclid=EAIaIQobChMI8L_ezPi-5wIVBp53Ch055w7hEAQYBSABEgJWhvD_BwE&&r=1

Das ist eine Investition "fürs Leben" .

von Chris D. (myfairtux) (Moderator) Benutzerseite


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Vielen Dank für die Hinweise.

Wer misst, misst Mist :-)

Ich habe jetzt mal das Siglent drangehängt und von einem "M3 S1700" mit 
"M5" abgebremst. Nach dem Spannungsverlauf scheint das neue 
Stromchopper-Modul  (das sitzt Huckepack auf dem Netzteil für die 
Regelung) tatsächlich korrekt zu funktionieren.

Zumindest deute ich die Sägezähne so, als wäre das das 
hysteresebehaftete Ein- und Ausschalten des Bremswiderstandes durch 
ebendiese.

Von der Spannung her scheint auch alles in Ordnung zu sein. Der Tastkopf 
arbeitet mit 10-fach-Spannungsteiler, ein Rasterfeld sind also 50V. Die 
Nulllinie liegt auf 250V. Der Chopper scheint bei etwa 335V ein- und bei 
320V auszuschalten. Ist zwar knapp unter den 350V, aber offenbar hat es 
den Ladekondensatoren bisher nicht geschadet. Deren Kapazitäten hatte 
ich schon mal spaßeshalber gemessen und die passen auch nach 30 Jahren 
noch. Aber die liegen auch schön im Luftstrom der vier Ventilatoren, 
anders als ihre gequälten Pendants heutzutage ;-)

Ich würde aber (eben weil der erste Chopper offenbar defekt war) 
trotzdem zusätzlich gerne eine Spannungssicherung anbringen, die einfach 
aufgebaut ist und alles über 350V in einem Zusatzwiderstand verbrät. Wie 
könnte man so etwas aufbauen? Das Ding darf sich auch gerne selbst 
zerstören - Hauptsache ich bekomme das nächste Mal mit, wenn im 
Zwischenkreis irgendetwas nicht stimmt ;-)

von Jörg K. (joergk)


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Halli Chris,

Chopperfunktion sieht doch gut aus, so soll es sein.

Wenn Du einen 'Hosenträger' möchtest, würde ich eine simple 
Spannungsüberwachung aufbauen, die bei Überschreiten der maximalen 
Zwischenkreisspannung den Sicherheitskreis öffnet. Dann sperren die 
Endstufen und die Kurzschlußschütze der Achsen fallen ab. Dadurch wird 
die kinetische Energie in den Widerständen verbrannt.

Jörg

von Chris D. (myfairtux) (Moderator) Benutzerseite


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Jörg K. schrieb:
> Wenn Du einen 'Hosenträger' möchtest, würde ich eine simple
> Spannungsüberwachung aufbauen, die bei Überschreiten der maximalen
> Zwischenkreisspannung den Sicherheitskreis öffnet. Dann sperren die
> Endstufen und die Kurzschlußschütze der Achsen fallen ab. Dadurch wird
> die kinetische Energie in den Widerständen verbrannt.

Vielen Dank! Ja - natürlich. Manchmal sieht man die einfachsten Dinge 
nicht :-/

Einfach die Spannungsüberwachung in den Not-Aus-Kreis und fertig ist das 
Ding.

Ich habe jetzt auf die Schnelle das Spannungsüberwachungsrelais 
"HRN-41/400V" gefunden:

http://www.elkoep.nl/produkte/relais-elektronische-modulgeraete/spannungsueberwachungsrelais/1-phasig-acdc/spannungsueberwachungsrelais-hrn-41-14055/

Wobei das ja schon viel zu viel kann. Gibt es eventuell noch einfachere 
Ausführungen für DC?

von Jörg K. (joergk)


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Chris D. schrieb:
> Ich habe jetzt auf die Schnelle das Spannungsüberwachungsrelais
> "HRN-41/400V" gefunden:
>
> 
http://www.elkoep.nl/produkte/relais-elektronische-modulgeraete/spannungsueberwachungsrelais/1-phasig-acdc/spannungsueberwachungsrelais-hrn-41-14055/
>
> Wobei das ja schon viel zu viel kann. Gibt es eventuell noch einfachere
> Ausführungen für DC?

Ruf mal bei Dold&Söhne an und schildere die Aufgabe. Die sind sehr 
kompetent.
Oder Firma rinck electronic in Rotenburg, haben oft günstige Lösungen.

Weise unbedingt auf den Wunsch nach schneller Auslösung hin.

Jörg

von Chris D. (myfairtux) (Moderator) Benutzerseite


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Jörg K. schrieb:
> Ruf mal bei Dold&Söhne an und schildere die Aufgabe. Die sind sehr
> kompetent.

Vielen Dank für den Tipp - die waren sehr hilfsbereit und haben mir ein 
passendes schnelles Relais anbieten können. Das gibt's für €60 direkt 
für DIN-Schiene.

Wunderbar - Problem gelöst :-)

Wenn ich das im Zwischenkreis (mit abgeklemmtem Chopper) teste, gebe ich 
hier nochmal laut.

von Chris D. (myfairtux) (Moderator) Benutzerseite


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Bezüglich der Schaltung zur Überspannungserkennung geht es hier weiter:

Beitrag "Selbstbau von Überspannungsrelais"

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