Sehr geehrte Community, seit ein paar Wochen habe ich großes Interesse an Elektronik gefunden und beschäftige mich seit dem mit den Grundlagen. Zum Geburtstag habe ich mir einen Arduino schenken lassen (hier nicht das Thema), um die Theorie lineare Bauteile, Stromrichtung et cetera besser zu verstehen. Ich habe auf dieser tollen Seite schon viele Antworten gefunden und gerade die Basics (Transistoren, etc.) sind verständlich geschrieben. Bei all den sehr erfahrenen Leuten hier traue ich mich eigentlich gar nicht zu schreiben, aber ich komme nicht weiter. Wichtig vorab: es geht um keine Schaltung, sondern bevor ich hier einfach schreibe "was muss ich denn nehmen wenn ich[...]" wollte ich die Grundlagen verstehen. Damit es keine falschen Aufregungen gibt - wenn die Frage saudämlich ist liegt es nicht daran, dass ich hier nicht schon mehrfach auf "Elektronikkompendium, die Suche, ander Quellen etc." gestoßen bin, sondern weil ich durch die jungfräulichkeit dieses Themas für mich einfach wahrscheinlich auch falsche Begriffe verwende. Zum Punkt un dendlich zur Frage! Es muss doch eine allgemeine Möglichkeit geben die rückwirkende, negative Spannungsspitze einer induktiven Last (Motor) zu bestimmen um Bauteile korrekt zu dimensionieren, oder irre ich? Auch hier im Forum geht es oft um die Frage des richtigen Transistors. Dann wird auf Basisstorm und -(vor)widerstände eingegangen und Last. Aus diesem Grund und weil man sehr oft auch Schaltungen sieht wo zwischen induktiver Last und BJT/MOSFET nur Leitung ist frage ich mich, wie der Transistor entsprechend auf rückwirkende Spannung ausgelegt ist? Oder anders - müsste man das doch auch berechnen können um überhaupt entscheiden zu können, ob Freilaufdiode oder nicht und wenn welche, oder? Entweder ist das so simpel und ich versteh es einfach nicht, oder ich denke zu kompliziert... keine Ahnung. Aber an dem Thema sitz ich jetzt schon ein paar Taage. Vielleicht laufe ich auch nach einer kompetenten Antwort rot an und möchte im Boden versinken, aber jetzt aktuell weiß ich einfach nicht weiter und würde es endlich gern verstehen. Deshalb - gern Kritik, aber bitte bitte verständliche und dafür vorab besten Dank! PS: Formeln etc. hab ich mal weg gelassen, um keinen Roman zu schreiben ^^
Stephan J. schrieb: > Es muss doch eine allgemeine Möglichkeit geben die rückwirkende, > negative Spannungsspitze einer induktiven Last (Motor) zu bestimmen Nein. Man weiss zwar wie viel Energie in der Spüle steckt, man weiss aber nicht wie viel von dieser Energie beim Abschalten in der Wicklungskapazität der Spule verschwindet und wie viel aussen noch aufgefangen werden muss. Der Wert schwankt zu dem mit der Spannung die man erlaubt. Man kennt also nur einen Maximalwert. Beim Motor geht auch noch die bewegte Masse mit ein, schlecht wenn das Auto gerade einen Berg runterrollt. > um Bauteile korrekt zu dimensionieren, Die Lösung heißt Freilaufdiode (und wenn die Lösung mal nicht angemessen ist, gibt es noch Zener-Clamp, Snubber und Avalanche-rated-Transistor).
Stephan J. schrieb: > Bei all den sehr erfahrenen Leuten hier Ach Gott. > traue ich mich eigentlich gar nicht zu schreiben, > aber ich komme nicht weiter. Nur keine Hemmungen. > Damit es keine falschen Aufregungen gibt [...] Das ist kein Maßstab... irgendjemand regt sich immer auf :) Mein Rat: Hoffe auf hilfreiche Antworten -- aber lass Dich von dämlichen Antworten nicht aus der Fassung bringen. > Zum Punkt un dendlich zur Frage! > Es muss doch eine allgemeine Möglichkeit geben die > rückwirkende, negative Spannungsspitze einer > induktiven Last (Motor) zu bestimmen um Bauteile > korrekt zu dimensionieren, Hat MaWin schon beantwortet: Nein. > oder irre ich? Ja. Die Induktivität "versucht", den fließenden Strom konstantzuhalten; welche Spannung auftritt, hängt von dem Widerstand ab, den der Strom vorfindet. Bei einer richtig eingebauten Freilaufdiode ist der Widerstand für den Strom gering, also ist auch die Spannung gering. Mechanischer Vergleich: Die Kraft, die man zum Abbremsen einer bewegten Masse braucht, kann man auch nicht allgemeingültig angeben -- die hängt nämlich von der Bremszeit ab! > Auch hier im Forum geht es oft um die Frage des > richtigen Transistors. Dann wird auf Basisstorm > und -(vor)widerstände eingegangen und Last. > Aus diesem Grund und weil man sehr oft auch > Schaltungen sieht wo zwischen induktiver Last und > BJT/MOSFET nur Leitung ist frage ich mich, > wie der Transistor entsprechend auf rückwirkende > Spannung ausgelegt ist? Ohh... Vorsicht: Zahlreiche MOSFETs sind "avalanche- rated", d.h. man findet im Datenblatt eine Angabe, wieviel Energie sie bei kurzen Überlastungen ("Lawinendurchbruch") aushalten können, ohne kaputtzugehen. Verwendet man solche FETs, kann man u.U. die Freilaufdiode einsparen; das kann man ausrechnen. Bei bipolaren Transistoren sind mir keine mit avalanche-rating bekannt; da ist also eine Freilaufdiode Pflicht. > Oder anders - müsste man das doch auch berechnen können > um überhaupt entscheiden zu können, ob Freilaufdiode > oder nicht Ja -- siehe oben: Bei Bipolar immer Freilaufdiode; bei FET kann man sie einsparen, wenn avalanche-rating passt. Andererseits schadet sie auch nicht. > und wenn welche, oder? Das ist einfach: Sperrspannung größer als normale Betriebs- spannung; Durchlassstrom größer als normaler Betriebsstrom der Last.
Egon D. schrieb: > Die Induktivität "versucht", den fließenden Strom > konstantzuhalten; Das heisst auch, die Spannungsspitze ist umso höher, je schneller man die Induktivität abschaltet - bei einem hart abschaltenden mechanischen Kontakt bildet sich daher leicht ein Lichtbogen, der den Kontakt zerstört. Wirklich augenblicklich abschalten geht daher nicht wirklich, dabei würde die Spannung unendlich hoch, was kein Schalter aushält. Nebenbei bemerkt, so wurde früher der Zündfunke für den Automotor erzeugt mit > 10 kV. Eine Freilaufdiode begrenzt diese Spannung auf ihre Durchlassspannung, was aber dazu führt, dass der Strom nur relativ langsam absinkt, was auch nicht immer erwünscht ist. Dann muss man die Abschaltspannung höher werden lassen, z.B. mit Hilfe einer Zenerdiode, um schnell abzuschalten, aber das führt für den Moment zu weit. Stephan J. schrieb: > Es muss doch eine allgemeine Möglichkeit geben die rückwirkende, > negative Spannungsspitze einer induktiven Last (Motor) zu bestimmen Klar gibt es die, für den Zusammenhang zwischen der Änderungsgeschwindigkeit des Stroms und der Spannung gilt beim Abschalten die selbe Gleichung wie beim Einschalten (Ul = L x dI/dt), man kann so berechnen, wie schnell der Strom bei einer bestimmten Spannung ansteigt oder abfällt, oder man rechnet aus, wieviel Spannung man braucht, um den Spulenstrom in der gewünschten Zeit abzuschalten. Solange es nicht um besonders schnelles Schalten geht ist eine Freilaufdiode IMMER vorzusehen. Georg
Georg schrieb: > Ul = L x dI/dt Hallo und allen erstmal vielen Dank für die Antworten :) @Georg Nach deiner Formel konnte ich nun auch wieder eine passende Grundlagen finden die ich vorher nicht hatte, vielen Dank. (Link: https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/elektromagnetische-induktion/grundwissen/selbstinduktion-und-induktivitaet) Nun ergibt sich eine neue Frage! Wie kann diese in der Praxis verwendet werden? Ich habe jetzt einfach mal für das Verständnis bei Conrad nach einem DC-Motor gesucht. Diese scheinen in vielen Anwendungen verbaut zu sein. (Robotik, Lüfter, RC-Cars, Scheibenwischer und vieles mehr ^^) Natürlich ist bei diesem weder L, noch eine der anderen vielen tollen Größen aus der klassischen Schulphysik angegeben. (https://www.robotshop.com/de/de/gebursteter-gleichstrommotor-6v-11500-u-min.html) Okay, nach kurzem suchen weiß ich nun das es auch "LCR-Meter" gibt. mit diesem könnte ich also für oben stehende Formel die Induktivität L messen. Auch kann man ablesen das (hoffentlich habe ich das richtig verstanden) I max. hier 800mA wären. Das ist der Haltestrom. (Also der Strom der max. durch den Motor (ohne Zerstörung) aufgebracht wird, um "unter Last" loszufahren...?) Bei normalem Betrieb und abhängig der Last ist 70ma<I<800mA, korrekt? Das heißt man könnte einfach mit dem worst-case 800mA rechnen. Verwenden kann ich die Formel aber noch nicht, da mir dt fehlt. Aus meinem technischen Verständnis kann es hierfür keine feste Größe (dI/dt) geben, da diese je nach Lagerung, Wicklung, Größe, ... unterschiedlich sind. Wenn ich jetzt eine Schaltung machen würde (traue ich mir noch nicht zu) könnte man mittels Amperemeter und Stoppuhr die Änderungsrate bestimmen. Aber ich möchte ja vorher wissen wie ich die Schaltung aufbaue, damit mir nicht alles um die Ohren fliegt ^^ Oder gibt es dafür noch eine andere Möglichkeit? PS: Habe leider erst jetzt das gefunden (Beitrag "Freilaufdiode dimensionieren"), allerdings auch ohne Klärung. Allerdings mit der Aussage Diode = max. Betriebsstrom - also hier 800mA + 20% (?) Reserve. Weiter unten geht es noch um PMW, aber so weit bin ich ja noch nicht ^^ Abermals vielen Dank!
von Stephan J. schrieb: >Zum Punkt un dendlich zur Frage! >Es muss doch eine allgemeine Möglichkeit geben die rückwirkende, >negative Spannungsspitze einer induktiven Last (Motor) zu bestimmen um >Bauteile korrekt zu dimensionieren, oder irre ich? Wenn man den Strom einer induktiven Last abschaltet induziert die induktive Last theoretisch eine unendlich hohe Spannung. Praktisch wird die Spannung aber nicht unendlich hoch, weil es irgendwo einen Funkenüberschlag gibt oder die Isolation in einem Bauteil durchschlagen wird, zum Beispiel Sperrschicht in einem Transistor, oder es kommt zu einer Schwingung mit der parasitären Kapazität der induktiven Last mit sehr hoher Amplitude. Also muß die Spannung irgedwie begrenzt werden damit nichts kaputt geht.
Stephan J. schrieb: > Verwenden kann ich die Formel aber noch nicht, da mir dt fehlt. > Aus meinem technischen Verständnis kann es hierfür keine feste Größe > (dI/dt) geben, da diese je nach Lagerung, Wicklung, Größe, ... > unterschiedlich sind. Das dt ist die Stromänderungsgeschwindigkeit. Die hängt davon ab, wie schnell deine Ansteuerung abschaltet. Es ist also keine Eigenschaft vom Motor etc., sondern vom Schalter. Ein mechanischer Kontakt ist schnell, ein Transistor nicht ganz so schnell. Stephan J. schrieb: > Allerdings mit der Aussage Diode = max. Betriebsstrom - also hier 800mA > + 20% (?) Reserve. Die Diode liegt in Sperrichtung zur Betriebsspannung, muss also mehr Sperrspannung aushalten als die Betriebsspannung ist. Mehr liegt an ihr nie an. Die o.g. Formel brauchst du nicht, sie gibt nur Infos, was für eine Spannung auftreten würde, wenn du keine Diode eingebaut hast. Und diese Spannung + UB müsste dann der Transistor aushalten. Das können mehrere/viele hundert Volt sein, bis er eben nachgibt. Ist die Diode aber drin, so steigt die Spannung auf nicht mehr als ihre Flussspannung an; der Transistor sieht dann nicht mehr als die Betriebsspannung + die Diodenflussspannung. Der maximale Strom durch die Diode richtet sich nach dem Stromfluss durch den Motor beim Abschalten. Auf der sicheren Seite bist du natürlich mit dem Anlaufstrom +20% Reserve. Bei Motoren ist die Reserve sinnvoll, weil sie beim Auslaufen als Generator wirken; bei Relaisspulen darf man sogar darunter bleiben, denn Dioden halten für sehr kurze Zeit ein mehrfaches ihres Nennstroms aus. Und der Strom fließt da wirklich nur für sehr kurze Zeit.
Spannungsspitzen kann man zum Beispiel auch mit Varistoren begrenzen. https://de.wikipedia.org/wiki/Varistor https://www.electronics-tutorials.ws/de/widerstande/varistor-tutorial.html
Stephan J. schrieb: > Verwenden kann ich die Formel aber noch nicht, da > mir dt fehlt. Aus meinem technischen Verständnis > kann es hierfür keine feste Größe (dI/dt) geben, da > diese je nach Lagerung, Wicklung, Größe, ... > unterschiedlich sind. > Wenn ich jetzt eine Schaltung machen würde (traue ich > mir noch nicht zu) könnte man mittels Amperemeter und > Stoppuhr die Änderungsrate bestimmen. Aber ich möchte > ja vorher wissen wie ich die Schaltung aufbaue, damit > mir nicht alles um die Ohren fliegt ^^ Du liest nicht aufmerksam. Oben wurde schon erklärt, dass die Spannungsspitze dann auftritt, wenn sich der Strom plötzlich ändert . Die Freilaufdiode sorgt aber dafür, dass der Strom sich nicht plötzlich ändert , sondern erstmal einfach weiterfließen kann.
Stephan J. schrieb: > Natürlich ist bei diesem weder L, noch eine der anderen vielen tollen > Größen aus der klassischen Schulphysik angegeben. Wenn man einen Gleichstrommotor mit Gleichstrom betreibt - was ja nicht ganz abwegig ist - spielt das auch keine grosse Rolle. Die Motordrehzahl wird eingestellt durch den Strom, der durch den Motor fliesst, soll der höher werden, so muss eine höhere Spannung angelegt werden, so dass der Strom ansteigt, dafür sorgt aber normalerweise die Regelung. Soll also der Motor beschleunigen, so muss die angelegte Spannung gross genug sein für den DC-Widerstand plus der zusätzlichen Spannung um den Strom nach der besprochenen Formel ansteigen zu lassen. Wie gesagt übernimmt das die Regelung, die erhöht einfach solange die Spannung bis der gewünschte Strom erreicht ist. Muss der Motor abgebremst werden, wird die Spannung durch den Regler erniedrigt, bei schnellem Abbremsen notfalls bis zu einer Gegenspannung. Für gleichbleibende Drehzahl ist nur der DC-Widerstand massgebend, L spielt keine Rolle. Nur für hochdynamische Antriebe mit schnellen Drehzahlwechseln fällt L des Motors ins Gewicht. Bei PWM ist das anders, aber soweit bist du ja nicht... Georg
Viel Spass bei der Elektronik und Gruss zum Wochenende. Meiner Kenntnisse und Erfahrungen nach sind alle Parameter der beteiligten Komponenten relevant, magnetisches Material Innenwiderstand der Spule/n delta t Gegebenheiten Halbleiterverhalten und deren Ansteuerung gar der Aufbau und Kontakt Gegebenheiten. Bei anfänglicher Elektronik will man, und muss man auch die Parameter, welche die erfahrenen Konditionen bestimmen, messen, um damit umgehen zu können. Um da sicher zu gehen, ist es wohl ein/das Anliegen des TO, mit entsprechender Fragestellung. Es gibt einfache Mess(s)chaltungen, hier Spannungsspitzen Detektoren, eventuell mit Sample and Hold ( weit besser, als sein Oszi zu riskieren), die kann man, von ab anfänglich als (Hobby-)Elektroniker realisieren. Im real mitmenschlichen sind mir Profis im Alltag/und der Woche, als Ratschlag für den TO, bekannt; und das ist wichtig in dem Zusammenhang und der Vielfalt. Profis mit voller Ausstattung und Labor in regionalen Gegebenheiten und Lehre. Das hier, ist aber eine naive Darstellung von mir. Schönes Wochenende noch. Dirk St
@Günther Lenz Vielen Dank. Ja ich habe mir auch die U/I Diagramme bei Ein- und Ausschalten angeschaut. Das erklärt den Verlauf und die entgegengesetzten Kennlinien ganz gut (für mich ^^). Die „parasitären Größen“ musste ich mir am Samstag erstmal anschauen und ich glaube den Anfang habe ich soweit mal verstanden. Die sind der Grund warum manche so „großzügig“ runden, oder? Das mit den Varistoren habe ich mir versucht anzuschauen, aber noch nicht so ganz verstanden. Dennoch danke für den Hinweis 😊 @HildeK Du hast wahrscheinlich genau gemerkt, was mir an Info gefehlt halt! :D Nach deiner Erklärung, völlig klar. Danke Ich habe anschließend nach einem passenden BJT zu dem rausgesuchten Motor gesucht. Okay… „ich wollte“ ^^ Nach dem ich irgendwie keinen richtigen gefunden habe, hab ich nach einem mit wenigstens passender Spannung geguckt. Von den gab es aber keinen mit einem Datenblatt, in dem auch etwas über Schaltzeit (T_r bzw. T_off – wenn ich es richtig „eucosiat“ habe :P) stand. Beispiel Conrad BC368-D. Oder hab ich da einfach einen falschen erwischt? Du hast dann geschrieben, dass ich die Formel nicht brauche. Wenn ich allerdings schauen möchte, ob ein MOSFET mit entsprechender Lawinendurchbruchsspannung standhalten würde wäre diese wieder relevant, korrekt? Vielen Dank für die Erläuterung mit der Flussspannung + UB, das war mir noch nicht so richtig klar. @Egon Danke für den erneuten Hinweis, aber ich habe das schon richtig gelesen. Wenn ihr mich so entgegenkommend aufnehmt und euch die Zeit nehmt auf mein Anfängerquatsch einzugehen, wäre es ja wohl sehr dreist mir keine Gedanken über Eure Infos zu machen. Vielmehr war es der Wunsch das ursprüngliche Problem erstmal zu klären. Ich finde gerade am Anfang mit der Elektronik hat es mir bis hierher viel geholfen jede/n Frage/Gedanken erst zu Ende zu bringen und nicht hin und her zu springen. Ich denke das ich sonst an anderer Stelle wieder auf das gleiche Problem stoßen könnte und dann sitz ich wieder da und guck nicht schlauer aus der Wäsche^^ Ich hoffe also, dass ich Dich mit der erneuten Frage nicht verärgert habe. Es sollte nur dem Lernprozess dienen. Das "plötzliche" habe ich doch aber auch mit einem Handschalter, oder mit einer PWM - also in jedem Fall, oder sind die Zeiten da so unterschiedlich? Finde es noch schwer mir Nano- und Millisekunden vorzustellen. ^^ @Georg In der Zwischenzeit habe ich auch etwas über PWM gelesen. Das kann de Arduino auch 😊 Daher bin ich auch völlig auf deiner Seite bzgl. DC-Motoren und DC-Betrieb :D Auch diese schaltet ja maximal (sofern es richtig gemacht wurde ^^) mit der Geschwindigkeit des BJT. Für die oben genannte Formel wäre hier dann die T_off Zeit relevant? @Dirk Danke, ich denke wenn ich erstmal den richtigen Einstieg gefunden habe würd das wohl ein lebensbegleitendes Hobby. Aber dafür muss ich noch seeeehr viel lesen und lernen. Was ist ein „TO“? Hab irgendwie nichts passendes dazu gefunden. Das mit den Messschaltungen muss ich mir erstmal wieder in Ruhe anschauen. Wenn ich weitere Anschlussfragen habe, hier weiter schreiben oder einen neuen Thread aufmachen? Mag irgendwie euer Kompetenzzentrum hier nicht vollmüllen :( Euch nochmal vielen Dank und bei der Gelegenheit schonmal eine schöne Adventszeit 😊
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