Guten Tag liebes Forum, hier mein erster Beitrag und ein großes HALLO an das sehr Hilfreichen "alles was das Technikerherz betrifft" Forum. Nun zu meiner Frage. Ich betreibe einen 24V16A DC Stirnrad Getriebemotor ( https://transmotec.de/product/SDS90171A-24-36/ ) mit Hilfe eines Motortreibers ( https://www.exp-tech.de/motoren/motorsteuerung/dc-motortreiber/6960/pololu-g2-high-power-motor-driver-24v21 ). Der Treiber wird mithilfe eines ESP32 Node MCU und dessen PWM Signals von 20kHz angesteuert. Die 20kHz sind erforderlich, da sonst störende Geräusche zwischen min und max. PWM im Motor erzeugt werden. Der Motortreiber ist ebenfalls für Schaltfrequenzen in diesem Bereich ausgelegt. Die Spannungsversorgung des Motors wird über ein Schaltnetzteil 24V21A realisiert. ( https://www.reichelt.de/schaltnetzteil-geschlossen-500-w-24-v-21-a-snt-rsp-500-24-p144821.html?PROVID=2788&gclid=Cj0KCQjw1ouKBhC5ARIsAHXNMI8KiJHGBeiy_LAqTG3Q2_0vf_oftGdM9sj869P5gF-lNhFacFjKyX8aAgtfEALw_wcB ) So, nun zu meiner Frage. Da an der Motorwelle ein hohes Trägheitsmoment anliegt, induziert der Motor beim entschleunigen (heruntersetzen des PWM Signals),eine Spannung, welche sich mit der Netzspannung addiert. Bis zu 34V kann das Netzteil noch kompensieren bis dies aussteigt. (Zum glück ist hier eine Sicherung eingebaut und hat schlimmeres verhindert). Nebeninfo, falls erforderlich, der Motor soll und kann sowohl cw als auch cc betrieben werden. Habt Ihr Ideen, wie ich die Induzierte Spannung abführen kann, ohne das Netzteil oder andere Bauteile zu überlasten ? Mein erster Ansatz war, Parallel zum Netzteil eine 24V Z-Diode mit einem Leistungswidertand in Reihe zu schalten, sodass die Spannung bei 24V gehalten wird. Könnt ihr meine Idee ggf. verifizieren/falsifizieren ? Des weiteren, vielleicht eher eine Shottky statt Z-Diode, da hohe Frequenz ? Und falls ja, habt ihr Ideen bezüglich der Dimensionierung ? Dank und Gruß an jeden Beitrag
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Tim K. schrieb: > Habt Ihr Ideen, wie ich die Induzierte Spannung abführen kann, ohne das > Netzteil oder andere Bauteile zu überlasten ? Das Stichwort dazu heisst "Shunt Regler". Eine einfache Zenerdiode wird an der Verlustwärme scheitern, da braucht man schon etwas, dass mehr Energie verheizen kann.
Nur mal so etwas Theorie, um etwas Unwissen auszurotten: Induktivitäten erzeugen eigentlich keine Spannungsspitze. Eine Induktivität, der man den Strom abschalten will, verhält sich wie eine Stromquelle: Sie treibt den Strom, der im Abschaltmoment fließt, weiter. Wenn die Induktivität diesen Strom plötzlich durch einen Widerstand im MΩ-Bereich (sperrender Transistor) oder einem Luftspalt (geöffneter Schalter) treiben muß, dann tut sie das natürlich mit der erforderlichen Spannung. Der Strom kann aber auch z.B. in einen Kondensator umgeleitet werden, und dann gibt es keine Spannungsspitze (von der leichten Spannungserhöhung durch die Ladung im Kondensator mal abgesehen). Ein Kondensator ist für dich wohl keine Option mit deiner 20kHz-PWM (und 20kHz sind übrigens keine hohe Frequenz ;)), aber eine einfache Diode und ein Widerstand mit ausreichend Leistung sollten reichen. Je mehr Spannung die Induktivität beim Abschalten bzw. der Motor beim Austrudeln aufbringen muß, um Strom zu treiben, desto früher ist der Vorgang abgeschlossen.
OK, da fehlt mir doch noch mehr Grundwissen als gedacht. Danke für die Info und ich werde wohl noch ein bisschen in der Theorie blättern müssen. Aber kannst du mir das mit der "einfachen Diode" kurz erklären ? Die würde ja schon ab 0,7V durchschalten. Somit hätte ich auch ohne "Spannungsspitze" einen unnötig zusätzlichen Verbraucher (Widerstand).
> anliegt, induziert der Motor beim entschleunigen (heruntersetzen des PWM > Signals),eine Spannung, welche sich mit der Netzspannung addiert. Du meinst mit "Netzspannung" die Ausgangsspannung deines Netzteils? Ich glaube dein Problem ist komplexer als du denkst. Hast du die PWM nur so zum spass oder willst du irgendwas am Motor regeln? Falls du die PWM einfach nur so ausschaltet sieht dein Motor eine Spannungsquelle mit anderem Innenwiderstand. Das koennte die Regelung interessant machen. Ansonsten ist dein Problem in der Tat das Schutzdioden in deiner H-Bridge die Energie welche in deiner Masse gespeichert ist auf deine Versorgung drauf addieren. Angesichts deines fetten Motors wuerde ich auch denken das du einen Shuntregler verwenden solltest. Wenn du eine Z-Diode verwenden kannst dann brauchst du auch keinen Widerstand weil die Energie dann halt in Diode und Motor verbraten wird. Es gibt aber noch ein weiteres interessantes Problem. Hast du dich mal gefragt was passiert wenn du dein Netzteil ausschaltest solange sich der Motor noch bewegt? Oder wenn etwas deine Mechanik bewegt solange deine Elektronik stromlos ist? Kann das passieren dann arbeitet der Motor auch als Generator und speisst dein Netzteil zurueck. Du solltest sicherstellen das dies akzeptabel ist. Olaf
Der Motor speist also Energie zurück und es ist nichts da, was die abnehmen kann? Geht mit Z-Diode, wenn die die Energie in Wärme verbraten kann. Sonst einen Brems-Chopper bauen.
R/C-Modellautos speisen diese Energie in den Akku, auch in ausgeschaltetem Zustand, wenn man den Wagen anschiebt. Problematisch wird es, wenn man den Akku abklemmt und den Wagen dann schnell anschiebt. Das kann die Elektronik zerstören. Ist ein immer wieder kehrendes Thema in den Modellbau Diskussionsforen.
Olaf schrieb: > Hast du die PWM nur so zum spass oder willst du irgendwas am Motor > regeln? Naja, regeln wäre übertrieben, aber die Geschwindigkeit möchte ich steuern. Es geht nicht darum exakt 50rps zu erzeugen sondern zB. 50% Geschwindigkeit. > Es gibt aber noch ein weiteres interessantes Problem. Hast du dich mal > gefragt was passiert wenn du dein Netzteil ausschaltest solange sich der > Motor noch bewegt? Oder wenn etwas deine Mechanik bewegt solange deine > Elektronik stromlos ist? Kann das passieren dann arbeitet der Motor auch > als Generator und speisst dein Netzteil zurueck. Du solltest > sicherstellen das dies akzeptabel ist. Guter Einwand. Tatsächlich hatte ich mir darüber noch keine Gedanken gemacht. Denkst du Relais, welche den Motor vom Stromkreis beim Ausschalten trennen, könnten das Problem umgehen ?
Tim K. schrieb: > Aber kannst du mir das mit der "einfachen Diode" kurz erklären ? Die > würde ja schon ab 0,7V durchschalten. Somit hätte ich auch ohne > "Spannungsspitze" einen unnötig zusätzlichen Verbraucher (Widerstand). Du hast ja schon selber eine mögliche Lösung in deinem Ausganspost beschrieben: Tim K. schrieb: > Mein erster Ansatz war, Parallel zum Netzteil eine 24V Z-Diode mit einem > Leistungswiderstand in Reihe zu schalten, sodass die Spannung bei 24V > gehalten wird. Könnt ihr meine Idee ggf. verifizieren/falsifizieren ? Du musst nur beachten, dass der Strom im Falle der Rückspeisung über der Z-Diode eine erhebliche Leistung verbraten muss (24V * Rückspeisestrom). Nur der Rest wird im Widerstand verheizt. Ansonsten unter dem Stichwort "Bremschopper" weitersuchen. (wie Prokrastinator schon geschrieben hat. Im Forum finden sich dazu 136 Threads. Da sollte was Passendes dabei sein.
Tim K. schrieb: > So, nun zu meiner Frage. Da an der Motorwelle ein hohes Trägheitsmoment > anliegt, induziert der Motor beim entschleunigen (heruntersetzen des PWM > Signals),eine Spannung, Hast Du das gemessen oder befürchtest Du das nur? So ein Getriebemotor dämpft nämlich auf mechanischem Weg schon ordentlich etwas weg. Höher als die Versorgungsspannung ist die vom Motor im Nachlauf erzeugte Spannung auch nicht. Das einzige, was passieren kann, ist wenn der Motor in den Ladekondensator rückspeist und mangels anderer Verbraucher die Spannung des Ladekondensators ansteigt. Aber das ist auch ein Ansteigen, keine echte Spitze. *) PWM bedeutet ja auch, dass ordentlich Marge zwischen Versorgungs- und Betriebsspannung vorhanden ist. *) Ich gehe mal davon aus, daß Klemmdioden vorhanden sind.
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Stefan ⛄ F. schrieb: > R/C-Modellautos speisen diese Energie in den Akku, auch in > ausgeschaltetem Zustand, wenn man den Wagen anschiebt. > > Problematisch wird es, wenn man den Akku abklemmt und den Wagen dann > schnell anschiebt. Das kann die Elektronik zerstören. Ist ein immer > wieder kehrendes Thema in den Modellbau Diskussionsforen. Der Motor selbst erzeugt nur seine drehzahlabhängige EMK. Die allein wird nicht zu hoch. Auch nicht beim Bremsen. Gefährlich wird es erst wenn die PWM im Spiel ist. Man könnte die PWM auch gedanklich wie einen normalen StepDown Wandler aufbauen mit Fet und Diode. Dann hätte man das Problem auch nicht. Hier wird aber die komplette Halbbrücke geschaltet. Das ergibt dann nicht mehr nur einen "StepDown" der Energie nur in eine Richtung transportieren kann, sondern einen StepUp/StepDown mit Transport in beide Richtungen. Angenommen die PWM würde 50% betragen. Dann würde das einer Spannung von 12V am Motor bedeuten. Reduziert man die PWM auf 25% sollte das einer Spannung von 6V entsprechen. Da der Motor aber noch eine höhere EMK als 6V produziert wird die über das Übersetzungsverhältnis auf die andere Seite transferiert. Wir haben dann eine StepUp ohne Last bei dem natürlich die Spannung hoch läuft. Kondensatoren helfen da wenig, außer sie sind so fett das sie es mit einem Akku aufnehmen können. Durch dein Modellbaumodul bist du festgelegt. Wenn du das selbst aufbaust hast du die Wahl ob du die jeweilige aktive Halbbrücke komplett schaltest oder nur die High-Side. Allerdings sind dann in der Low-Side Schottkydioden angesagt wegen der höheren Verluste. Und Bremsen ist so auch nicht möglich. Werden beide FETs mit der PWM geschaltet kann man zwar schön Bremsen, muss die Energie aber auch loswerden. Da im Modellbau sowieso Akkus vorhanden sind stellt sich da das Problem nicht und schon aus Verlustleistungssicht kommt die FET/Dioden Variante nicht zum Einsatz. Wobei ich nicht ausschließen möchte, dass es auch Modellbaumodule gibt die das können. Was noch helfen könnte ist, die PWM langsamer zurück zu nehmen als der Motor zum Bremsen braucht.
Schau dir mal Snubber Netzwerke an.
Dieter H. schrieb: > Schau dir mal Snubber Netzwerke an. Hier geht's um Bremsenergie und nicht um Fliegendreck...
Tim K. schrieb: > da sonst störende Geräusche zwischen min und max. PWM im Motor erzeugt > werden Das hat Straßenbahnen und Eisenbahnen noch nie gestört. Ultraschall wird auch gehört, von Tieren auf die du offenbar keine Rücksicht nimmst. Tim K. schrieb: > Habt Ihr Ideen, wie ich die Induzierte Spannung abführen kann Üblich ist der Bremschopper. Also ein Elko und parallel ein Leistungswiderstand der von einem MOSFET dazugeschaltet wird wenn die Spannung zu hoch läuft (vielleicht 29 und wieder aus bei 27).
Guckt euch mal die Motordaten an. "Gear efficiency 66%". Das Ding ist kurz vor der Selbsthemmung *). Da läuft nicht viel nach. *) Exitiert bei Stirnradantrieben nicht wirklich, aber reicht hier als Daumenregel zur Anschauung.
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