Sanftanlauf / Überspannungsbegrenzung großer 24VDC Motor 2kw

[Jann S. (brutzel212)]

Moin zusammen,
ich bin mal wieder auf den guten Willen des Völkchens angewiesen, dass 
in diesen Ecken des Internets zu finden ist.
Ich werde versuchen mein Problem in Breite und Tiefe darzustellen, ohne 
meinen Beitrag zur Autobiografie zu machen.
Ich konnte mein Halbwissen schon vielfach erfolgreich anwenden und bin 
in diesem Projekt mit einigen tausend Geldeinheiten auch schon viel zu 
verstrickt um "den ganzen Blödsinn besser bleiben zu lassen"
--Amüsiert euch gerne, aber lasst es mich bitte nicht wissen :P

Im Grunde stellt sich mein Problem wie folgt dar:
Mit zwei 110Ah 12V AGM Batterien möchte ich ein kleines Fahrzeug Marke 
Eigenbau versorgen und antreiben. Für den Antrieb habe ich aus der 
KFZ-Verwertung ein Monument von einer Gleichstrommaschine ergattert - 
wahrscheinlich ehem. hydraulik. Mir sind folgende Parameter bekannt:

24VDC Versorgungsspannung
1.7kw Leistung >> ca. 70A Strom bei Volllast, also lege ich alles auf 
100A aus
Permanenterregt
S1 Betriebsmodus >> für Dauerbetrieb vorgesehen (!)

Dieser Motor treibt per kurzem Riemen einen hydrostatischen Wandler 
("Getriebe") an, sodass der Motor dauerhaft bei Nenndrehzahl laufen und 
trotzdem ein ENORMES Drehmoment auf den Boden bringen kann. (mein 
Versuch eine komplizierte Motorsteuerung zu umgehen...) Hier Relevant: 
der Motor läuft quasi lastfrei an.

Ein schlagartiger Anlauf (~600A?) - wenn auch von meinen Komponenten 
verkraftbar - scheint mir aber eine sehr unschöne Lösung zulasten von 
Sicherheit und Langlebigkeit.
Meine Recherche zu diesem Thema hat allerhand schöne Lösungen 
hervorgebracht. Leider ist für diese Stromstärke die 
Komponentenbeschaffung sehr mühsam.

Den Sanftanlauf könnte ich auf der positiven wie negativen Schiene in 
Reihe zum Motor schalten. Die positive Seite ist bereits mit einer 
entsprechenden KFZ "MAXI" Sicherung und einem Halbleiterbauteil (Victron 
BP100) versehen, das als Hauptschalter / Notaus und Batterieüberwachung 
dient.
Die Sanftanfahr-Schaltung ist also erst in zweiter Instanz geschaltet. 
Somit muss sie die Kontakte nicht komplett trennen - also nicht wirklich 
"schalten", sollte aber bedienerseitig keine weiteren Inputs benötigen 
und den Motor selbstständig hochfahren sobald Spannung anliegt.

Wie würdet Ihr den Sanftanlauf umsetzen? Gibt es eine einfachere Lösung? 
Die Batterieschaltung zwischen parallel und Reihe zu wechseln schließe 
ich aus.

Bislang habe ich zwei Ideen, die beide noch nicht ausgereift sind:

1. Spannungsrampe mittels Power MOSFET
Ich würde versuchen ein geeignetes Mosfet (z.B. mehrere IXTH90P10P oder 
IXFN520N075T2?) mit aktiver Kühlung und je nach P oder N an Plus oder 
GND zu montieren und möglichst direkt mit einem Arduino und PWM zu 
steuern. Also:
Victron schließt, Arduino bekommt Strom, fährt über das Mosfet eine 
steile Rampe (1-2s) und lässt das Mosfet anschließend geschlossen. Mit 
den 0.5-1V die über das Mosfet abfallen könnte ich wohl leben, ideal 
wäre das aber nicht. Ich kann den im Datenblatt genannten Strömen aber 
nicht ganz glauben, weil ich kiloweise Kupfer verbaut habe um den 
Strömen gerecht zu werden und dann ein mosfet mit einem 2.6x0.56mm 
dicken Beinchen das alles abkönnen soll? Wäre natürlich etwas rechnerei 
mit den Ciss usw Kapazitäten um die richtige PWM-frequenz zu finden.

2. Anfahrwiderstand und Thyristor - mir offen gestanden sympathischer.
Ich würde den Widerstand (z.B. Widap 160144) so dimensionieren, dass 
darüber 5-10V abfallen.

Ich bin mit den Nennwerten bei Widerständen nicht bewandert: Angegeben 
wird wohl die höchste Leistung die der Widerstand selber umsetzen kann, 
oder?
Das wären schon 200W resp. 600W - mehr ist wahrscheinlich einfach nicht 
bezahlbar. Das gibt wahrscheinlich immer noch einen ordentlichen Ruck, 
aber ist schonmal ein Anfang. Ein entsprechend dimensionierter Thyristor 
würde den Widerstand dann nach ein paar Sekunden schlagartig oder auch 
im PWM-Verfahren Logik-gesteuert überbrücken.

Einfach um etwas mehr Bezug zu schaffen lade ich ein paar Bilder vom 
Projekt mit hoch. Falls es wen interessiert.

Alle Zusatzsysteme (Kompressor, Winde, Pneumatik, Hydraulik) 
funktionieren bereits, zum Teil mit identischen Komponenten, das hier 
ist wirklich ein letztes Detail.

Ich freue mich über konstruktiven Input :)
Beste Grüße aus dem Norden
Jann

[H. H. (hhinz)]

Kauf dir einen Regler von Curtis.

[Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)]

H. H. schrieb:
> Kauf dir einen Regler von Curtis.

Oder einen von Kelly Controller aus der KDS/KDM Serie. Die Curtis 
Nachbauten ("Replace Curtis" bei ebay) sind auch nicht schlecht.

[Michael B. (laberkopp)]

Jann S. schrieb:
> Wie würdet Ihr den Sanftanlauf umsetzen

Mit einem DC PWM Fahrtregler

https://www.amazon.de/reamhome-Controller-Reversible-Control-Forward/dp/B0DM96195Y/ref=asc_df_B0DM96195Y

wäre die Billigvariante, der genannte Curtis die Luxusvariante.

[H. H. (hhinz)]

Michael B. schrieb:
> 
https://www.amazon.de/reamhome-Controller-Reversible-Control-Forward/dp/B0DM96195Y/ref=asc_df_B0DM96195Y
>
> wäre die Billigvariante,

Nur 100 chinesische Ampere!

[Jann S. (brutzel212)]

Vielen Dank für die Tipps.

H. H. schrieb:
> Kauf dir einen Regler von Curtis.

Matthias S. schrieb:
> Oder einen von Kelly Controller aus der KDS/KDM Serie

Über diese Hersteller und Geräteserien bin ich tatsächlich trotz 
ernsthafter anstrengungen nicht gestolpert.
Mir ist bewusst, dass ein Regler die einfachste und sicherste Variante 
ist. Da ich den Motor ja aber gar nicht regeln muss - und von der 
hydrostat. her auch nicht darf, da sonst schlagartig keine Leistung mehr 
abrufbar ist (mir schleierhaft warum) - wäre das vielleicht etwas drüber 
weg. Ich muss ihn ja nur funkenfrei in Gang bekommen.


Michael B. schrieb:
> Mit einem DC PWM Fahrtregler

mit diesen Geräten habe ich SEHR schlechte Erfahrungen gemacht. Mir ist 
einer bei nicht einmal 25% der Nennleistung abgeraucht und der 
Gewährleistungs-Ersatz hat es seinem Vorgänger gleich getan - nur 
schneller.

[Frank O. (frank_o)]

H. H. schrieb:
> Kauf dir einen Regler von Curtis.

Weisse bescheid!

[J. T. (chaoskind)]

Jann S. schrieb:
> mit diesen Geräten habe ich SEHR schlechte Erfahrungen gemacht. Mir ist
> einer bei nicht einmal 25% der Nennleistung abgeraucht und der
> Gewährleistungs-Ersatz hat es seinem Vorgänger gleich getan - nur
> schneller.

Die Dinger sehen ja auch die höchste Belastung bei ca 50% Pulsweite. Bei 
100% rauscht der Strom ohne nennenswerten Spannungsabfall einfach durch, 
bei 0% liegt einfach Spannung an, ohne Strom. Das Teil sieht also die 
geringste Belastung in den Extrema.

Mit den Kellycontrollern hab ich auch sehr positive Erfshrungen gemacht.

[Flip B. (frickelfreak)]

Startwiderstand 0,5R und Zeitrelais, kein Thyristor, denn den musst du 
aufwändig kühlen.

[Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)]

Es ist nicht übertrieben, wenn der Steller die 5-10 fache Stromstärke 
des Motornennstroms verträgt. Im Anlauf macht so ein grosser DC-Motor 
nicht viel Federlesens und zieht rücksichtslos Strom.
Der kleine Chinese da oben macht da höchstens 'Plopp' und ist kaputt - 
abgesehen von den schnuckeligen Anschlussklemmen, die ich gerade mal für 
30A für ausreichend halte.

Kelly und Curtis sind da deutlich robster und schützen sich auch selber 
vor zu hohem Strom. Und auch die 'Replace Curtis' 1205M Nachbauten für 
etwa 150 Mäuse setzen viele EL Fahrer als Ersatz für die Curtis ein, mit 
Erfolg.

[H. H. (hhinz)]

Flip B. schrieb:
> Startwiderstand 0,5R

Eher gut 100mOhm. Könnte man als Blechstreifen aus 1.4301 ausführen, 
direkt an die Pole des Relais geschraubt.

[Rainer D. (rainer4x4)]

Jann S. schrieb:
> Ein schlagartiger Anlauf (~600A?) - wenn auch von meinen Komponenten
> verkraftbar - scheint mir aber eine sehr unschöne Lösung zulasten von
> Sicherheit und Langlebigkeit.
Ist überhaupt kein Problem. Alle unelektronischen Gabelstapler arbeiten 
so. Alle an Geländefahrzeugen üblichen Seilwinden arbeiten so. Jeder 
Fahrzeuganlasser arbeitet so. Jede LKW Hebebühne/Ladebordwand arbeitet 
so. Überhaupt kein Problem!
Jeder zusätzliche Killefit generiert nur Verlustleistung und ist 
zusätzlich Fehleranfällig.

[Thomas R. (thomasr)]

Ist ein Regler a la Curtis nicht nur für fremderregte Maschinen gedacht? 
Hier ist doch von einem permanenterregten Motor die Rede?

[J. T. (chaoskind)]

Rainer D. schrieb:
> Alle an Geländefahrzeugen üblichen Seilwinden arbeiten so.

Naja, alle würd ich jetzt nicht sagen, es gibt durchaus Winden, die an 
den Verbrennungsmotor gekoppelt werden. Nicht sonderlich häufig, aber 
doch oft genug, dass nicht alle elektrisch sind.

Ändert natürlich nichts an der Aussage, um die es dir ging. Anschalten 
und gut is. 👍

[J. T. (chaoskind)]

Thomas R. schrieb:
> Ist ein Regler a la Curtis nicht nur für fremderregte Maschinen gedacht?

Das hängt wohl vom konkreten Modell ab. Es gibt aber durchaus auch 
welche für PMSM.

[Thomas R. (thomasr)]

Mir fällt bei so einer Frage immer der alte (Bosch?)Motorprüfstand ein 
der in den 80ern in unserer Bastelgarage stand. Stufenloser 
Belastungstest der Lima durch große Kohlewiderstandsplatten die per 
Handrad zusammengepreßt wurden und damit den Widerstand änderten. Extrem 
robust und simpel.

[Jann S. (brutzel212)]

H. H. schrieb:
> Eher gut 100mOhm. Könnte man als Blechstreifen aus 1.4301 ausführen,
> direkt an die Pole des Relais geschraubt.

Das ist eine sehr gute Idee!! Davon hab ich genug rumliegen und auch 
wenn ich Sitzungen mit dem Taschenrechner nicht fürchte ist mit etwas 
Flexibilität und alles was Kosten spart sehr lieb! Ich hätte den 
Anlasswiderstand als
[math] R_start = \frac{R_i + R_m}{4} [\math]
berechnet wobei R_i der Innenwiderstand der Batterien und R_m der 
kalt-ruhe Widerstand des Motors ist. Die "4" ist jetzt einfach mal für 
20% eingesetzt

Flip B. schrieb:
> Startwiderstand 0,5R und Zeitrelais, kein Thyristor, denn den musst du
> aufwändig kühlen.

Guter Hinweis, Danke. Irgendwelche bezahlbaren Empfehlungen? Ich hatte 
mir eigentlich vorgenommen Funken zu vermeiden (nicht, dass das wichtig 
wäre), aber habe auch noch nie mit Thyristoren gearbeitet.

J. T. schrieb:
> Ändert natürlich nichts an der Aussage, um die es dir ging. Anschalten
> und gut is. 👍
Rainer D. schrieb:
> Ist überhaupt kein Problem.
Jain. Was ich nicht erzählt habe, ist, dass das genannte BP100 Modul zu 
intelligent / stur ist um zu machen was man ihm sagt. Es kann gem. 
Datenblatt 800A kurzzeitig ab, aber der es erkennt beim beim Motorstart 
nach eigener Aussage einen Kurzen und schließt einfach nicht. Wenn ich 
den Riemen abnehme reicht es gerade so, dass es manchmal doch wie 
gewünscht schaltet. Irgendwas muss ich - technik&schiksalsergeben wie 
ich bin - also machen. Und an sich finde ich es auch nicht verkehrt. Die 
Versuchung war da einfach so zu starten, aber dieses sture Ding hat mir 
die Entscheidung abgenommen.
Ein ähnliches Modul (Victron BP65) benutze ich schon länger um einen 
Kompressor-Eigenbau (Anlaufentlastet) zu starten und das macht es. 
Dieser Motor ist ihm einfach zu viel und das kann ich irgendwo 
verstehen::

Matthias S. schrieb:
> Im Anlauf macht so ein grosser DC-Motor
> nicht viel Federlesens und zieht rücksichtslos Strom.


J. T. schrieb:
> Die Dinger sehen ja auch die höchste Belastung bei ca 50% Pulsweite.

Das ist klar, ich meine die Nennlast meines Motors lag nur bei 25% der 
angegebenen Belastbarkeit des Reglers. 250W motor an 1000W Regler und 
trotzdem stieg weißer Rauch auf.

Matthias S. schrieb:
> 'Replace Curtis' 1205M Nachbauten
👍

[Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)]

Thomas R. schrieb:
> Ist ein Regler a la Curtis nicht nur für fremderregte Maschinen gedacht?

Das hängt von der Beschaltung und dem verwendeten Reglermodell ab. Du 
kannst normalerweise sowohl PM als auch Fremderreger mit dem gleichen 
Modell betreiben.  Der o.a. abgebildete City-EL wird sowohl mit einem PM 
Motor als auch mit einem Thrige Motor ausgestattet und trotzdem mit dem 
gleichen Curtis betrieben.
Curtis bietet auch speziell für Pumpen gedacht Modelle an, übrigens. 
Aber auch die klassischen Modelle sollten hier klappen.

[Frank O. (frank_o)]

Thomas R. schrieb:
> Ist ein Regler a la Curtis nicht nur für fremderregte Maschinen gedacht?
> Hier ist doch von einem permanenterregten Motor die Rede?

Gibt es in allen Formen und Farben.
Zapi wäre übrigens auch noch zu beachten, als evtl. Alternative.

[Falk B. (falk)]

Matthias S. schrieb:
> Es ist nicht übertrieben, wenn der Steller die 5-10 fache Stromstärke
> des Motornennstroms verträgt. Im Anlauf macht so ein grosser DC-Motor
> nicht viel Federlesens und zieht rücksichtslos Strom.

Unfug! Wir leben nicht mehr in den 1960ern! Auch nur HALBWEGS moderne 
Motorendstufen haben eine elektronische Strombegrenzung, die sich selbst 
und den Motor schützt. Fertig. Da muß rein GAR NICHTS überdimensioniert 
werden!

> Kelly und Curtis sind da deutlich robster und schützen sich auch selber
> vor zu hohem Strom.

EBEN!

[Falk B. (falk)]

Jann S. schrieb:
> H. H. schrieb:
>> Eher gut 100mOhm. Könnte man als Blechstreifen aus 1.4301 ausführen,
>> direkt an die Pole des Relais geschraubt.
>
> Das ist eine sehr gute Idee!!

Es ist Schwachsinn und bestenfalls im tiefsten Rußland im Winter 
sinnvoll. 0,5Ohm Lastwiederstände mit ausreichend Leistung kann man 
kaufen, wenn gleich nicht für 1,50!

> Davon hab ich genug rumliegen und auch
> wenn ich Sitzungen mit dem Taschenrechner nicht fürchte ist mit etwas
> Flexibilität und alles was Kosten spart sehr lieb! Ich hätte den
> Anlasswiderstand als

Tja, dann rechne auch mal die Verlustleistung und Kühlung aus. Oder du 
darfst VIELE Versionen für VIELE Tests abfackeln.

> Guter Hinweis, Danke. Irgendwelche bezahlbaren Empfehlungen? Ich hatte
> mir eigentlich vorgenommen Funken zu vermeiden (nicht, dass das wichtig
> wäre), aber habe auch noch nie mit Thyristoren gearbeitet.

Braucht man bei 24V DC auch nicht! Ein ausreichend großer Schütz tut es 
auch.

> Das ist klar, ich meine die Nennlast meines Motors lag nur bei 25% der
> angegebenen Belastbarkeit des Reglers. 250W motor an 1000W Regler und
> trotzdem stieg weißer Rauch auf.

Dann hast du was vermurkst.

[Jann S. (brutzel212)]

Moin zusammen, ich habe das Problem inzwischen gelöst.
Ich überbrücke mein BP100 Element für den Motorstart mit einem 
klassischen EMR und einen 0.1-Ohm 200W Drahtwiderstand. Ich habe also 
einen zweiten tastenden Druckschalter, der das EMR schaltet, der Motor 
läuft bei ca. 60% der Drehzahl an und während er läuft schalte ich das 
BP100 und der Motor ist eingeschaltet.
Sobald man den Druckschalter loslässt öffnet das Relais wieder und das 
BP100 kann das Batteriemanagement wie vorgesehen machen. Siehe Bild. Ich 
nutze folgende Teile:

Zettler Electronics AZ979-1A-24D Kfz-Relais 24 V/DC 80 A 1 Schließer
Widap 160142 Draht-Widerstand 0.10 Ω im Gehäuse 200 W 5 %
Victron Energy BP-100 48V-100A

Der Widerstand wird merklich warm, man kann den Motor aber problemlos 
~10s über den "Behelfsstromkreis" Betreiben

Vielen Dank für alle konstruktiven Vorschläge!
Beste Grüße