mikrocontroller.net

Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Strommessproblem bei Motorregelung (30A)


Autor: Rowland (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo alle zusammen,

ich habe eine Motorregelung aufgebaut, mit welcher ich von einem 
Gleichstrommotor (36V, 30A, 1kW) sowohl die Drehzahl, als auch den 
Drehmoment regeln möchte. Gesteuert wird das ganze von einem ATMega8, 
welcher via SPI die Daten für die Regelung erhält, und diverse 
Parameter, wie Akkuspannung, Motorspannung und Motorstrom, wider 
zurückschickt. Die Halbbrücke wird mit einer PWM Frequenz von 15kHz und 
einem puls- pausen Verhältnis von 0% – 95% angesteuert.
Um den, für die Drehmomentenregelung nötigen, Strom messen zu können 
(bis 30A) wird die Spannung an einem 4mOhm Shunt (R4), mit der 
Currentsens (AD8213, IC3) differenziell, abgegriffen, verstärkt und 
gefiltert (RC Tiefpass, integriert durch die Currentsens). Die 
Ausgangsspannung (30A =^ 2.56V) wird mit dem Mirkocontroller 
digitalisiert.
Um Messfehler und Störungen durch Spannungsabfälle an der Masse, 
verursacht durch den relativ hohen Strom, zu vermeiden, habe ich die 
Masseverbindungen in Analog, Versorgung, und Leistungsmassen, 
aufgeteilt, welche an der Versorgungsbuchse zusammengeführt sind.


Soweit, so gut, nun das Problem:

Bei ohmschen Lasten (getestet bis 7A) gibt mir die Currentsens eine 
schöne gefilterte Gleichspannung, welche exakt proportional zum 
fließenden Strom ist, aus.

Wenn ich jedoch eine ohmsch- induktive Last anschließe (Motor mit 
Entstörkondensatoren oder 50Hz Trafo, welcher bei 15kHz eine recht große 
Last ist) ist die Ausgangsspannung der Currentsens um ca. 10% zu hoch 
und mit Spikes, welche exakt mit der PWM synchron sind, überlagert. Die 
abfallende Spannung am Shunt, weißt jedoch keine Spikes auf, und 
entspricht genau dem Strom.
Ich dachte natürlich an Spannungsspitzen, welche durch die Induktivität 
induziert werden, kann mir das jedoch nicht erklären, da die Last in der 
PWM low Phase über den unteren MOSFET kurzgeschlossen ist. In der kurzen 
Totzeit (200ns), wo die Halbbrücke umschaltet, müssten induzierte 
Spannungsspitzen durch die Freilaufdioden, sowie durch die 
Substratdioden der MOSFETs abgefangen werden.


Jetzt kommt das Unerklärliche:

Wenn ich, die Leistungsmasse (eine Seite des Shunts) mit der Analogmasse 
(über welche die Currentsens versorgt wird) über einen 100pF Kondensator 
verbinde, stimmt die Ausgegebene Spannung perfekt mit dem Strom überein 
und ist spikefrei. Auch ein 10nF Kondensator zwischen den 
Motoranschlüssen (direkt am Stecker der Leiterplatte) löst das Problem.

Ich möchte euch Fragen, ob ihr vielleicht wisst, wie diese Störung 
zustande kommt, und was ich dagegen unternehmen könnte, da das AC mäßige 
Verbinden der Massen, und auch die Kapazitive Last am Ausgang (der 
Kondensator wird sogar warm) nicht wirklich eine ideale Lösung ist.

Hier die Links zum Schaltplan, zu einem Foto der Platine, und zum 
Datenblatt der Currentsink.

Schaltplan:
http://mitglied.lycos.de/llocked/Strommessproblem/...

Print:
http://mitglied.lycos.de/llocked/Strommessproblem/Regler.JPG
Der Shunt ist die verdrillte Leitung auf der Unterseite der Platine, von 
welcher das Rosa Kabel zur Currentsink geht.
Links ist die Versorgungsbuchse, rechts der Anschluss für den Motor.


Currentsens:
http://www.analog.com/UploadedFiles/Data_Sheets/AD8213.pdf


Vielen Dank im Voraus.

Mit freundlichen Grüßen
Roland

Autor: Jupp (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Versuche mal dein Glück mit Stromsensoren auf Hall-Basis, z. B. CSA-1V 
von Sentron. Wir nutzen die Teile für Ströme von 1-600A, sie sind extrem 
linear, störsicher und zuverlässig.

Autor: Thomas O. (kosmos)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
die Stromaufnahme eines Motors ist ja durch die Schleifkohle bedingt 
nicht sehr gleichmäßig. Mit 1 Drossel pro Zuleitung zum Motor kann man 
das dann glätten. Um so schneller der Motor dreht desto kleiner kann man 
die Drossel auslegen. Ansonsten den Analogen Wert zum ADC über einen 
Tiefpass glätten.

Autor: Rowland (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo,

danke für eure Antworten.

Stimmt, ein Hall-strom-sensor wäre vielleicht wirklich die bessere 
Lösung gewesen. Ich hab mir das sogar überlegt, bis dann jedoch davon 
abgekommen, da der Sensor, welchen ich mir angesehen habe, nur Ströme in 
eine Richtung messen konnte. Wobei ich natürlich auch zwei stück 
einsetzten hätte können.

Also da komische ist nur, dass dieses Problem nicht nur bei einem Motor 
auftritt, sonder eben auch bei einem Trafo als Last, welcher keinen 
Kommutator wie ein Motor hat.

mfg

Autor: winne (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Trotz der sauberen arbeit scheint mir Dein Layout suboptimal.

1. Messleiterzüge verkürzen, Anfangs- und Endpunkt des Shunt möglichst 
nahe am AD2813 bringen.

2. entweder shunt falten oder AD2813 mit SenseN direkt am Massestern 
positionieren.

alternativ dort! nen OAmp  als Spannungsfolger mit nachgeschaltetem TP 
positionieren.

Autor: Michael K. (mmike)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
> Ich hab mir das sogar überlegt, bis dann jedoch davon
> abgekommen, da der Sensor, welchen ich mir angesehen habe, nur Ströme in
> eine Richtung messen konnte.

http://www.allegromicro.com/en/Products/Categories...

z.B. ACS712 oder ACS714

die können beide Richtungen ...

Grüße,
Michael

Autor: Rowland (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo,

vielen Dank, für eure Hinweise, welche ich bei einem möglichen Redesign 
beherzigen werde.

Ich habe heute versucht, direkt den Versorgungspins der halbbrücken 
MOSFETs einen 100nF Keramikkondensator anzulöten, welcher eventuelle 
hochfrequente Spannungsspitzen abfangen soll. Siehe da, der Kondensator 
hat wirklich ein wenig geholfen, und die Störungen, zumindest bei 
Strömen bis ~30A, beseitigt. Jedoch träten bei noch höheren Strömen 
diese Störspitzen leider wider auf. Die grenze des Stromes, bei welcher 
die Störung wider auftritt, ist allerdings abhängig von der 
angeschlossenen Induktivität. Mal sehen, ob bei dem zu regelnden Motor 
diese Störung bis 30A auftritt oder nicht.

Mit freundlichen Grüßen

Antwort schreiben

Die Angabe einer E-Mail-Adresse ist freiwillig. Wenn Sie automatisch per E-Mail über Antworten auf Ihren Beitrag informiert werden möchten, melden Sie sich bitte an.

Wichtige Regeln - erst lesen, dann posten!

  • Groß- und Kleinschreibung verwenden
  • Längeren Sourcecode nicht im Text einfügen, sondern als Dateianhang

Formatierung (mehr Informationen...)

  • [c]C-Code[/c]
  • [avrasm]AVR-Assembler-Code[/avrasm]
  • [code]Code in anderen Sprachen, ASCII-Zeichnungen[/code]
  • [math]Formel in LaTeX-Syntax[/math]
  • [[Titel]] - Link zu Artikel
  • Verweis auf anderen Beitrag einfügen: Rechtsklick auf Beitragstitel,
    "Adresse kopieren", und in den Text einfügen




Bild automatisch verkleinern, falls nötig
Bitte das JPG-Format nur für Fotos und Scans verwenden!
Zeichnungen und Screenshots im PNG- oder
GIF-Format hochladen. Siehe Bildformate.
Hinweis: der ursprüngliche Beitrag ist mehr als 6 Monate alt.
Bitte hier nur auf die ursprüngliche Frage antworten,
für neue Fragen einen neuen Beitrag erstellen.

Mit dem Abschicken bestätigst du, die Nutzungsbedingungen anzuerkennen.