Sanftanlauf / Überspannungsbegrenzung großer 24VDC Motor 2kw

OP #7971190
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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

Angehängte Dateien:
OP #7971308
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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.

#7971368
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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.

(Firma: matzetronics) #7971386
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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.

#7971582
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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.

: Bearbeitet durch User
#7971588
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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. 👍

#7971602
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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.

OP #7971624
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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

👍

(Firma: matzetronics) #7971655
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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.

: Bearbeitet durch User
#7971763
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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!

#7971765
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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.

OP #7975961
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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

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