Schnelle Stromregelung eines großen Elektromagneten

Hallo, sollte funktionieren. Ja, der Strom durch R1 wird beim Schliessen negativ sein und die Induktivität gegen Plus entladen. Ich würde das aber unbedingt mit LTspice untersuchen. mfg Klaus

Dann wäre bei dieser Version nur ein positives Stromsignal da, welches man über RC Filter glätten könnte um es auf einen Komparator zu schalten ?

Anstelle des Widerstandes R1 nimm so etwas wie den ACS712 zur Strommessung.

Wenn mehr als 0,1V zum Messen an R1 abfallen soll, wird die Verlustleistung vermutlich stoeren.

Hallo Dirk

Leistungselektronik am Drehstromnetz ist so eine Sache für sich:

Bitte am Eingang Sicherungen.

Dein Brems-Chopper kann die Zwischenkreisspannung begrenzen/ auf einen Maximalwert regeln. Selbstverständlich muss diese dafür gemessen werden.

Ist dein Elektromagnet für 600V und mehr genügend isoliert?

C1 erzeugt einen ordentlichen Überstrom beim einschalten. Evtl. musst du mit Vorladung arbeiten.

Deine Shuntmessung hat in beiden Versionen das Problem, dass wenn du filterst das Signal Dutycycle abhängig wird. Stell dir vor, es fliessen konstant ein 1A, 1x bei 100% PWM und einmal bei 10%. Was passiert mit einem gefilterten Shuntsignal?

Egal ob analog oder digital geregelt, möglichst wenig filtern und mit Momentanwerten arbeiten ist meist besser. Musst bei digital natürlich entsprechend oft abtasten. Gibt auch weniger Verzögerung/Phasendrehung was der Regelstabilität zu Gute kommt.

Dein Strommesssignal ist von DC- nicht isoliert, je nachdem auf welchem Potential deine Ansteuerung sitzt musst du mit der Isolation einer möglichen Nutzerschnittstelle aufpassen.

Ansteuerung: Über PWM werden beide IGBT Q1 Q2 gleich getaktet funktioniert, ist aber sehr ineffizient. Q1 ein, Q2 taktet ist erheblich effizienter und relativ einfach in der Ansteuerung.
Q2 ein, Q1 taktet geht auch, da funktioniert sogar Filtern ohne Einfluss des Dutycycle. Die entsprechenden Stromkreise musst du dir selbst einzeichnen.

Abwerfen: alles aus und Zwischenkreis begrenzen. Dein C1 könnte noch etwas Unterstützung durch Foliekondensatoren für hohe Frequenzen gebrauchen.

Ich schätze die Verluste auf ca. 20W. Eine Elektromagnet mit höherer Spannung und weniger Strom währe deutlich effizienter (500V/1A ca. 6W).

Isolation, Luft- und Kriechstrecken, Kühlung...

Bleibt auch nach KI noch ein bisschen was zu tun. Grundsätzlich geht das aber.

viel Erfolg Hauspapa

Hallo Dirk,

ja deine Schaltung geht grundsätzlich, hab ich so schon verwendet. Ich würde ja auf 230V gehen, das sind ja nur 550W. Die 325V im Zwischenkreis sind aber viel einfacher zu handhaben als 630V bei Drehstrom.

Wenn du den Zwischenkreiskondensator groß genug machst, kannst du auch den Chopper weg lassen. Das kommt jetzt aber auf die Induktivität, also die Energiemenge in der Spule an.

S. K. schrieb:

Ansteuerung: Über PWM werden beide IGBT Q1 Q2 gleich getaktet funktioniert, ist aber sehr ineffizient. Q1 ein, Q2 taktet ist erheblich effizienter und relativ einfach in der Ansteuerung. Q2 ein, Q1 taktet geht auch, da funktioniert sogar Filtern ohne Einfluss des Dutycycle. Die entsprechenden Stromkreise musst du dir selbst einzeichnen.

Nein, genau das geht nicht. Wenn du nur einen IGBT schaltest, dann ist die Spannung im Freilauf nur die Diodenspannung. Damit ändert sich der Strom nur sehr langsam. Die schnelle Stromänderung erfolgt ja dadurch, das die Spule im Freilauf gegen die Spannung des Zwischnkreises arbeiten muss. Eine Umschaltung Schnelle/langsame Änderung ist natürlich möglich, war aber erstmal gar nicht gesucht.

Ein Vorladung des Zwischnkreises fehlt dir auch noch.

Hallo Dieter.

Dieter D. schrieb:

Anstelle des Widerstandes R1 nimm so etwas wie den ACS712 zur Strommessung.

ACS712 ist nur für 5A. Könnte für 5A schon grenzwertig werden. Du weisst nicht, was bei kurzen Überschwingern passiert. Auch wenn nichts kaputt geht, könnte der in eine Sättigung laufen, und Du bekommst das nicht mehr angezeigt und Regelungsprobleme bekommen. Aber Hall-Sonden ICs gibt es auch für deutlich höhere Ströme wie z.B. die ACS72981 Serie.

Wenn mehr als 0,1V zum Messen an R1 abfallen soll, wird die Verlustleistung vermutlich stoeren.

Das wären dann 0,5W. Bei ca. 500W Verlustleistung vermutlich zu Vernachlässigen. Kann jeder 2W Widerstand wegstecken, solange unter "normalen" Bedingungen betrieben.

Für noch mehr Genauigkeit könnte man 5 oder 10 oder noch mehr Watt Typen nehmen und zur thermischen Stabilisierung mit einem Kühlkörper versehen, damit die Eigenerwärmung nicht zu einem Weglaufen der Messung führt.

Mit freundlichem Gruß: Bernd Wiebus alias dl1eic

http://www.dl0dg.de

Dirk F. schrieb:

Die KI hat mir eine ähnliche Grundschaltung wie im Angang rausgeworfen.

Da sieht man klar, dass "die KI" noch weit weg von einem sinnvollen Schaltungsentwicklungstool ist.

Über PWM werden beide IGBT Q1 Q2 gleich getaktet.

Zum wirklich schnellen Hoch- und Abregeln des Stromes brauchst du eine Vollbrücke, die die verfügbare Versorgungsspannung in beide Richtungen auf die Spule schalten kann. Das was dir die KI vor den Latz geknallt hat, ist eine beidseitige Ansteuerung in nur 1 Quadranten. Sprich: die Schaltung kann den Strom nur in 1 Richtung schnell aufbauen. In die andere Richtung wird die Energie einfach nur in den Zwischenkreis eingespeist und ggfs. "verchoppert". Da darf der Strom durch die Spule also einfach so austrudeln und wird nicht aktiv und damit schnell heruntergeregelt.

Für deine Anforderung "schnelles Regeln von Stromanstieg und Stromabfall" brauchst du eine Ansteuerung für mindestens 2 Quadranten.

Stromregelung über Shunt R1.

In der Praxis nimmt man da besser kontaktlose Stromsensoren. Denn so ein Shunt sorgt dafür, dass du die Ansteuerung der Transistoren aufwendiger gestalten musst, weil sich ja das Emitter(Source)-Potential vom GND unterscheidet.

S. K. schrieb:

C1 erzeugt einen ordentlichen Überstrom beim einschalten.

Unabhängig von der tatsächlichen Kapazität? Aber seis drum: natürlich muss man "irgendwie" dafür sorgen, dass die Sicherung nicht anspricht.

Hallo, danke für die zahlreichen Hinweise. Dass alles isoliert aufgebaut werden muss, ist klar.

Dazu kenne ich bereits aus anderen Projekten: Spannungsmessung Zwischnekreis: HCPL-7800A-300E Strommessung: TMCS1123C5AQDVGR

Gruß Dirk

Moin,

Lothar M. schrieb:

Zum wirklich schnellen Hoch- und Abregeln des Stromes brauchst du eine Vollbrücke, die die verfügbare Versorgungsspannung in beide Richtungen auf die Spule schalten kann.

Das kann seine Schaltung doch. Im Vergleich zur Vollbrücke sind nur die Mosfets link unten und rechts oben durch Dioden ersetzt. Er kann damit das Vorzeichen des Spulenstroms nicht umschalten, aber Strom erhöhen mit Zwischenkreisspannung und Strom reduzieren gegen die Zwischenkreisspannung geht auch. Bei separater Ansteuerung kann man die Spule auch kurzschließen und somit den Strom konstant lassen.

Sprich: die Schaltung kann den Strom nur in 1 Richtung schnell aufbauen. In die andere Richtung wird die Energie einfach nur in den Zwischenkreis eingespeist

und läuft gegen die Zwischenkreisspannung, also maximale Bremsweirkung.

Gruß, Roland

Roland D. schrieb:

Sprich: die Schaltung kann den Strom nur in 1 Richtung schnell aufbauen. In die andere Richtung wird die Energie einfach nur in den Zwischenkreis eingespeist

und läuft gegen die Zwischenkreisspannung

Da läuft gar nichts "gegen die Zwischenkerisspannung", sondern es wird mit dem Spulenstrom nur der ZK zusätzlich aufgeladen.

also maximale Bremsweirkung.

Es geht hier nicht um eine "Bremswirkung", sondern um einen maximal schnellen Stromabbau. Und der wird erreicht, wenn die ZK-Spannung einen Strom entgegen der Richtung des Spulenstrom in die Spule treibt. Und dafür muss die Spannung an der Spule umgepolt werden. Und für diese Umpolung sind die fehlenden beiden Transistoren der Vollbrücke nötig.

Dirk F. schrieb:

Hallo, ich möchte eine Schaltungskonzept entwickeln, bei dem ein großer Elektromagnet (ca. 110V 5A) möglichst schnell den Strom auf und abzuregeln

Möglichst schnell ?

Das gibt dir die Physik vor, berechnet aus der Induktivität in Henry, über die du NATÜRLICH nichts gesagt hast.

Damit sich der Strom durch eine Spule schnell ändert, muss man an die Spuleanschlüsse hohe Spannungen anlegen.

Bei 1H und 5A bekommt man mit 500V ca. 1/100 Sekunde bis zum Entladen/Aufbau hin. Muss es schneller gehen, brauchst du höhere Spannungen.

Wer ernsthaft ist, nimmt viele Kilovolt.

Lothar M. schrieb:

Und dafür muss die Spannung an der Spule umgepolt werden

Wird sie doch. Nach dem Abschalten dreht sich die Polarität der Spule durch die Selbstinduktion automatisch.

Michael B. schrieb:

Bei 1H und 5A bekommt man mit 500V ca. 1/100 Sekunde

Wenn ich richtig gerechnet habe, reden wir von ca. 100 H.

10% Stromänderung in 10 ms würden mir schon reichen......

Dirk F. schrieb:

Michael B. schrieb:

Bei 1H und 5A bekommt man mit 500V ca. 1/100 Sekunde

Wenn ich richtig gerechnet habe, reden wir von ca. 100 H. 10% Stromänderung in 10 ms würden mir schon reichen......

Und der Bruder hat etwa 22 Ohm ESR?

Und wo liegt seine SRF?

Die Induktivitaet des Hubmagneten mit und ohne Last ist sehr unterschiedlich. D.h. bei der Auslegung sind beide Extrempunkte zu beruecksichtigen.

Hallo Michael B.

Michael B. schrieb:

Wer ernsthaft ist, nimmt viele Kilovolt.

Richtig. Und da kommt dann die Potentialtrennung am Messshunt hinein, die sollte ja die mehrere kV aushalten. Ein Hall-Sensor Stromwandler ist da nicht soooo viel besser, weil die Isolationsspannung zwischen Hochstromkreis und Messung meistens auch nur ein paar 100V beträgt.

Mit freundlichem Gruß: Bernd Wiebus alias dl1eic

http://www.dl0dg.de

du brauchst einen 4-Quadranten Regler, ich hatte mal vor 36 Jahren einen (5 Tesla) in der Werkstatt mit 128 Stk 2N3055 und Wasserkühlung, leider tropfte die etwas auf die Elektronik und die Reparatur wurde durch den Ausbau und Messmöglichkeiten schwierig also wirtschaftlich unmöglich.

Dürfte heute leichter nachzubauen sein mit besseren Transistoren oder auch billiger zu kaufen sein.

Joachim B. schrieb:

du brauchst einen 4-Quadranten Regler,

Zwei Quadranten reichen völlig, er will den Magnet ja nicht in beiden Polaritäten betreiben.

Dirk F. schrieb:

Wenn ich richtig gerechnet habe, reden wir von ca. 100 H. 10% Stromänderung in 10 ms würden mir schon reichen......

Dann brauchst du eben 5kV und mit deiner ChatGPT Schaltung gar nicht erst anfangen.

Oder du realisierst dass Wunsch und Wirklichkeit eben nicht zusammenpassen.

Dirk F. schrieb:

Lothar M. schrieb:

Und dafür muss die Spannung an der Spule umgepolt werden

Wird sie doch.

Du musst da nochmal über das nachdenken, was ich geschrieben habe. Und beachten, dass es nicht um irgendwelche "Spannungsumpolungen" geht, die die Spule initiert, sondern um den Strom, der durch die Spule fließt.

H. H. schrieb:

Zwei Quadranten reichen völlig

Und auch für 2 Quadranten braucht es eine Vollbrücke. Die Schaltung oben kann nur 1 Quadranten bedienen.