Hallo,
ich möchte eine Schaltungskonzept entwickeln, bei dem ein großer Elektromagnet (ca. 110V 5A) möglichst schnell den Strom auf und abzuregeln.
Die KI hat mir eine ähnliche Grundschaltung wie im Angang rausgeworfen.
Über PWM werden beide IGBT Q1 Q2 gleich getaktet.
Stromregelung über Shunt R1.
Ein = Strom erhöht sich.
Aus = Strom wird reduziert (Rückspeisung in Zwischenkreis C1).
Regelung der Zwischenkreisspannung über Brems-Chopper Q3/R2.
Könnte das so etwa funktionieren ?
Sehe ich das richtig, dass das Stromsignal an R1 beim Umschalten von Positiv auf Negativ wechselt ?
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
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Ich befürchte Dirk F. hat recht.
Angenommen Q1 und Q2 sind an und der Strom ist gerade 5A. Wenn jetzt die Transistoren aus schalten, so fließt der Strom über D1 und D2. Die Spannung über der Spule ist somit Zwischenkreisspannung, nur entgegengesetzt der Stromrichtung.
Zusätzliche IGBTs parallel zu D1 und D2 bringen hier genau gar nichts, da die Spannung über den IGBTs dann -1V (Diodenflusspannung ist) und die IGBTs gar keinen Strom übernehmen können.
Den Fall Den du meinst, ist wenn man nur einen IGBT schaltet. Dann sieht die Spule entweder Zwischenkreisspannung (steigender Strom) oder als Freilauf die Diodenflusspannung.
Was nicht geht mit der Schaltung von oben, die Stromrichtung zu drehen. Braucht aber ein Elektromagnet jetzt auch nicht. Der Vorteil von der Schaltung oben ist es, das keinerlei Totzeiten beachtet werden müssen.
Und auch für 2 Quadranten braucht es eine Vollbrücke. Die Schaltung oben
kann nur 1 Quadranten bedienen.
Beim Abschalten einer Induktivität ist die Höhe der Begrenzung der Induktionsspannung maßgebend für die Geschwindigkeit der Stromänderung (Stromreduzierung).
Mit Freilaufdiode (0,7V) extrem langsam.
mit 400 V z.B. über Varistoren begrenzt schon sehr schnell.
In der o.g. Schaltung polt sich die Spule um, der Pluspol ist dann über eine Diode mit dem Plus der Zwischenkreisspannung verbunden, der Minuspol an Minus der Zwischenkreisspannung.
D.h. die Induktionsspannung steigt schnell bis auf den Level der Zwischenkreisspannung an, ohne dass Strom fließt.
Wird der Level erreicht, dann beginnt ein Strom zu fließen. Also genau auch das, was bei anderen Schaltungen (Gleichrichter mit gleichstromseitige Abschaltung) so gemacht wird.4
Damit dürften die Stromanstiegs und Stromabfallzeiten bei der o.g. Schaltung gleich sein.
Stromregelung.png
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