DC-Motor drehzahlregelung (PWM)

[fox1707]

Hi!

Habe vor mir einen Rasenmähermotor zu bauen und bin gerade bei der Motorwahl.

Hab mir gleich einen starken 12V Motor besorgt.
Nur läuft der Motor bei angelegten 12V viel zu schnell. Durch zahlreiche Mähversuche habe ich rausgefunden, dass die Drehzahl (und auch leistung) bei anliegenden 4V optimal ist.
Daraufhin hab ich mir ne PWM-Endstufe gebaut und versucht den Motor auf die gewünschte Drehzahl zu stellen.
Doch mir kam vor, dass der Motor an Drehmoment (Leistung) verlohren hat.

IST DAS NORMAL??
Darf das sein?

Oder hat meine PWM Endstufe was?
Verliert ein Motor an Leistung wenn man ihn mit PWM steuert.

Wäre vielleicht statt der PWM ein starker Step down Regler bevorzugt.
Oder kann man den Motor mit einem Drehzahlsensor ausstatten und mit PWM nachregeln damit das Drehmoment (Leistung) steigt?

Motor sollte mit 4000 rpm laufen und nimmt bei 4V max 8A auf!

Freue mich auf Lösungen!

[franzl]

hallo,
ja es ist normal das das drehmoment bei ansteuerung mit pwm abnimmt. ist auch logisch, denn der motor wird ja nur in den high phasen bestromt und je niedriger die spannung, im vergleich zur sollspannung desto geringer das drehmoment.
mfg franz

[fox1707]

Hi, thanks!

Welche Alternativen sind möglich, oder ist dieser Motor nur so ungeeignet?

Bei einer Step down Schaltung würde ich dieses Problem nicht haben?

Wäre es mit eine PWM-Regelung zu lösen.
--> sinkt die drehzahl, so regelt der Microcontroller nach.

Da die Motorwelle nach hinten auch geht könnte man einen Sensor anbringen! Aber nur welchen! 4000 rpm sind ja theoretisch leicht zu messen!

[ähM_Key]

dass der Motor an Drehmoment (Leistung) verlohren hat.

Drehmoment != Leistung

Leistung := Drehmoment * Drehzahl !


Ja, eine Regelung könnte da Vorteile bringen. Je nach Genauigkeit sollte man einen Encoder an der Motorwelle anbringen.

[avion23]

Mit einem Step-down wandler wirst du das Problem nicht lösen können. Die PWM durch die Motorspule ist schon einer.

- Schaltplan? Dir mag es vielleich klar sein, was du gebaut hast. Mir nicht :D
- PWM-Frequenz? Oszilloskop, Flanken? Wird der Mosfet warm?
- Sind die Freilaufdioden schnell und stark genug?
- SPannungsquelle, Verkabelung? 8A leitet man nicht über 0.25mm² Litze.

Die Leerlaufdrehzahl wird sich ohne Regelung immer von der Lastdrehzahl unterscheiden. Zusätzlich arbeitest du noch mit relativ geringen Spannungen (12V bzw 4V), so dass die ohmschen Verluste noch stärker ins Gewicht fallen.
Übrigens ist P = U * I = 4V * 8A = 32W. Das ist seeeeeehr wenig, wahrscheinlich brauchst du mehr Leistung.

[Andree-HB]

...für solche Probleme gibt es ja Getriebe - gibt es bei Dir nicht evtl. die Möglichkeit, den Motor auf Nenndrehzahl laufen lassen und halt zu untersetzen ? Damit steigert man dann ja auch das Drehmoment der Schneidemesser.

[pongi]

Du könntest die PWM mit einem Tiefpass glätten, damit hast du dann einen einigermassen konstanten Spannungsverlauf.

[franzl]

hallo,
was soll das glätten der pwm bewirken. P = U*I damit ändert das rein gar nichts an dem Leistungsverlust.
mfg franz

[fox1707]

Die PWM-Schaltung besteht aus einem BUZ11!
PWM Frequenz = 1 kHz
Diode ist ne BYV 28-200
Der BUZ11 hat sich nicht erwärmt.
8A sind die Spitzenwerte.

Anfang hatte ich auch an ein Getriebe gedacht, da aber der Motor bei 12V 19000 rpm macht könnte es vielleicht ein Problem werden.


Wie sollte ich mit einem Tiefpass glätten? Schaltplan!!!

Hab jetzt einen Impulsgeber auf den Motor montiert und werde noch einmal testen:

4V DC ---> 4000 rpm
PWM ..% ---> 4000 rpm
Drehzahleinbrüche bei gleicher Belastung!
(Probieren geht über studieren)

[Besserwessi]

Wenn man den Motor mit reduzierter Spannung betreibt verliert man ungefähr entsprechend der Drehzahl an Leistung. Mit Nachregeln bleibt das Drehmoment in etwa Konstant. Ein Getreibe wäre also wirklich eine gute Lösung. Die hohe Drehzahl ist dabei sicher ein Problem, aber lösbar, schließlich klapt das in jeder billigen Bohrmaschiene.

[fox1707]

Kann anhand zahlreicher Versuche bestätigen, dass das Drehmoment stark sinkt.

Hab mir mit dem Oszi die Spannung bei (PWM = 50%) am Motor angeschaut, und es sieht so aus als würde der BUZ11 nicht ganz schließen.
Das wird an der induktiven Last hängen, denn bei einer ohmschen Last ist die Spannung schön.
Kann man diesen Effekt mit einem Kondensator beseitigen, oder ist das nicht nötig.

[Besserwessi]

Ein kleiner Kondensator hilft ein wenig für Funkstörungen, aber für die funktion hat der keinen wesentlichen Positiven effekt. Man hat sogar eher zusätzliche verluste. Mit induktiver Last ist die Freilaufdiode wichtig. Im Prinzip sollte sie Spannung am Motor relativ ähnlich aussehen wie beim Widerstand, nur ein klein bisschen negativ in den Ausphasen.

[StEndres]

Mit Nachregeln bleibt das Drehmoment in etwa Konstant.

Aber nicht, wenn du die Drehzahl regelst.


Hab mir mit dem Oszi die Spannung bei (PWM = 50%) am Motor angeschaut, und es sieht so aus als würde der BUZ11 nicht ganz schließen.


Kann man nicht sagen. Die Spannung die du misst kommt wird von deinem Motor induziert, den der dreht sich ja hoffentlich.
Möglich ist allerdings, dass er tatsächlich nicht richtig durchschaltet. (Habe keinen Schaltplan gesehen.) Das würde das Problem erklären.

Außerdem würde ich die Frequenz erhöhen. Je nach Motortyp kommt es bei zu niedrigen Frequenzen schnell zu mechanischen Schäden (Dauerbruch)

Unter der Voraussetzung, dass deine Schaltung richtig funktioniert wird sich der Motor unter Belastung nicht anderst verhalten, als mit den anderen 4V.

[fox1707]

Hier ein Bild von meiner Schaltung:

http://www.bilder-upload.eu/show.php?file=2bh8cgZzYAZ2BL1.JPG

Motor läuft im Leerlauf gut, doch bei geringer Belastung geht er in die Knie!

[avion23]

Du schreibst, dass der BUZ11 sich nicht erhitzt. Dann wird es wohl nicht die Ansteuerung sein, auch wenn die verbesserungswürdig ist. Evtl. hat der Motor etwas weniger Kraft wegen der Ansteuerung mit 1kHz. Ich würde versuchen etwas höher zu gehen, bis der BUZ11 warm wird.

Das Problem ist IMHO, dass du dem Motor mit konstanter Leistung betreibst. Die Leistung wird irgendwann von den Verlusten aufgefressen, so dass sich ein Gleichgewicht einstellt. Wenn du die Belastung, und damit die Verluste aus Motorsicht, größer machst, wird das Gleichgewicht früher erreicht. Deswegen die niedrigere Drehzahl.


Oder kann man den Motor mit einem Drehzahlsensor ausstatten und mit PWM nachregeln damit das Drehmoment (Leistung) steigt?
Yo :D Evtl. P- oder PID-Regler aufbauen.

[fox1707]

Ich werde mal versuchen die Frequenz zu erhöhen.
Da ich aber ein Microcontroller-Neuling bin, kann das noch einige Zeit in anspruch nehmen bis der ATMEGA8 programmiert ist.

Werde mich vor mein Buch setzen und Assemblercodes studieren.
(oder existiert irgendwo ein geeignetter Code?) :D

Was sind vernünftige Werte? 10, 50, 100 kHz ???

[avion23]

probier mal 10kHz oder die suche.

[oberallgeier]

... Was sind vernünftige Werte? 10, 50, 100 kHz ???
Diese Frage hatte ich auch schon gestellt - und hier wurde sie diskutiert und beantwortet (https://www.roboternetz.de/phpBB2/zeigebeitrag.php?t=37410&highlight=).

[fox1707]

Viel Zeit ist vergangen.

Da ich jetzt meine PWM-Ausgänge behersche, komme ich wieder zur Hardware.


http://www.bilder-upload.eu/show.php?file=2bh8cgZzYAZ2BL1.JPG
Nochmal meine Schaltung für Mähmotor, aber sie ist wie gesagt noch verbesserungswürdig.
ABER WIE???


Wollte bis vor kurzem den Roboter mit 2 Schrittmotoren antreiben.
Da aber die Schrittmotoren zu schwach sind habe ich mir 2 Getriebemotore bestellt.
Vorne habe ich ein Gleitrad und Hinten links und rechts jeweils einen Getriebemotor. Welche Schaltung wird da bevorzugt?
Kann ich meine Schaltung mit einem Relai (2 Wechselkontakte) erweitern, um auch die Drehrichtung zu ändern (+ und - am Motor vertauschen. Oder macht man das nicht??? Und warum??

Die nächste Frage ist, ob die 2 Getriebemotore bei angelegten 12V die gleiche Drehzahl haben? Oder muss man da noch eine Regelung programmieren??