Sinusgenerator als Motoransteuerung

[agilux]

Frustriert:mad: über die Lage am Markt, habe ich mich entschlossen meine Motoren selber zu bauen, weil ich brauche sehr flache und lautlose, dennoch sehr langlebige Motore, welche langsam drehen und dennoch genug Kraft haben.
Ich bin zwar nicht von der Branche, dafür kenne ich mich weder im Fachlatein der Mechanik noch der Elektronik aus.
Meine Motoren sind so konstruiert, dass sie sowohl für den Betrieb als Schrittmotor, als auch als "Synchronmotor" taugen. Im Schrittmotormodus laufen sie zwar recht gut, aber es ruckelt doch etwas zu viel. Im Synchronmodus laufen sie ganz ruhig, doch ich bin auf die 50Hz des Netzes angewiesen.
Deshalb träume ich von einem Frequenzgenerator mit Sinuswelle /Frequenzumrichter/ Tongenerator/ Sinusgenerator und dem dazugehoehrenden Verstärkers (Endstufe)
Im Moment sind meine Testmotoren auf ca 24 V ausgelegt, dies kann aber später geändert werden (dennoch ist mir 24V am liebsten weil ich bei zB 230V mehr Sicherheitsvorkehrungen anbringen müsste.
Gefragt ist 2-150Hz (einstellbar ueber Poti). Der gesammte Verbrauch liegt je nach Model zwischen 3 und 12 Watt.
Da meine Motore bei 50Hz mit einem Kondensator zur Phasenverschiebung laufen, weiss ich allerdings nicht ob das dann bei bei zB stark reduziertem Takt auch noch geht, oder ob da andere Kondensatoren fällig sind, oder ob es sogar ein Sinustaktgenerator mit doppeltem Ausgang möglich ist (zwei um 90° verschobene "Wellen")
Das ganze soll entweder unkompliziert zum Aufbauen sein oder besser noch als Fertigmodul. Später soll davon eine Serie von bis zu einigen Hundert Stück entstehen.
Danke für jede Hilfe;)
Alex

[BMS]

Hallo,
als Endstufe würde sich eine Push-Pull-Stufe aus Bipolartransistoren anbieten, bei deinen angegebenen Leistungsdaten gut realisierbar mit mäßiger Verlustleistung.
Da kannst du dich an diesem Schaltplan orientieren: http://www.ecircuitcenter.com/circuits/pushpull/image004.gif
Für Frequenzgeneratoren gibt es zahlreiche Varianten, da müsstest du dir erst einmal einen Überblick verschaffen.
Zu Testzwecken kannst du sicherlich zunächst einen Frequenzgenerator (Gerät) verwenden und dann die Push-Pull-Stufe dahinter schalten.
Dann kannst du bereits die Endstufe testen. Recherche und Entwicklung des Frequenzgenerators kann parallel dazu erfolgen.
Sind Mikrocontrollerkenntnisse vorhanden? Dann könnte ein Controller ein PWM-Signal erzeugen, dass (durch ein Tiefpassfilter gejagt)
einen Sinus ergibt.
Grüße,
Bernhard

[PICture]

Hallo!


Gefragt ist 2-150Hz (einstellbar ueber Poti). Der gesammte Verbrauch liegt je nach Model zwischen 3 und 12 Watt.

Dafür sollten Audiovertärker (IC's) ausreichen. Ich befürchte, dass dazu nötiger zweiphasiger Generator nicht simpel wird. Ein Kondensator kann eben nur bestimmte Frequenz um ca. 90° verschieben.

[Besserwessi]

Bei variabler Frequenz wird man beide Phasen wie beim Schrittmotor erzeugen müssen, und wohl auch die Amplitude anpassen müssen. Das Signal muss kein Sinus sein, man kann auch ein PWM Signal direkt auf den Motor geben. Zur Realisierung bietet sich ein µC an - dazu braucht man dann eigentlich nur noch die Endstufen: 2 Vollbrücken, ggf. Für den Anfang auch so etwas wie ein L293D oder ähnlich.

[Manf]

kenne ich mich weder im Fachlatein der Mechanik noch der Elektronik aus.

Im Schrittmotormodus laufen sie zwar recht gut, aber es ruckelt doch etwas zu viel. Im Synchronmodus laufen sie ganz ruhig, doch ich bin auf die 50Hz des Netzes angewiesen.
Damit Schrittmotoren gleichmäßig laufen, auch wenn es langsam gehen soll, setzt man einen Mikroschrittbetrieb ein.
Es gibt Treiber dafür unter anderem bei Nanotec oder hier http://www.shop.robotikhardware.de/shop/catalog/product_info.php?cPath=65&products_id=237, vielleicht kann man da einen kaufen und für sehr viel größere Stückzahlen an einen Sebstbau denken.

[agilux]

Vieeelen Dank fuer die zahlreichen Antworten!!:)
Bernhard, das klingt alles gut... leider verstehe ich nicht genug davon, werde es aber so an einen Kollegen weitergeben, welcher ein klein bisschen mehr Ahnung hat als ich... er versteht halt nur englisch und seine richtige Ahnung muss er erst mal unter Beweis stellen.
Besserwessi, dieser genannte Kollege kennt sich etwas mit Mikrocontrollern aus, nun hoffe ich dass dies kein Problem für ihn sein dürfte.
Manf, diesen Treiber hab ich schon gekauft und erfolgreich eingesetzt... leider ruckelt der auch etwas und zusätzlich muss man da noch einen Taktgeber zusammenlöten. den ersten Treiber hab ich verbrannt, weil ich die Terminologie nicht verstanden habe und irgend etwas falsch angeschlossen habe (Fehler meiner Unwissenheit). Der zweite und letzte der mir zur Verfügung steht funktioniert nur auf einem Ausgang (dennoch hatte ich ich vor Betriebnahme alle Anschlüsse sorgfältig gecheckt. Wahrscheinlich habe ich auch da irgendwas übersehen. Jetzt habe ich noch die Treiber "Tiny step" von Mechapro. Die sind robuster gebaut...aber der Motor ruckelt gerade so wie bei dem von Robotikhardware, auch im Microstepp-Betrieb, es sei denn ich lasse ihn sehr schnell laufen und untersetze das ganze mechanisch...was ich eigentlich nicht tun möchte. Ausserdem verliert der Motor schnell an Kraft, wenn man den schnell laufen lässt.
Die Motore sind gedacht um Skulpturen anzutreiben, welche "geräuschlos" sein sollen. Sie befinden sich im Holzkasten eingebaut und der Holzkasten wirkt wie bei einer Gitarre als Klangkörper /Klangversterker, da wird es sehr schwierig, die Motore so aufzuhängen, dass ihre Vibration nicht an das Gehäuse übertragen wird, ohne Platz zu opfern ( ich hatte ja gesagt, dass die Motore sehr dünn sind, sein sollen.
Auf jeden Fall noch mal vielen Dank an euch alle.
Falls dann jemand mit einer Fertiglösung auftauchen würde wäre toll.
mfg
Alex

[Besserwessi]

Richtig Dimensioniert sollte der Motor eigentlich im Mikrosteppbetrieb recht ruhig laufen. Wenn die Einstellungen (Motorstrom, Spannung) nicht stimmen kann es aber passieren das kein richtiger Mikroschrittbetrieb gemacht wird. Es wird vermutlich einfacher wenn der Motor etwas schneller läuft - ein Getriebe per Gummi-riemen ist einfach, leise und auch nicht groß. So hat man das Früher oft bei Plattenspielern und Kassettenlaufwerken gemacht. Den Platz für das Getriebe kann man vermutlich bei der Motorgröße wieder einsparen.

[Klebwax]

Deshalb träume ich von einem Frequenzgenerator mit Sinuswelle /Frequenzumrichter/ Tongenerator/ Sinusgenerator und dem dazugehoehrenden Verstärkers (Endstufe)
Im Moment sind meine Testmotoren auf ca 24 V ausgelegt, dies kann aber später geändert werden

Schau dir mal Mikroschritttreiber für Schrittmotore an. Ein Beispiel ist der TA8435. Wenn man sich die Ströme der Mikroschritte mal ansieht, erkennt man den Sinus. 24V könnten auch passen. Das wäre dann eine Ein-Chip Lösung. Inzwischen gibt es aber neuere Bausteine.

MfG Klebwax

[agilux]

danke Besserwessi ,
meine Motore werden die Skulpturen per Zahnriemen antreiben, also daher mach' ich mir keine Sorgen wegen der Schallübertragung, nur die Verbindung mit dem "Chassis" wird etws komplizierter, werde mir dafuer ein Lösung mit Silikon ausdenken müssen entgegengesetzt zu Plattenspieler wird hier die Skulptur sehr langsam (1/10-2 UPM). dafür wird der benötigte Enddrehmoment zwischen 1 und 50 Nm betragen. Getriebe mit Zahnrädern kommt bei mir nicht vor, da oft laut Hersteller das Getriebe der schwache Punkt an zB Getriebemotoren ist ( ich träume von einem Antrieb, welcher wirklich sehr lange ohne Wartung läuft, um die 30-50'000 Stunden. Der Motor, den ich im Moment gerade beim Testen bin hat 15cm im Durchmesser und ist ganze 2 cm hoch. dazu kommt dann noch die Welle mit Zahnriemenrad 10mm, das macht insgesamt 32mm Der Motor an sich bringt je nach Spannung und Betriebsmodus bis zu 1/2 Nm bei 6 Watt Stromaufnahme. Diese Werte können natürlich optimiert werden. Wenn ich genügend Erfahrungen gesammelt habe, dann werde ich mich entscheiden wie und wo ich die Kompromisse mache.
Klebwax, kennst du diese neueren Bausteine, kennst du vielleicht eine "fix und fertig" Lösung, also plug & go oder so? Wie schon erwähnt, ich bin kein Elektronikexperte oder so was und wenn ich nicht zu löten brauch wäre mir ehrlich gesagt lieber.
Was ich noch nicht erwähnt habe: Ich befinde mich in Thailand und es ist gar nicht einfach sich alle Komponenten zu beschaffen. Falls ich mal eine gute Lösung hätte, so könnte ich die Lötarbeit in Auftrag geben, aber auch da muss ständig kontrolliert werden und SMD fällt bei so kleiner Stückzahl aus. Ich habe den TA8435 an meinen Kollegen weitergeleitet , und er soll rausfinden ob das was ist was er benutzen möchte. Nochmal gesagt: eine Kompletloesung wäre mir am liebsten, auch wenn das etwas teurer wird, aber Zeit ist auch Geld.
PICture, danke für deinen Hinweis mit der Phasenverschiebung. Jetzt fällt mir ein was ich mal im Audiobereich gesehen habe: da gibt's "delayer". die werden bei der Sonorisation bei grossen Konzerten eingesetzt. Würde man einen simplen Tongenerator nehmen und für die 2te Phase einen "delayer" dazwischenklemmen, so hätte man die Phasenverschiebung (man muss das ganze natürlich mit Hilfe eines Oszilloskops einstellen. Was ich auch noch nicht gesagt habe ist dass ,einmal eingestellt, die meisten meiner Skulpturen sich mit immer der selben Geschwindigkeit drehen sollen.
So, jetzt aber genug für heute
Danke noch mal an alle
Alex

[PICture]

Wenn deine Skulpturen sich mit immer gleicher Geschwindigkeit drehen sollen, dann reicht es ein selbstoszillierender Audioverstärker mit ausgerechneten/ermittelten Kondensator am Ausgang (für zweite Phase). ;)

[agilux]

Was soll ich mir genauer unter"selbstoszillierender Audioverstärker" vorstellen?
Danke

[PICture]

Ein Audoverstärker mit Frequenzbestimmender positiver Rückkoplung, die zum Oszillieren führt. Als Fachlektüre: https://www.roboternetz.de/community/threads/53191-Gleichspannungsverdoppler-mit-Niederfrequenz-IC-TB-A820m .

[Besserwessi]

Es gibt auch Oszillatorschaltungen die gleich Signal mit ca. 90 Phasenverschiebung ausgeben. Als billige Lösung ginge das mit einem Stereo Audioverstärker IC. Wenn man die Frequenz variabel haben will, würde ich aber eher den Oszillator und Verstärker als Stromregelung separat machen, weil man sonst die Spannung mit Anpassen müsste.

Gerade wenn das ganze länger laufen soll, wäre eine Energieeffiziente Lösung angebraucht, was am einfachsten per µC geht.

[PICture]

Man könnte angeblich ein Doppelpoti (z.B. für Stereo) für gleichmässige Änderung sowohl der Frequenz als auch Phasenverschiebung anwenden. ;)

[Manf]

Wenn ein Schrittmotor-Treiber mit PWM Ausgang und mit Mirkoschrittbetrieb, der den Motor optimal ansteuert, nicht zu teuer dafür ist in 100facher Ausführung eingesetzt zu werden, dann ist das wohl die beste Lösung.

Den Oszillator der das Taktsignal dafür liefert wäre wohl mit einem NE555 sehr einfach und sicher, vielleicht findet man auch eine Baustein-Version hierfür.

Ich möchte auf alle Fälle, dass eine solche Lösung hier als Vorschlag genannt wird, wenn dann nachher wirklich ein selbstschwingender Audioverstärker als Motortreiber eingesetzt wird habe ich nichts dagegen.

[agilux]

Danke für die vielen Antworten!
PICture, leider werde ich nicht klug aus deiner Antwort und dem Link. Gibt es da ein konkretes Schema, worauf ich mich basieren kann, oder besser noch einen genauen Plan, welchen ich meinem Electronikkollegen geben kann, dass der mir so was bauen kann?
mfg
Alex

[PICture]

Meine Erklärungsversuche basieren auf dem Schaltplan im Datenblatt: http://www.datasheetcatalog.org/datasheet/stmicroelectronics/1440.pdf . Du brauchst aber sicher leistungfähigen und angeblich für zwei Phasen stereo Audioverstärker. ;)