DC Motor ansteuern

[olli1986]

Hallo liebes Forum,
ich habe da ein kleines Problem.
Von einem Kumpel habe ich eine Metallfräse hier wo die Steuerung kaputt ist/war, habe die Steuerung komplett raus geschmissen weil es da immer wieder Probleme gab, den Leistungsteil habe ich behalten. Im Leistungsteil werden die 230V AC gleichgerichtet, da ist noch eine Spule drauf und ein paar ordentlich Kondensatoren. Mit den 230V DC wird über ein Mosfett dann der an Motor gesteuert, ich habe im Moment immer das Problem das der Mosfett durch brennt bzw. fest brennt, wenn die Fräse unbelastet läuft funktioniert es eigentlich recht gut, wenn ich dann anfange etwas zu Bohren wird die Motordrehzahl langsamer und auf einmal rennt der Motor mit höchst Drehzahl los und hält auch nur an wenn ich die Fräse aus schalte, wenn ich dann den Mos prüfe hat er dauerhaft Durchgang egal was ich mache, auch wenn ich ihn entlade usw.
Der Mosfett ist ein IRFP460A ist jetzt glaub ich schon der 10te oder so. Dieser Mosfett war schon vorher drin, ich steuere ihn mit einem Arduino Nano mit einem 1Kohm wiederstand dazwischen.
Zur Fräse es ist eine Rotwerk EFM 200 DS, der E-Motor ist ein 230V DC mit 350W und 6000 u/min, ein ganz normaler Bürstenmotor.
Die Steuerung ermittelt über einen Induktivsensor die Drehzahl an der Spindel, am Kühlkörper wird die Temperatur gemessen und im Falle das dieser zu heiß wird, wird der Motor abschaltet.
Mein Kumpel wollte es so haben das beim Bohren oder Fräsen die Drehzahl möglichst konstant bleibt.
Die PWM Frequenz für den Mosfett habe ich schon mehrere Frequenzen probiert 1-4 Khz, 25 – 30Khz, 500hz, ich hoffe mir kann da einer einen Tipp geben oder sonst wie helfen.

Gruß Olli

[Peter(TOO)]

Hallo Olli,

Den dürften Spannungsspitzen zerschiessen!

Mit nur 5V am Gate schaltet er auch nicht ganz durch.

Ein Problem mit FETs sind die Schaltzeiten. Steuert man den mit steilen Flanken an, bleib er schön kühl, aber zusammen mit Induktivitäten, regt man diese sehr schön zum Schwingen an. Das muss man sich mit dem Oszilloskop ansehen.

Praktisch legt man die Treiber so aus, dass man nur eine begrenzte Flankensteilheit bekommt. Dadurch wird der FET zwar wärmer, aber die Entstörung wird einfacher und das Ringing verringert sich auch erheblich.

Die Spannung an deinem FET wird etwa so aussehen (gelbe Linie)
https://i.stack.imgur.com/weFrs.png
Am gesperrten FET liegen etwas über 300V an, wenn du 230V AC gleichrichtest. Der IRFP460A ist für 500V ausgelegt.

Eine andere Frage ist noch, wo du die Masse am FET angeschlossen hast. Hast du hier Störungen von über 30V, schiesst dir die Gate-Isolation durch.

Wenn du die Grenzen nur leicht überschreitest, knallt der FET nicht sofort durch, sondern jede Spannungsspitze ist ein Tropfen ins Fass.

MfG Peter(TOO)

[Klebwax]

wenn ich dann anfange etwas zu Bohren wird die Motordrehzahl langsamer und auf einmal rennt der Motor mit höchst Drehzahl los und hält auch nur an wenn ich die Fräse aus schalte, wenn ich dann den Mos prüfe hat er dauerhaft Durchgang egal was ich mache, auch wenn ich ihn entlade usw.

Wenn der Motor plötzlich mit voller Drehzahl losläuft, brauchst du den FET nicht mehr zu testen, er ist durchlegiert. Er wird auch sicherlich ziemlich heiß, kannst du leider durch Anfassen nicht überprüfen, die ganze Schaltung liegt ja direkt am Netz. Bei solchen Schaltungen, die einerseits Spannungen haben, die lethal sein können und die außerdem direkt mit dem Netz verbunden sind, ist das Entwickeln, Messen und Testen nicht leicht.

Der Mosfett ist ein IRFP460A ist jetzt glaub ich schon der 10te oder so. Dieser Mosfett war schon vorher drin, ich steuere ihn mit einem Arduino Nano mit einem 1Kohm Widerstand dazwischen.

Es ist dir klar, daß dein Nano Netzpotential hat! Sollte der FET nicht nur durchlegieren sondern auch noch das Gate durchbrechen, grillt dir die gleichgerichtete Netzspannung den Nano und alles was daran angeschlossen ist. Also bisher: Glück gehabt.

Bei deiner Ansteuerung fallen mir zwei Dinge auf: die Gatespannung ist viel zu gering. 10V sollten es schon sein, besser die in den Diagrammen gezeigten 16V. Er steuert also nicht richtig durch, das lässt ihn heiß werden. Das 1 kOhm am Gate macht ihn zusätzlich extrem langsam. Das lässt ihn noch einmal wärmer werden. 0 Ohm wären da angesagt. Insgesamt ist die Selbstzerstörung des FETs schon in der Schaltung angelegt und so unvermeidbar.

Ich hab zwar keine Angst vor Netzspannung, aber Respekt. Daher vermeide ich den Umgang mit ihr und insbesondere mit gleichgerichteter, wenn immer es möglich ist. Wenn ich unbedingt selbst eine eigene Motorsteuerung realisieren will, finde ich leicht etwas mit 6000 Touren und 350W mit einer wesentlich ungefährlicheren Spannung wie z.B. 36 oder 48V. Da kann man vernünftig messen, auch mal das Scope anklemmen und muß sich nicht bei jedem Handgriff überlegen, ob das gerade ungefährlich ist.

Wenn man aber bei den 325V bleiben will. sollte man eine galvanische Trennung der Ansteuerung vorsehen. Ein kleines 12V Netzteil versorgt einen kräftigen FET-Treiber. Dieser wird über einen Optokoppler vom Nano angesteuert. Möglicherweise noch ein Relais, mit dem man die ganze Motorschaltung vom Netz trennt. Damit können dann auch Entladewiderstände eingeschaltet werden, damit die Kondensatoren zuverlässig entladen und der Motor abgebremst wird.

Insgesamt solltest du das Ganze noch einmal gründlich überdenken.

MfG Klebwax

[olli1986]

Hi Ihr zwei,
wollte schon längst geantwortet haben, es hat sich aber in letzter Zeit viel getan, wo ich keine Zeit mehr hatte, habe dann noch einen neuen Job angefangen wo ich mich erstmal darauf konzentriert habe, jetzt habe ich aber langsam hin und wieder mehr Zeit für mein Hobby der Elektronik.
Beruflich bin ich Servicemonteur für Baumaschinen und mache deshalb Elektronik und deren Programmierung als Hobby, hier und da bringt mich das auch beruflich weiter, denn es wird ja immer mehr mit Elektronik usw.

Wollte schon längst einen aktuellen Schaltplan zeichnen, muss mich aber erst wieder ein wenig rein arbeiten.
Zum Thema Spannungsspitzen, an so etwas habe ich überhaupt nicht gedacht, aber eigentlich logisch.
Ich betreibe den Arduino Nano über ein 12V LED Netzteil mit 1A, der Nano kann ja 7V bis 12V am VIN Pin. Für die Drehzahl habe ich einen Induktivsensor verbaut der 12V haben muss und Schaltet bei im Impuls GND durch.

Wenn ich so im Nachhinein drüber nach denke ist es echt total bescheuert dies ohne Galvanische Trennung zu arbeiten.

Habe mir das Datenblatt nochmal angeschaut hatte es wohl falsch verstanden und habe gedacht es reichen 5V, aber steht ja klar drin und in der Grafik auch gut zu sehen.

Ich habe jetzt die Überlegung einen Spannungsteiler zu machen um von den 325V auf 16V zukommen dann wäre R1 10 kOhm und R2 560 Ohm danach die Spannung mit einem Kondensator gepuffert bzw. geglättet, dann gehe ich weiter über einen Optokoppler auf den Gate vom FET damit die Spannung am Gate vom FET wieder abfließen kann eine Wiederstand mit 10k oder so gegen Masse.
Den Optokoppler dann über den Nano direkt über einen passenden Vorwiederstand betrieben mit einer Frequenz von ca. 1 – 2 khz.

Was sagt Ihr zu dieser Idee, oder habe ich da noch einen Schlimmeren Denkfehler als vorher?

Gruß Olli

[HaWe]

Daher vermeide ich den Umgang mit ihr und insbesondere mit gleichgerichteter

OT, aber interessehalber: wieso insbesondere mit gleichgerichteter?

[Klebwax]

OT, aber interessehalber: wieso insbesondere mit gleichgerichteter?

Weil Kondensatoren nach dem Gleichrichter auch lange nach dem Ausschalten der Wechselspannung noch 300 oder mehr Volt haben können. Eine Wechselspannung ist weg, wenn man den Stecker zieht, bei Gleichspannung ist das nicht sicher.

MfG Klebwax

[HaWe]

ah, danke, daran habe ich tatsächlich nicht gedacht, es wird ja sonst immer vor dem gefährlicheren Wechselstrom gewarnt wegen tödlicher Herzrhytmusstörungen, Kammerflimmern und Herzstillstand.

[Klebwax]

ah, danke, daran habe ich tatsächlich nicht gedacht, es wird ja sonst immer vor dem gefährlicheren Wechselstrom gewarnt wegen tödlicher Herzrhytmusstörungen, Kammerflimmern und Herzstillstand.

Klingt für mich nach der alten Edison (Gleichstrom) vs Tesla/Westinghouse (Wechselstrom) Kampagne. Da hat Edison erst einen Elefanten, später auch einen zum Tode verurteilten minutenlang mit Wechselstrom braten lassen um das Wechselstromnetz zu diskreditieren.

Ich hab in meinem Leben so einige Stromschläge erhalten, sowohl mit Gleichspannung (z.B. Anodenspannung, Influenzmaschine ...) als auch mit Wechselspannung. Ich empfand beides gleich unangenehm und versuche es tunlichst zu vermeiden. Kondensatoren sind aber heimtückische Teile, man sieht ihnen nicht an, ob sie geladen sind. Es gehörte früher zu den echt üblen "Werkstattscherzen", dem Kollegen einen geladenen Kondensator unter ungeladene zu packen.

Wie ich schon schrieb, hab ich keine Angst vor Netzspannung aber Respekt. Deswegen würd ich auch so was

Ich habe jetzt die Überlegung einen Spannungsteiler zu machen um von den 325V auf 16V zukommen dann wäre R1 10 kOhm und R2 560 Ohm danach die Spannung mit einem Kondensator gepuffert bzw. geglättet, dann gehe ich weiter über einen Optokoppler auf den Gate vom FET damit die Spannung am Gate vom FET wieder abfließen kann eine Wiederstand mit 10k oder so gegen Masse.

nicht machen. Die Gateansteuerung bekäme bei mir eine eigene galvanisch getrennte Versorgung und eine ebenfalls getrennte Ansteuerung. Beides zusammen erhält man z.B. mit einem ADuM6132. Dieser trennt sowohl das Steuersignal und liefert auch die Versorgung. Man kann das auch einzeln haben, mit einem AC/DC bzw DC/DC Wandler als Versorgung und einem Optokoppler für das Signal. Da kann man dann, ohne ans Stromnetz zu gehen, alle Signale "trocken" testen. Das sind aber nur Konzepte. Auf eine Diskussion über Widerstandswerte etc werd ich mich hier aber nicht einlassen, sie läßt mich auf fehlende Kompetenz im Umgang mit solchen Schaltungen schließen.

MfG Klebwax

[HaWe]

nun, so alt die Erkenntnis schon sein mag:
Wechselstrom ist bei gleicher Spannung tatsächlich viel gefährlicher und potentiell viel eher tödlich, denn sobald eine seiner Wellen in die vulnerable Phase des Herzzyklus kommt (was bei 60Hz natürlich pro Sekunde 60x wahrscheinlicher ist als bei Gleichstrom), wird der Sinusrhytmus gestört, und es kommt zu Kammerflimmern: d.h. das Herz pumpt kein Blut mehr (und erhält auch selber dann keinen Sauerstoff mehr), es folgen Herzstillstand, Herztod, Hirntod.
Die Defibrillatoren zur Wiederherstellung eines Sinusrhytmus (Kardiokonversion) arbeiten daher auch immer mit Gleichstrom.

[olli1986]

Hi Klebwax,
wie du empfohlen hast, habe ich mir den ADum6132 angeschaut und auch gleich 2 davon besorgt, nachdem ich mir recht lange das Datenblatt durch geschaut habe. Habe dann die Schaltung so auf gebaut wie im Datenblatt beschrieben, hab aber irgendwie das Problem das wenn 5V auf PIN 1 gebe und Masse an PIN 2, kommt zwischen den PINs 15 und 16 0V raus und ich weiß nicht warum, denn wenn ich es richtig verstanden habe sollen da ca. 15V raus kommen, eventuell stehe ich da noch irgendwo auf dem Schlauch.

Du hast recht mir fehlt da noch mehr oder weniger die Kompetenz, beruflich bin ich Baumaschinenmechaniker und dies mit der Elektronik ist ein Hobby von mir was ich in den letzten Jahren nicht nach gehen konnte, habe aber einen neuen Job wo ich wieder die Zeit habe, aber hatte ich ja weiter oben schon geschrieben. Im Januar mache ich mein Schein zur Elektrofachkraft, den werde ich beruflich brauchen, da ich an Maschinen arbeiten werde mit ca. 400V Anlagen.
Mit dem Fräsen Projekt habe ich mich vielleicht ein wenig übernommen, aber jetzt bin ich schon soweit das eigentlich nur noch die Treiber Geschichte für den Gate fehlt.

Gruß Olli