Motorsteuerung mit Brückenschaltung

[oli13]

Folgendes Problem:
Ich möchte einen 230 V Universalmotor (typischerweise
Bohrmaschinenmotor) mit Hilfe einer
Brückenschaltung und einer PWM (keine Phasenanschittsteuerung!) in
Drehrichtung und Drehzahl regeln. Die Brückenschaltung soll mit
gleichgerichteten 230 V (keine direkte Glättung) betrieben werden. Die
Gates der verwendeten FETs (N-Kanal)
sollen über Optokoppler und einem Mikrocontroller (AT90S2313) gepulst
werden. Jeweils zwei Gates sollen
kreuzweise mit einem Optokoppler angesteuert werden. Den
Universalmotor habe ich elektrisch so aufgetrennt, so dass
der Stator immer von der gleichen Stromrichtung durchflossen wird. Nur
der Rotor liegt in der Brücke. Die Gates
der unteren FETs machen keine Probleme (siehe Schaltung), aber bei den
oberen habe ich keine Idee.
In der Literatur habe ich auch nichts gefunden. Hat jemand eine Idee
wie ich die Ansteuerung vornehmen kann, bzw. wo ich geeignete Hinweise
im Internet finde?

Gruß Oliver


+--------------------------------------------------+
| |
| +---------------------------+---[U-M ]-+- Uss
| | | [Stator]
| | |
| +--------+ ? +--------+
| | IRF740 | ? ---| IRF740 |
| +--------+ ? +--------+
| | |
| | |
| | |
| +--[Universal-Motor Rotor]--+
| | |
[22k] | |
+--+-------+ | |
| | [2k7] | |
[C] | | +--------+ +--------+
| | +-----+ IRF740 | | IRF740 |
| | +-----+-+ +--------+ +--------+
| | |Optoko.| | |
| | +-----+-+ | |
|[ZD 15V] | | |
| | | | |
+--+-------+---------+---------------------------+------ GND

 

[Michael Schwingen]

In article <15c53f08.0312290238.3d9ec2e2@posting.google.com>,
oli13 <ob13@gmx.de> wrote:

der Rotor liegt in der Brücke. Die Gates
der unteren FETs machen keine Probleme (siehe Schaltung), aber bei den
oberen habe ich keine Idee.

Schon nach "high-side driver", evtl. in Kombination mit "FET" oder
"isolated" gesucht? Da müßte es eigentlich genug Applikationen geben (wenn
Du halt keinen P-MOS-FET nehmen willst).

cu
Michael

 

[Dieter Wiedmann]

Michael Schwingen schrieb:

Schon nach "high-side driver", evtl. in Kombination mit "FET" oder
"isolated" gesucht? Da müßte es eigentlich genug Applikationen geben (wenn
Du halt keinen P-MOS-FET nehmen willst).

Und evtl. keine MOSFETs (mit hoher Sperrspannung *und* geringem Rds(on)
sind die recht teuer) sondern IGBTs verwenden.


Gruß Dieter

 

[Manfred Kuhn]

"oli13" schrieb

Folgendes Problem:
Ich möchte einen 230 V Universalmotor (typischerweise
Bohrmaschinenmotor) mit Hilfe einer
Brückenschaltung und einer PWM (keine Phasenanschittsteuerung!) in
Drehrichtung und Drehzahl regeln.

Hallo,

das mit dem Universal-Motor dürfte aber probleme bei Rechts- und Links-
lauf geben. Diese Motoren sind Reihenschluss-Motore, welche nur eine
Drehrichtung kennen ( sonst würden sie bei Wechselspannung nicht laufen.).

Der Motor muss abgeändert werden und zwar so, dass die Feldwicklung
immer an einer Gleichspannung liegt. Der Rotor (Läufer) kann dann mit
unterschiedlicher Polarität Rechts- und Linkslauf ausführen.

In der Bohrmaschine wird das mit einem Umschalter gelöst.

Gruß
Manfred

 

[Rick Sickel]

oli13 wrote:

Universalmotor habe ich elektrisch so aufgetrennt, so dass
der Stator immer von der gleichen Stromrichtung durchflossen wird. Nur
der Rotor liegt in der Brücke. Die Gates
der unteren FETs machen keine Probleme (siehe Schaltung), aber bei den
oberen habe ich keine Idee.

Als Treiber verwendest Du am besten kombinierte
High-Side-Low-side-Treiber, wie z.B. den IR2110.
Bedenke, daß die Dioden in den MOSFETs sehr lange Sperrerholzeiten
haben. Du muß also für das Einschalten recht große Gate-Vorwiderstände
vorsehen, und selbst dann kann es noch Probleme geben. Verwnde daher
lieber IGBTs mit eingebauer schneller Freilaufdiode.

Im Übrigen übertreibst Du den Aufwand. Da Du sowiso keine Möglichkeit
zur Rückspeisung hast nützt Dir die Vollbrückenschaltung recht wenig.
Besser wäre ein einfacher Tiefsetzsteller, der noch den Vorteil hat, nur
einen Transistor und eine Diode zu benötigen. Die
Drehrichtungsumschaltung kannst Du dann über das Umpolen der
Erregerwicklung erreichen.
Der Erregerwicklung solltest Du eine eigene Stromversorgung spendieren,
der Motor wird dann zu einem Nebenschlußmotor.
Ebenfalls solltest Du noch eine Überstrombegrenzung vorsehen.

Rick

 

[MaWin]

Rick Sickel <r.sic_nospam_kel@freenet.de> schrieb im Beitrag <3FF169BD.9D56C159@freenet.de>...

Besser wäre ein einfacher Tiefsetzsteller

Argh, diese unsaeglichen ueberdeutschen Begrifflichkeiten.
--
Manfred Winterhoff, reply-to invalid, use mawin at despammed.com
homepage: http://www.geocities.com/mwinterhoff/
de.sci.electronics FAQ: http://dse-faq.elektronik-kompendium.de/
Read 'Art of Electronics' Horowitz/Hill before you ask.
Lese 'Hohe Schule der Elektronik 1+2' bevor du fragst.

 

[oli13]

Schon nach "high-side driver", evtl. in Kombination mit "FET" oder
"isolated" gesucht? Da müßte es eigentlich genug Applikationen geben (wenn
Du halt keinen P-MOS-FET nehmen willst).

Hallo Michael,

vielen Dank für deinen Hinweis. In der Tat findet man unter diesen
Begriffen interessante Links, auch wenn ich bisher noch keine
geeignete Beispielschaltung gefunden habe. Bin aber zuversichtlich.
Ich wollte keine p-Kanal FETs einsetzen, da ich auch hier bisher
keinen geeigneten Komlementär (kann man das überhaupt so nennen?) zum
IRF740 gefunden habe.

Gruß Oliver

 

[oli13]

Der Motor muss abgeändert werden und zwar so, dass die Feldwicklung
immer an einer Gleichspannung liegt. Der Rotor (Läufer) kann dann mit
unterschiedlicher Polarität Rechts- und Linkslauf ausführen.

Hallo Manfred,

die Änderung hatte ich schon vorgenommen und mit einem Relais und dem
MC auch erfolgreich getestet. Da ich aber zeitlich etwas
anspruchsvollere Regelaufgaben mit dem Antrieb lösen will, möchte ich
zu einem anderen Aufbau (s.o.) greifen. Trotzdem vielen Dank für den
Hinweis.

Gruß Oliver

 

[oli13]

Hallo Rick,

Im Übrigen übertreibst Du den Aufwand. Da Du sowiso keine Möglichkeit
zur Rückspeisung hast nützt Dir die Vollbrückenschaltung recht wenig.

Rückspeisung? Ich bin - wie man wahrscheinlich an meinen Fragen sieht
- im Bereich der diskreten (Leistungs)elektronik ein Autodidakt im
Anfangsstadium. Ich bin davon ausgegangen, da ich diesen Schaltungstyp
in einem Mechatronik Buch als eine Art Standardschaltung verstanden
hatte, dass diese besonders einfach und gut geeignet ist. Mit dem
Begriff Rückspeisung kann ich in diesem Zusammenhang leider nichts
anfangen.

Besser wäre ein einfacher Tiefsetzsteller, der noch den Vorteil hat, nur
einen Transistor und eine Diode zu benötigen. Die
Drehrichtungsumschaltung kannst Du dann über das Umpolen der
Erregerwicklung erreichen.
Der Erregerwicklung solltest Du eine eigene Stromversorgung spendieren,
der Motor wird dann zu einem Nebenschlußmotor.
Ebenfalls solltest Du noch eine Überstrombegrenzung vorsehen.

Tiefsetzsteller sagt mir leider auch nicht allzuviel. Kann ich dazu im
Internet eine Beispielschaltung finden? Und wie sollte ich dann die
Drehrichtung elektronisch umschalten wenn nicht mit einer Vollbrücke?

Gruß Oliver

 

[Rick Sickel]

oli13 wrote:

Hallo Rick,


Im Übrigen übertreibst Du den Aufwand. Da Du sowiso keine Möglichkeit
zur Rückspeisung hast nützt Dir die Vollbrückenschaltung recht wenig.

Rückspeisung? Ich bin - wie man wahrscheinlich an meinen Fragen sieht
Rückspeisung heißt. Beim Bremsen wird die Energie in das Netz

zurückgespeist. Das geht natürlich bei einem Diodengleichrichter nicht.

Tiefsetzsteller sagt mir leider auch nicht allzuviel. Kann ich dazu im
Internet eine Beispielschaltung finden?

Ganz einfach. Ein Transistor zwischen Motor und Spannungsquelle und eine
Freilaufdiode über dem Motor.

Und wie sollte ich dann die
Drehrichtung elektronisch umschalten wenn nicht mit einer Vollbrücke?
Indem man das Erregerfeld umdreht. Währenddessen muß man natürlich den

Ankerstrom abschalten.

Rick

 

[Rick Sickel]

oli13 wrote:

Der Motor muss abgeändert werden und zwar so, dass die Feldwicklung
immer an einer Gleichspannung liegt. Der Rotor (Läufer) kann dann mit
unterschiedlicher Polarität Rechts- und Linkslauf ausführen.


Hallo Manfred,

die Änderung hatte ich schon vorgenommen und mit einem Relais und dem
MC auch erfolgreich getestet. Da ich aber zeitlich etwas
anspruchsvollere Regelaufgaben mit dem Antrieb lösen will, möchte ich
zu einem anderen Aufbau (s.o.) greifen. Trotzdem vielen Dank für den
Hinweis.

Was heißt anspruchsvollere Regelaufgaben?

Aktives Abbremsen ist z.B. nur möglich, wenn Energie in die
Spannungsquelle zurückgespeist werden kann. Das geht natürlich mir einem
einfachen Brückengelichrichter nicht. Dazu brauchst Du mindestens noch
einen Zwoschenkreiskondensator und einen Bremschopper, also einen
Widerstand mit PWM-Steller, der die Zwischenkreisspannung beim Bremsen
begrenzt.

Rick

 

[MaWin]

Rick Sickel <r.sic_nospam_kel@freenet.de> schrieb im Beitrag <3FF83592.E5A50E07@freenet.de>...

Was heißt anspruchsvollere Regelaufgaben?

Bei einem Elektromotor ? Na, das er so dreht, wie man es ihm befiehlt,

mit moeglichst geringem Energieaufwand. Also ein Drehstrommotor mit
Hallsensoren, bei dem man per Takt und Richtung den Sollwert des
Hallfeldes vorgibt, und die Motorelektronik die 3 Phasen so steuert,
das der Fehlwinkel ein gegebenes Mass nicht uebersteigt, wobei der
Moror nur so viel Strom bekommt wie notwendig ist bzw. sogar Energie
aus dem Motor wieder in die Batterie zurueckfliessen kann wenn es sich
ergibt (Step-Up Schaltregler um trotz niedrigeer Generatorspannung
Strom fliessen zu lassen ?). Ausserdem sollte erkannt werden, wenn es
der Elektronik mal nicht gelungen ist, den Motor in Sollposition zu
halten und eine Hallstellung verloren hat. Leider kenne ich keine dazu
passenden ICs.

Aktives Abbremsen ist z.B. nur möglich, wenn Energie in die
Spannungsquelle zurückgespeist werden kann.

?!?

Noch aktiver wird das Abbremsen, wenn das Feld gegensinnig aufgebaut wird.

Das geht natürlich mir einem
einfachen Brückengelichrichter nicht. Dazu brauchst Du mindestens noch
einen Zwoschenkreiskondensator und einen Bremschopper, also einen
Widerstand mit PWM-Steller, der die Zwischenkreisspannung beim Bremsen
begrenzt.

?!? Kannst du aufzeichnen, was du meinst ?

--
Manfred Winterhoff, reply-to invalid, use mawin at despammed.com
homepage: http://www.geocities.com/mwinterhoff/
de.sci.electronics FAQ: http://dse-faq.elektronik-kompendium.de/
Read 'Art of Electronics' Horowitz/Hill before you ask.
Lese 'Hohe Schule der Elektronik 1+2' bevor du fragst.

 

[Rick Sickel]

MaWin wrote:

Rick Sickel <r.sic_nospam_kel@freenet.de> schrieb im Beitrag <3FF83592.E5A50E07@freenet.de>...

Was heißt anspruchsvollere Regelaufgaben?

Bei einem Elektromotor ? Na, das er so dreht, wie man es ihm befiehlt,
mit moeglichst geringem Energieaufwand.

Das ist mir schon klar. Die Frage ist, was der Fragesteller namens oli13
darunter versteht.

Aktives Abbremsen ist z.B. nur möglich, wenn Energie in die
Spannungsquelle zurückgespeist werden kann.

?!?
Was ist da unklar? Wenn ich einen Motor abbremsen will, muß ich die

mechanische Energie irgendwo hinbringen. Die Fällt bei einem Motor nun
einmal prinzipbedingt in Form elektrischer Energie an, die im
einfachsten Fall in einem Widerstand verheizt werden muß.

Das geht natürlich mir einem
einfachen Brückengelichrichter nicht. Dazu brauchst Du mindestens noch
einen Zwoschenkreiskondensator und einen Bremschopper, also einen
Widerstand mit PWM-Steller, der die Zwischenkreisspannung beim Bremsen
begrenzt.

?!? Kannst du aufzeichnen, was du meinst ?

Im Prinzip die Standardschaltung eines dreiphasigen Umrichters mit
Bremschopper, nur daß anstelle der 3-phasigen Brücke nur eine Hallbrücke
sitzt, an der der Anker des Gleichstrommotors hängt.

Rick

 

[oli13]

Was heißt anspruchsvollere Regelaufgaben?

Bei einem Elektromotor ? Na, das er so dreht, wie man es ihm befiehlt,
mit moeglichst geringem Energieaufwand.

Ich sehe die Problematik meiner Regelaufgabe darin, dass ich drei
Motoren gleichzeitig bewegen muß um eine dreidimensionale Bahn im Raum
über eine Mechanik, die durch die drei Motoren betrieben wird,
"abzufahren". Von daher meine Überlegung mit der komplexen Regelung.

Noch aktiver wird das Abbremsen, wenn das Feld gegensinnig aufgebaut wird.

In der Tat war die Idee das Feld im Lauf auch gegensinnig aufzubauen.
Ich hoffe sowas ist mit einem 220V Universalmotor möglich (warum
nicht?).

Gruß Oliver

 

[Rick Sickel]

oli13 wrote:

Was heißt anspruchsvollere Regelaufgaben?

Bei einem Elektromotor ? Na, das er so dreht, wie man es ihm befiehlt,
mit moeglichst geringem Energieaufwand.

Ich sehe die Problematik meiner Regelaufgabe darin, dass ich drei
Motoren gleichzeitig bewegen muß um eine dreidimensionale Bahn im Raum
über eine Mechanik, die durch die drei Motoren betrieben wird,
"abzufahren". Von daher meine Überlegung mit der komplexen Regelung.

Da ist es auf jeden Fall notwendig, den Motor bremsen zu können. Also

mußt Du auf jeden Fall einen Zwischenkreiskondensator verwenden.
Die Schaltung würde dann wie folgt aussehen:
-Brückengleichrichter
-Elko (Einschaltstrombegrenzung vorsehen!)
-drei Halbbrücken aus IGBT mit Freilaufdiode, für jeden Motor eine
-Widerstand in der Masseleitung des Motors, zu Strommessung, -regelung,
der Drehzal und Lageregler muß dann den Stromsollwert vorgeben.
-Drehrichtungsumkehr erfolgt durch Umkehr des Erregerstromes
-Ein Bremschopper der die Zwischenkreisspannung beim Bremsen begrenzt

Rick