Hallo Josef und alle anderen,
[quote Josef Fenk]
Bei einem grundsätzlichen Problem muß man immer versuchen die Ursachen zu verstehen. Deshalb hier der Versuch einer Erklärung der Vorgänge.
[/quote]
erstmal finde ich alle Bemühungen, die Diskussion zu versachlichen und das Wissen um die Grundlagen zu verbreiten, sehr gut. So muss es sein.
Leider sehe ich in Deinen Erläuterungen einen sachlichen Fehler, den ich mich bemühen will, aufzuklären.
Du schreibst:
Woher kommt der Strom der durch die Freilauf-Dioden fliesst, sobald die Fets abschalten??
Von den Fets wohl nicht! Woher soll er dann kommen? Der Thrige hat eine
anker+serie Induktivität von ca. 836µH. Vom Einschalt-Zeitpunkt des Fets beginnt der Strom durch beide Wicklungen anzusteigen bis zum Ausschaltzeitpunkt des Fets. In dieser Zeit wurde in beiden Spulen ein Magnetfeld aufgebaut und dieses Feld sorgt dafür , daß der Strom (bzw. die Elektronen) in der gleichen Richtung weiterfliessen wollen, obwohl der Fet abgeschaltet ist ( ähnlich wie wenn Du mit Deinem El in der Ebene Vollgas gefahren bist und plötzlich das Gas wegnimmst, dann fährt Dein El auch erst mal weiter). Weil der Strom (bzw. Elektronen) nicht mehr gegen Masse durch den fet abgeleitet werden und diese irgendwo hin müssen, baut sich über der Fet Drain-Source Kapazität und den restlichen Leitungskapazitäten die sog. Rückschlagspannung auf.
Soweit bin ich einverstanden.
Im Normalfall kann diese gleich groß sein als die Batterie-Schaltspannung, wenn keine Freilaufdioden parallel zu den Induktivitäten wären. Wenn also die durch die Fets geschaltete Batteriespannung ca. 50V ist, dann könnte die Spannung zwischen Drain-Source des Fets bis auf 100V hochgehen.
Das ist leider nicht richtig. Die erzeugte Rückschlagspannung berechnet sich nach der Formel
dI / dt = U / L
Das heißt: Der Strom I (hier der Motorstrom) durch eine Induktivität L (die Motorinduktivität) steigt proportional zur angelegten Spannung (normalerweise der Batteriespannung) und antiproportional zur Induktivität an (je höher die Motorinduktivität, desto langsamer steigt der Strom an). Diese Version der Formel gilt, wenn man die Batteriespannung an den Motor anlegt, also beim Einschalten des Endtransistors. Den ohmschen Motorwiderstand habe ich dabei vernachlässigt, was für diese Betrachtung auch angemessen ist, da er sehr niedrig liegt.
Es geht aber jetzt um die Vorgänge beim Abschalten der Endtransistoren. Dafür lösen wir die Formel nach der Spannung auf:
U = L * dI / dt
Die Spannung ist jetzt also das Produkt aus der Motorinduktivität und der Stromänderung pro Zeiteinheit. Die Stromänderung pro Zeiteinheit ist aber theoretisch *unendlich groß*, weil wir den Strom ja (idealisiert) von jetzt auf gleich völlig abschalten. Das ist der gleiche Vorgang wie bei der Zündung eines Ottomotors, wo der Zündspulenstrom durch den Unterbrecherkontakt (daher der Name) unterbrochen wird (heute ist das meist ein Transistor, das ändert aber nichts am Prinzip). Der Strom will sozusagen mit Gewalt weiterfließen, also steigt die Spannung soweit an, dass irgendwo der Strom durchbrechen kann. Bei der Autozündung ist das die Zündkerze. Hier will man den Effekt ja haben, und verstärkt ihn noch indem die Sekundärseite der Zündspule mehr Windungen hat als die Primärseite.
Beim Motorregler wollen wir aber diesen Spannungsanstieg nicht haben, einerseits weil er zur Zerstörung der Motorendtransistoren führen würde, und andererseits weil der Motorstrom weiterfließen und auch während der Schaltpausen der Endtransistoren weiter Moment erzeugen soll. Wir betreiben den Motor in den Schaltpausen der Endtransistoren mit der in der Motorinduktivität gespeicherten Energie (also ist auch dem Energieerhaltungssatz genüge getan; gleichzeitig wird klar, warum der Thrige mit der geringen Frequenz des Curtis besser klarkommt als der Perm, nämlich weil seine Induktivität und damit seine Energiespeicherfähigkeit ca, 50x so hoch ist). Deshalb bieten wir einerseits dem Strom eine Ersatzpfad an, eben die Rückschlagdioden. Zum anderen wird der Spannungsanstieg durch Kondensatoren begrenzt, damit die Rückschlagdioden auch eine (sehr kurze) Zeit bekommen, um einzuschalten.
Die notwendige Sperrspannungsfestigkeit der Rückschlagdioden hat aber nichts mit dem beschriebenen Spannungsanstieg zu tun! Die Sperrspannung liegt nur an den Dioden an, während sie sperren (sic!), und das ist der Fall, während die Endtransistoren eingeschaltet sind. In dem Moment, wenn die Endtransistoren abschalten, werden die Dioden in Durchlassrichtung umgepolt. Jetzt geht es nur noch darum, dass die Dioden möglichst schnell durchschalten, damit dI / dt klein bleibt und damit auch die erzeugte Rückschlagspannung. Die Dioden sollen und müssen dem Rückschlagstrom (der dem Motorstrom entspricht, also durchaus höher ist als der Batteriestrom!) einen Nebenweg anbieten.
Dass 200A "gerade so ausreichend" sind, würde ich bestätigen. Eigentlich ist mindestens der im Curtis vorgewählte maximale Motorstrom (z.B. 275A) erforderlich.
Gruß, Jochen