fremderregte Motoren / Motoren mit Permanentmagneten

[Tobias Woldert]

Hallo!

Ich (16J.)habe mir ein E-mobil aus stark modifizierten Rollstuhlmotoren selbst gebaut und bin auch schon etliche Kilometer damit gefahren (max 35km/h reichweite: >25km.
Jedoch bereitet mir die Motorsteuerung Probleme, alles was ich mir selbst zusammenlöte hält nur begrenzt lange...
(Bei Anfahrströmen über 200A und auf Dauer 40-50A vielleicht auch kein Wunder )
Außerdem ist die Umpolung der Motoren teuer und kompliziert, weil gleich 2 der anfälligen Regelstufen gebraucht werden...(mit vollbrücke)
Alle Industriellen Steuerungen die ich im Web angeboten finde sind jedoch für fremderegte Motoren gebaut...
Daher:
Gibt es einen Unterschied bei der Ansteuerung zwischen fremderregten und durch permanentmagnete erregten Motoren?
Kann ich mit einer Curtis 1204 oder einer Alltrax-Impulssteuerung "ganz normale" Bürstenmotoren mit permanentmagneten regeln?
Und wenn nicht, dann: Wie dann...?


bis dann

wolle

 

[Peter Pott]

Hallo Tobias,

so ganz aus dem Bauch raus würde ich sagen: ein permanent und ein fremderregter Motor unterscheiden sich so prinzipiell kaum. Allerdings musst Du dem Fremderregten eben noch Saft für die Erregerwicklung geben und Du kannst ihn halt über das Feld noch anders regeln (Sttichwort Feldschwächung).
Vielleicht schiebt das die Diskussion etwas an.

Grüße

Peter

 

[Jürgen G.]

@Tobi:

Was geht denn immer kaputt?
Was für Halbleiter nimmst Du?
Wie hast Du die Halbleiter gegen Überspannung und Ü-Strom gesichert?

 

[Bernd Schlueter]

Motoren werden heute durch Spannungsimpulse gesteuert, das nennt man Pulsweitenmodulation PWM. Unbedingt erforderlich ist aber die Regelung des Stromes durch die Motoren. Das geht aber nur durch Einfügen einer Spule ausreichender Induktivität die die Energie für die Impulspausen in ausreichendem Maße zwischenspeichert.
Bei permanentmagnetisch betriebenen Motoren ist nun der effektive Luftspalt sehr groß, er beträgt ca 95% der Permanentmagnetdicke. Entsprechend ist die Induktivität sehr gering und die Spannungsimpulse schlagen unvermindert durch und erzeugen ebensolche unerwünschten "harten" Stromimpulse. Hinzukommt der viel geringere ohmsche Widerstand der Wicklung. Auch, wenn die "Gas"pedalstellung und die Drehzahl des Motors nicht genau übereinstimmen, bei geringen Differenzen der mittleren Reglerspannug und Induktionsspannung schlägt die "Härte" in Form eines sehr hohen Motorstroms durch.
Zwei Mittel schaffen Abhilfe:
1. ist dafür zu sorgen, dass die Spannungsimpulse des PWM-Reglers ausreichend geglättet werden, was durch eine genügend hohe Pulsfrequenz oder Vorschalten einer Spule mit Eisen- oder Ferritkern ausreichender Größe und mit ausreichendem Luftspalt erfolgen kann
oder
2. Wir bauen von vorneherein keinen Regler, dessen PWM Spannunsimpulse erzeugt, sondern gleich Stromimpulse. Ein solcher Regler ist zum Beispiel ein Sperrwandler, bei dem in den Luftspalt einer fetten Spule die Energie aus der Batterie in magnetischer Form zwischengespeichert wird und anschließend, in der dann genügend großen Schaltpause, auf den Motor übertragen wird. Ein solcher Sperrwandler passt sich praktisch jeder beliebigen Motorspannung an (auch unterschiedlichen Batterispannungen) und vermeidet gefährliche Stromspitzen.
3. Aber auch der harte Regler lässt sich "weich" machen, indem man an das Gaspedalpoti oder eine entsprechende Stelle des Reglers den Motorstrom zurückmeldet, der dann dem "Gasgeben" entgegenwirkt. Das Gaspedal wird dann "weicher", unnötige Stromspitzen werden vermieden.Bei vielen Reglern kann man dies mit einem einfachen Poti einstellen.

Legt man an einen Permanentmagnetmotor beim Anfahren die volle Batteriespannug an, kann der Stromanstieg so hoch sein, dass der Motor schlagartig entmagnetisiert wird, zur lahmen Gurke wird und durchbrennt.

Ein Nebenschlussmotor hat eine ähnliche harte Charakteristik, wenn auch nicht so stark, da die Luftspalte sehr eng und die Induktivität und höheren Verlustspannungen höher sind als beim Permanentmotor sind.
Der Hauptschlussmotor hingegen passt sein Magnetfeld im großen Masse der angelegten Spannung und Drehzahl an und reagiert somit absolut "weich". Der ideale Fahrmotor, wenn man ohne Regelung auskommen will.

Heutzutage ist es keinerlei Problem, jeden beliebigen Motor mit einfachsten elektronischen Mitteln an den Fahrtregler anzupassen. Man muss es nur tun, auch, wenn dabei der Eindruck entsteht, dass der hart am Gas hängende Motor zur tauben Nuss wird. Das höhere Beschleunigungsvermögen, die höhere Reichweite und das bessere Rekuperationsvermögen sind die Vorteile, sprich der bessere Wirkungsgrad.

 

[Michael]

Hallo Bernd und Forum!

Bernd Schlueter schrieb:

Legt man an einen Permanentmagnetmotor beim Anfahren die
volle Batteriespannug an, kann der Stromanstieg so hoch sein,
dass der Motor schlagartig entmagnetisiert wird, zur lahmen
Gurke wird und durchbrennt.

Wieder ein Argument für meinen Antriebsfavoriten, die geschaltete Reluktanzmaschine.
Sorry, wenn ich wieder damit anfange! ;-)

EL-Grüße und viel Erfolg mit dem Universalwandler,
Michael R.

 

[Karl]

Hallo Michael,

wo gibt es aber schon Reluktanzmaschinen und Steuerungen 10 - 300 kW zu kaufen?

Sonnenelektrische Grüße

Karl

 

[Tobias Woldert]

Hallo!

also ich habe eine Modellbau pulsweitenansteuerungss-elektronik mit ca 2kHZ
und 18V Steuerspannung an den Mos-Fets als Steuerung und als Endstufe 8x
IRFZ1405 Mos-Fets (datenblatt einfach per google finden) und als
Freilaufdioden 2x 25Ampére Schottkys typ mbr 2545.
Von der endstufe her habe ich keine großen Probleme, die macht kurzzeitig
200 ampere an 36v mit und 60A dauer zeigen nochnichteinmal Wärmeentwicklung
( naja, die Fets sind immerhin auf einem 1mm dicken Kupferblech mit einer
größe von 10x30cm montiert)
Trotz allem gibt immer die Elektronik den Geist auf ( weisst du wie man eine
solide und robuste zusammenlötet???).
Rollt man zum beispiel rückwärts und will vorwärts-gas geben machts einmal
zisch und alles ist aus.
dabei ist die elektronik gegen falschpolung geschützt.
Auch kann man nur vorwärts fahren, Rückwärtsgang ist störanfällig und im
preis /leistungsverhältnis zu teuer(ich bräuchte 24x irfz1405 pro stück ca.
4€ ( ich bin eben nur schüler, kein millionär...(noch nicht )
Ich hab letztens 4 sepex steuerungen für 25€ bei ebay als einmaliges
schnäppchen erhascht, die hätte alle funktionen die ich bräuchte, jedoch
steig ich durch dieses gerät nicht durch, andauernd fehlermeldungen, und man
brauch soviel zubehör wie hauptschütze und son kram. Sicher nützlich, aber
teuer und viel zu viel für solch ein projekt wie meins. da reicht eine 80A
schmelzsicherung für 10cent...

naja, vielleicht können sie mir ja ein ganz kleines bisschen helfen......

mfg wolle

 

[Bernd Schlueter]

Das Basteln mit Auf- und Abwandlern (meist verwenden wir Abwärts-wandler) kann eine teure Sache werden. Ich bekam mal einen fast vollen 10-Liter-Eimer mit AD162-Germaiumtransistoren geschenkt, da kann man sehr schnell Erfahrungen mit sammeln, wenn man Wandler baut. Der Eimer war halb geleert, als ich mich klüger fühlte.
Wichtig sind, und das gilt leider sogar noch für die relativ narrensicheren IGBTs:
1. die Umschaltgeschwindigkeit, die zwar möglichst schnell sein soll, aber so langsam, dass kein "hot spot" in den tausenden von parallelgeschalteten Transistoren im Innern eines Leistungsfets einen Durchbruch=Zerstörung verursacht. Die Umschaltung könnte, wenn Du direkt an den Ausgang deines Modellbauwandlers geht, zu schnell sein. Vor allem darf kein Kurzschluss entstehen, am besten, das Umschalten der komplementären Transistoren erfolgt mit einer kleinen Zwischenpause über eine getrennte Ansteuerung. Das ist in meinen Leistungswandlern der Fall (Beruhigungszeit), bei Modellreglern verzichtbar. Solch eine Pause kannst Du aber einfügen, indem Du z.B. über eine Diode und einen 50 Ohm-Widerstand ausschaltest und über einen z.B. 10 mal größeren Widerstand einschaltest. (beides einfach parallelschalten)
Der Ausschaltwiderstand muß aber so groß sein, dass die kritische Stromänderungsgeschwindigkeit nicht überschritten wird. IGBTs werden da besonders aufwendig beschaltet, mit Dioden, Widerständen und Kondensatoren, um das Letzte aus ihnen herauszuholen.
2. Der größte Feind aber sind Hochfrequenzschwingungen, da Du schließlich mit hohen Strömen hoher Flankensteilheit arbeitest, die in die empfindlichen ICs gerne rückwirken und diese zu Hochfrequenzsendern machen, die Deine Fets in 10ms (siehe Dein Datenblatt) zerhauen. Nicht umsonst ist Dein Simpel-Modellbauregler so kompakt aufgebaut. Hier spielt vor allem die Erdung eine Rolle. Auf den Platinen sind die Steuerleitungen als HF-leitungen ausgelegt. Staatdessen kannst Du auch kurze, beliebig dünne Koaxialkabel, z.B. aus Mikrofonen, verwenden. Dann solltest Du möglichst auch die Erde Deiner Modellbauplatine und alle Leitungen dorthin in engem Abstand zu dieser Koaxialleitung verlegen, um Dir keine Hochfrequenz einzufangen. Gerne verbindet man das Ende des Koaxialinneleiters dann mit dem Gate der Leistungstransistoren über einen 50 Ohm-"wellen"-Abschlußwidersttand, oder, wenn Du mehrere Transistoren verwendest, z. B. 10 500-Ohmwiderständen.
Auf jeden Fall einen Widerstand einfügen, dann kannst Du auch auf engstem Raum ohne Koaxialleitung ankoppeln.

Was hast Du denn für einen Sepex? Da brauchst Du nicht alles zu beschalten. Nur, die Programmierung muß stimmen. Kenne ich mich nicht mit aus, könnten wir aber sicherlich erfahren, wer möglichst ein Programmiergerät oder ein Programm für den alten PC hat. Die Dinger sind normalerweise sehr sicher.

http://www.globalepower.com/sepex_motor_controllers.htm

Bei 2 kHz Schaltfrequenz solte man bei einem Permanentmagnetmotor eine passende Eisenkerndrossel einfügen, bei höherer Frequenz mit Ferrit oder evtl. auch weglassen. Dann lärmt es auch weniger, weil die hohen Stromspitzen fehlen.
Die Siemens-Straßenbahnen singen fürchterlich.

 

[Michael]

Problem erkannt...
Jetzt sind Ideen, Initiativen, Innovationen... und Ausdauer gefragt. ;-)

 

[Tobias Woldert]

moin!

Also ich habe eine Curtis Sepex 1243-4228 die ich bei ebay für 25€ (!) gekauft habe, natürlich neu und originalverpackt.
Leider ist der Programmieradapter dafür in Deutschland nicht erhältlich (hab noch keinen Händler gefunden) und in England kostet das Ding ca 250€ + Versand.
Leider kommt man ohne diesen Adapter nicht soo weit, man kann eben keine Fehlermeldungen auswerten und nix programmieren.
Ansonsten ein superdolles Ding!
Muss man Curtis lassen.
Soviele Funktionen auf einmal!


Damit sind wir aber wieder beim Thema.
Sepex-Controller sind wie der Name schon sagt, für seperate excited motors, also fremderregte Motoren mit eigener Erregerspule.
Meine Motoren haben aber keine Erregerspulen, nur magnete eben.
Wie steuer ich die Motoren nun an, und ist dies überhaupt möglich? Also ich würd sagen ja, aber was weis ich schon........
Ansonsten wäre dieser Controller absolut perfekt!!!


Bleibt auch noch das Problem woher ich so einen Programmieradapter bekomme. Neu kaufen ist ein wenig zu teuer, aber gebraucht oder nur ausleihen???
Wo bekommt man sowas in Deutschland her, irgendjemand gute tipps?

würde mich freuen.

Ach, und was haltet ihr von Alltrax? gibts bei ebay in den USA für 250€ inklusive PC-Software und Interface.....

so, nun lasst euch ma was einfallen...
mfg wolle

 

[Bernd Schlueter]

Es sollte eigentlich möglich sein, Deinen Motor dort anzuschließen.
Es könnte sein, dass die fehlende Nebenschlusswicklung auf Stromfluss überprüft wird, dann könntest Du dort eine Dummyspule einbauen, damit es keine Fehlermeldung mit Streik gibt. Die Fahrtrichtungsumkehr erfolgt über diese Wicklung.
Du musst deshalb natürlich zusätzlich zum Hauptschütz ein Polwendeschütz am Anker, oder besser, zwei einfache Umschaltschütze verwenden und diese möglicht über den Feldspulenausgang betätigen, damit bei der Richtungsumkehr der Ankerstrom vorsichtig umgesteuert wird..
Umprogrammieren kannst Du nur, wenn Du genau die Norm der seriellen Schnittstelle weißt. Wenn Du Glück hast, ist es I²L. Aber dann baruchst Du auch noch das Programm. Also, lass das erst mal.

Ich nehme Dir gerne so einen Regler ab, solltest Du nicht zurechtkommen.

Die Regelung wird bei dem 1243 so sein, dass der Ankerstrom geregelt wird, die Feldwicklung erhält vollen Strom. Erst, wenn die Ankerspannung zu hoch wird, wird der Feldspulenstrom reduziert. Möglicherweise lässt uns das kalt, wenn nicht, sehen wir weiter.
Könnte es sein, dass man die normalen ATX-Computerstecker adaptieren kann?
Bernd