DC motorcontroller spanningspiek

Goedemorgen heren,

Ik ben bezig met het ontwerpen van een dc motorcontroller en heb hierbij een vraagje. Bijgevoegd heb ik een basisplaatje toegevoegd wat het idee weergeeft van de controller.

http://www.afbeeldinguploaden.nl/photo/view/99140/VfrXe8h

Het gaat hierbij om een voedingsspanning van 48 Vdc en een motor van 200 W. Hierbij zal een stroom Idrain lopen van 5A nominaal en 80A startstroom. om de energie uit de motor sneller te kunnen ontladen is er besloten om een weerstand in serie met de vrijloopdiode toe te voegen. Tau is immer L/(Rmotor+Rdiode). na berekeningen voor een aanvaardbare tijd zijn we uitgekomen op een weerstand van +- 20Kohm, maar als ik ga kijken wat voor vermogen de weerstand moet kunnen weerstaan kom ik uit op ong 500 kW (I²R). Ik neem aan dat dit niet goed is en waarschijnlijk zie ik hier iets over het hoofd, maar ik weet niet wat.

Kunnen jullie mij hierbij helpen? :)

Lijkt me een schoolvraag...

Op de eerste plaats: waarom wil je die energie sneller kwijt? Hoe snel wil je die kwijt, en waarom? Hoe ben je op die waarde van 20k uitgekomen, en wat zou op dat moment de spanning over die weerstand zijn? Denk je dat de weerstand, MOSFET, en motor dat leuk gaan vinden?

Een manager is iemand die denkt dat negen vrouwen in één maand een kind kunnen maken

Met die weerstand doe je juist het omgekeerde, de energie gaat trager uit de motor.

En 20k is toch wat veel, reken nog eens de stroom uit met de wet van ohm ;)

too late...

LDmicro user.

Op 18 maart 2015 11:04:53 schreef SparkyGSX:
Lijkt me een schoolvraag...

Op de eerste plaats: waarom wil je die energie sneller kwijt? Hoe snel wil je die kwijt, en waarom? Hoe ben je op die waarde van 20k uitgekomen, en wat zou op dat moment de spanning over die weerstand zijn? Denk je dat de weerstand, MOSFET, en motor dat leuk gaan vinden?

De reden dat de energie sneller moet wegvloeien heeft te maken met de schakelfrequentie. Bij een T van 50 us zal de energie uit de motor in een aantal ms wegvloeien. De energie is niet weg, voordat de mosfet weer inschakelt. De motor heeft een inductie van 0,423 mH en een weerstand van 0,607 Ohm. Om de energie onder in de ns te laten wegvloeien is:

R = 0,423x10^-3/100 x 10^-9 = 4230 Ohm x 5 (5 Tau) is 22 Kohm.

Op 18 maart 2015 11:07:30 schreef MGP:
Met die weerstand doe je juist het omgekeerde, de energie gaat trager uit de motor.

Nee..??

De spanning is rond de 96 kV (L di/dt) en die gaat niet over de mosfet, want die wordt dus door de diode afgevoerd..(?)

Op 18 maart 2015 11:28:22 schreef igorbatoukhtine:
De spanning is rond de 96 kV (L di/dt)

Als de ingangen van de motor dicht tegen elkaar liggen, wat zou er dan gebeuren bij zulke spanningen, denk je?

Als die diode snel genoeg is zal er maar 0.7V over staan.

Een weerstand (de naam zegt hetzelf) hindert altijd de stroom ;)

LDmicro user.

Ik zou zeggen arc vorming, waardoor kortsluiting ontstaat... Maar zijn we niet een beetje af aan het dwalen van mijn vraag? OF zou dit betekenen op de dV/dt te beperken door een rc snubber? Dan blijft daarvoor dezelfde vraag voor de 'r' staan. Deze krijgt de hoge spanning (en stroom) ook te weerstaan waardoor een groot vermogen nodig is?

[Bericht gewijzigd door Henry S. op 11 april 2015 00:19:21 (34%)]

Verklaar eerst eens waarom je een weerstand zou plaatsen om de energie sneller te laten afvloeien.

LDmicro user.

Nou dat heeft te maken met de ontlaadtijd van de motor zonder extra weerstand. Dit ligt op 700 us terwijl de schakelfrequentie 50 us bedraagt. Ik neem aan dat je sneller wilt ontladen dan dat je schakelt, anders blijft de energie aanwezig?

[Bericht gewijzigd door Henry S. op 11 april 2015 00:19:31 (29%)]

Nee MGP, wat betreft de ontlaadtijd heeft igor gelijk. Het is een RL-circuit; de L zal de stroom constant houden. Bij een grotere R, zal dit meer spanning en dus vermogen kosten, en is het circuit eerder uitgedoofd.

De echte vraag is waarom igor de stroom zo snel naar nul wil laten gaan. Hiermee valt het koppel ook in 1 klap weg, om even later weer op te bouwen (wat veel trager gaat, omdat je slechts de voedingsspanning beschikbaar hebt). Je krijgt dus een enorme koppelrimpel.

Het is juist gebruikelijk om de stroom min of meer constant te houden, en daarmee ook het koppel.

Mijn posts dienen u in perfecte staat te bereiken. Mocht u op wat voor wijze dan ook ontevreden zijn, stuur dan de site, met post en leesdatum, naar: ongeldig@dres.nl

Nou de reden was eigenlijk omdat ik niet weet wat er gebeurt als je inschakelt, terwijl de energie die de spoel heeft opgewekt nog aanwezig is.. Wat je vertelt over de koppel is inderdaad niet de bedoeling.

[Bericht gewijzigd door Henry S. op 11 april 2015 00:19:50 (63%)]

... de energie die de spoel heeft opgewekt...

Een spoel wekt geen energie op, hij slaat energie op.
De motor is een RL circuit plus een emk. Bij aanleggen van de voedingsspanning zal de stroom stijgen, wordt energie opgeslagen in de L en ontstaat er koppel. Zet de voedingsspanning uit, de diode gaat geleiden, en de stroom, energie en koppel nemen weer af. Als jij de voeding weer aanzet voordat de stroom op nul zit, begint de stroom en daarmee de rest gewoon weer op te bouwen vanaf de huidige waarde. No more, no less....

Mijn posts dienen u in perfecte staat te bereiken. Mocht u op wat voor wijze dan ook ontevreden zijn, stuur dan de site, met post en leesdatum, naar: ongeldig@dres.nl

Op 18 maart 2015 12:57:20 schreef Goeievraag:
Nee MGP, wat betreft de ontlaadtijd heeft igor gelijk. Het is een RL-circuit; de L zal de stroom constant houden. Bij een grotere R, zal dit meer spanning en dus vermogen kosten, en is het circuit eerder uitgedoofd.

Idd, ik word toch oud ... kring open laten ;)
Maar ben niet met alles akkoord.

LDmicro user.

Ach, iedereen wordt oud, aan een snelheid van ongeveer 24 uur per dag ;)

Maar een forum is om te discussiëren, dus als ik nog iets fout zie hoor ik dat graag.

Mijn posts dienen u in perfecte staat te bereiken. Mocht u op wat voor wijze dan ook ontevreden zijn, stuur dan de site, met post en leesdatum, naar: ongeldig@dres.nl

Op 18 maart 2015 13:15:51 schreef Goeievraag:
Ach, iedereen wordt oud, aan een snelheid van ongeveer 24 uur per dag ;)

Niet waar hoe ouder hoe sneller...of had ik het over iets anders ;)

En ik verleden jaar aan mijn broer uitgelegd waarom ze geen diode over een vacuum relais plaatsen in zijn transceiver, om sneller te kunnen switchen.
De naam ontsnapt mij nu hoe ze zoiets noemen.

Edit: gevonden QSK / full break in

LDmicro user.

Op 18 maart 2015 13:09:26 schreef Goeievraag:
[...]Een spoel wekt geen energie op, hij slaat energie op.
De motor is een RL circuit plus een emk. Bij aanleggen van de voedingsspanning zal de stroom stijgen, wordt energie opgeslagen in de L en ontstaat er koppel. Zet de voedingsspanning uit, de diode gaat geleiden, en de stroom, energie en koppel nemen weer af. Als jij de voeding weer aanzet voordat de stroom op nul zit, begint de stroom en daarmee de rest gewoon weer op te bouwen vanaf de huidige waarde. No more, no less....

Ja dat bedoel ik! De stroom zal de vorm hebben zoals bij een continue stroomverloop van een chopper, maar wat gebeurt er met de excessieve spanning die ontstaat bij het 'openen' van de MOSFET op het moment dat hij weer geleidt? Ik dacht dat de aantal kV's dan ook over de MOSFET komen de staan, maar dat is dus niet het geval?

edit: Ben er al uit, bedankt voor de info! Spanningspiek is alleen aanwezig als je de diode niet toevoegt natuurlijk.

Edit 2: De volgende kwestie is de stroomrimpel die uit de accu wordt gevraagd.

Op 18 maart 2015 14:53:36 schreef igorbatoukhtine:
edit: Ben er al uit, bedankt voor de info! Spanningspiek is alleen aanwezig als je de diode niet toevoegt natuurlijk.

En de spanningspiek vergroot door de weerstand die je ging plaatsen in serie met de diode.
Hoe groter de weerstand, hoe groter de piek en 20k is zo goed als geen diode.

LDmicro user.

Om heel eerlijk te zijn: je hebt blijkbaar de ballen verstand van motorcontrollers, en gaat nu van alles bedenken op basis van een paar foute aannames, zonder te kijken hoe de rest van de wereld motorcontrollers bouwt.

Er is geen "excessieve spanning" op het moment dat de MOSFET weer gaat geleiden, loopt de stroom (die sinds de laatste keer dat de MOSFET in geleiding was iets is afgenomen) nog steeds door de diode, en door het geleiden van de MOSFET komt de diode in reverse-bias, waardoor de stroom door de MOSFET en de voeding gaat lopen.

De stroomrimpel door de accu is simpel: daarvoor heb je een condensatorbank nodig.

Een manager is iemand die denkt dat negen vrouwen in één maand een kind kunnen maken

Dat heb je goed gezien.. Waarom denk je dat ik hier op het forum bezig ben stokvis

[Bericht gewijzigd door Henry S. op 11 april 2015 00:18:29 (82%)]

Het lijkt me een heel redelijke aanname dat op zijn minst een deel van de schema's van motorregelaar die je online kunt vinden, soort van deugt. Kun je me 1 schema tonen met een constructie zoals jij toont, met een dergelijk grote weerstand in serie met een diode? Enige idee waarom die niet te vinden zijn?

Begin nu met een simpel voorbeeld wat voor 1001 mensen voor jou al gewerkt heeft: http://www.circuitsonline.net/schakelingen/17/modelbouw/moto...eling.html

Ga dat eens bouwen, eraan meten met een scope, en als het even kan ook simuleren. Ga DAARNA bedenken wat je eraan kunt verbeteren...

Een manager is iemand die denkt dat negen vrouwen in één maand een kind kunnen maken

Die zal ik niet vinden omdat ik fout zat. Dit heb ik toch al aangegeven? Ik dacht dat je de tijdsconstante lager wou hebben dan je schakelfrequentie, maar dit is natuurlijk andersom!

Het circuit heb ik net bekeken en over het algemeen begrijp ik wel wat er speelt. Wat ik wel moeilijk kan vinden is achterliggende theorie met betrekking tot de ontstoorcondensator. In sommige gevallen zie ik dat mensen een grote hoeveelheid capaciteit (enkele mF) tussen de +- polen plaatsen om de spanningspiek op te kunnen vangen die de inductie uit je draden kwijt wil, aan de andere kant zie ik mensen een kleine RF condensator plaatsen om de storing weg te filteren. In de link die je stuurt staat hier verder ook niet veel over uitgelegd.

Ik neem aan dat je met "ontstoorcondensator" C3 bedoeld in het schema waar ik naar linkte. Dat is eigenlijk een buffercondensator (niet helemaal hetzelfde), die ervoor moet zorgen dat de voeding of accu niet met hoge frequentie de grote stroompulsen hoeft te leveren, maar zoveel mogelijk een gelijkstroom. Vanwege de parasitaire weerstand en inductie van elco's is het vaak verstandig daar nog andere condensators (keramisch of metaalfilm) aan parallel te plaatsen, voor een beter gedrag op de hoge frequenties die ontstaan bij het schakelen vanwege de flankstijlheid.

Een manager is iemand die denkt dat negen vrouwen in één maand een kind kunnen maken

Dat klopt, ik ben dat nu een beetje aan het onderzoeken, maar kan weinig rekenwijzes erachter vinden. Het is meer: er is een condensator aanwezig, maar niet hoe je aan de waarde komt en wat het gedrag precies is. Ben vooral geinteresseerd in het "soft-starten" van de motor om spanningsdipjes te voorkomen. Ik zie een aantal gevallen dat dit gebeurt met grote capaciteiten parallel over de accu om de startstroom te kunnen leveren. Dit snap ik echter nog niet helemaal

[Bericht gewijzigd door igorbatoukhtine op 19 maart 2015 12:11:49 (38%)]

Heeft iemand wat theorie beschikbaar over het parallel plaatsen van condensatoren over de voeding om storing te voorkomen?

Een "spanningsdip" voorkomen door simpelweg condensatoren parallel met de accu te zetten werkt niet. De hoeveelheid energie die een motor in zo'n piekje trekt is vele malen groter dan wat er past in economisch acceptabele kosten aan condensatoren.

Ga je PWMen op zeg 20kHz, dan is een condensator ineens wel aantrekkelijk. De berekeningen om de waarde uit te rekenen zijn niet erg "hard". Het hangt van dingen af als: wat is de weerstand en inductie van de kabel van je accu totaan de condensator-met-in-de-buurt-je-PWM-ding. Dus men doet maar wat. Als het niet werkt, moet ie misschien groter.....

four NANDS do make a NOR . Kijk ook eens in onze shop: http://www.bitwizard.nl/shop/

Ik ben inderdaad van plan te gaan PWMen met 20 kHz. We gaan van de week het een en ander testen met scope beelden, ik hoop dan wat meer duidelijkheid te hebben. Wat je in ieder geval aangeeft is om genoeg capaciteit parallel aan de ingang van je spanning voor de motorcontrol te plaatsen (enkele uF/mF?)en kijken wat het resultaat is voor de algehele voedingsspanning?

En moet ik hierbij denken aan elco's of polariteitsloze condensatoren?