PWM en rms spanning

Ik heb een simpele pwm controller gemaakt met een 555, potmeter en mosfet. Nu is de spanning die ik aan de uitgang meet met mijn multimeter de gemiddelde spanning, niet de rms spanning. Nu kan ik de rms spanning wel zien op mijn scope of berekenen met een formule, maar ik vroeg mij af waarom ik op de dynamo van een auto wel gewoon de rms spanning meet met mijn multimeter? Want volgens mij doet deze precies hetzelfde, de stator spoel aan en uitschakelen tot de juiste spanning bereikt wordt. Maar toch moet er een verschil zijn, maar wat?

Accu...

Dat zal met de golfvorm te maken hebben. Er zijn multimeters die de topspanning meten en terugrekenen naar effectief. Daarbij gaan ze uit van een sinusvormige spanning. Als de golfvorm dan niet sinusvormig is krijg je een foutieve waarde.

de alternator , meet je voor of na de diodes? (AC of DC)

voor de diodes, sinusoïdale wisselspanning, met de meter op AC stand meet je de rms, ook met een niet rms meter, omdat het sinusoïdaal is. (ok, kan een fout opzitten omdat vooral de top belast wordt)

Na de diodes, meter op DC stand meet je waarschijnlijk de accu mee.

Op 19 december 2022 09:47:21 schreef kris van damme:
de alternator , meet je voor of na de diodes? (AC of DC)

voor de diodes, sinusoïdale wisselspanning, met de meter op AC stand meet je de rms, ook met een niet rms meter, omdat het sinusoïdaal is. (ok, kan een fout opzitten omdat vooral de top belast wordt)

Na de diodes, meter op DC stand meet je waarschijnlijk de accu mee.

Na de diodes inderdaad. Maar als ik dus een dikke condensator over de load zou zetten bij mijn pwm controller dan zou ik ook de effectieve waarde moeten zien?

Er ziujn zulke mega verschillen tussen wat multimeters kunnen dat zonder meer info er niets over te zeggen valt. Wil je de meest lastige signalen kunnen meten dan moet je meter AC+DC TRMS zijn met een heel erg hoge crestfactor (ik denk rond de 10). Daarnaast moet hij een hele hoge sample rate hebben. De Keithley 7510 komt een eind. Ook de Fluke 8500 met RMS optie was bizar goed.

De meeste handmultimeters meten AC gekoppeld (via een condensator). De TRMS gebruiken een RMS converter (een stuk actieve electronica) De simpelste meters gebruiken diodes.

Elke meter, TRMS of niet, heeft een bandbreedte. Dat kan 100 Hz zijn maar ook 1 MHz. Een goede meter voor electriciens in het veld heeft aan 1 kHz ofzo genoeg, voor werken aan bv schakelende voedingen, PWM etc heb je veel meer nodig. Hoewel je daar beter een scoop voor kunt gebruiken. Ik meet DC met mijn multimeters en gebruik AC zelden, dan pak ik een scoop.

Crestfactor is een complexe om even snel uit te leggen maar wel de belangrijkste parameter. Als de fabrikant niks opgeeft kun je er meestal vanuit gaan dat TRMS of niet, je ver weg moet blijven van alles behalve een sinus, heel grofweg praktisch gezien, gaat het fout zodra de dutycycle geen 50% is. Zie de wiki.

Vergis je niet in deze specificaties, de meetfouten zijn geen geneusel in de marge. De afwijkingen kunnen gigantisch zijn (bv twee keer te laag of hoog meten is niet ongewoon)

PWM crestfactor zie:

Op 19 december 2022 09:52:34 schreef Lucas91:
[...]
Na de diodes inderdaad. Maar als ik dus een dikke condensator over de load zou zetten bij mijn pwm controller dan zou ik ook de effectieve waarde moeten zien?

nee, maar om te vergelijken met de batterij van de wagen.. je condensator zou de PWM te niet doen. Dan staat er altijd volle spanning op je belasting en is de gemiddelde waarde = effectieve waarde, maar heb je niks meer aan je PWM.

edit : een LC filter kan de oplossing zijn. daarna hou je een gelijkspanning over vanwaar de waarde afhangt van de PWM breedte. Als je daarna meet is Ugem = Ueff. Of je dat soort filter kan toepassen hangt af vd belasting. als dat een motor is waarvan de zelfinduktie deel uitmaakt van het PWM proces, dan is een LC filter niet wenselijk.

[Bericht gewijzigd door kris van damme op (26%)]

Ik heb een Voltcraft VC185 en de frequentie van de zelfgebouwde pwm controller is 40hz.
En van mij hoef ik niet per se de effectieve spanning te zien met mijn multimeter.

Ik vroeg mij gewoon af waarom ik op de dynamo wel de effectieve spanning te zien krijgt met diezelfde multimeter, maar op de pwm controller niet. Terwijl de spanningsregelaar in de dynamo ook gebruikt maakt van pwm. Er wordt gezegd door de accu van de auto, maar hoe zorgt dit ervoor?

Na de diodes zit je op de accu te meten, en dat is gelijkspanning (met een kleine rimpel erop).

bij gelijkspanning is Ugem = Ueff.

Op 19 december 2022 12:32:08 schreef kris van damme:
Na de diodes zit je op de accu te meten, en dat is gelijkspanning (met een kleine rimpel erop).

bij gelijkspanning is Ugem = Ueff.

Maar de spanning van de dynamo is toch hoger dan die van de accu. Dus ik meet 14,4V op de dynamo, zet ik de auto uit dan meet ik 12,9V op de accu. Dus ik meet dan toch de spanning van de dynamo en niet van de accu?

Op 19 december 2022 12:39:52 schreef Lucas91:
Maar de spanning van de dynamo is toch hoger dan die van de accu. Dus ik meet 14,4V op de dynamo, zet ik de auto uit dan meet ik 12,9V op de accu. Dus ik meet dan toch de spanning van de dynamo en niet van de accu?

Ja je meet bij 14.4V, de spanning van je dynamo. Maar je moet je accu zien als een grote condensator, je hebt dus praktisch geen rimpel.

Bij PWM meet je de gemiddelde spanning, als je puls hoog is meet je bijvoorbeeld 12V en als je puls laag is meet je 0V.

Als je puls even lang hoog als laag is "50% dus" zal je +/- 6V meten. Maar ook je frequentie heeft invloed op je PWM signaal. Je zegt dat je 40Hz gebruikt, dat is voor PWM een zeer lage frequentie. Normaal zit een PWM signaal tussen de 10 en 40KHz of hoger.

Op 19 december 2022 13:14:31 schreef Lambiek:
Normaal zit een PWM signaal tussen de 10 en 40KHz of hoger.

Hangt er maar helemaal vanaf wat de toepassing is.

Op 19 december 2022 13:31:31 schreef KlaasZ:
Hangt er maar helemaal vanaf wat de toepassing is.

Dat is ook zo, de TS heeft misschien niet zo'n hoge frequentie nodig.

Ik weet dat ik de gemiddelde spanning meet, maar deze spanning kan ik niet aanhouden wanneer ik bijvoorbeeld een 6V lampje op een 12V accu wil aansluiten. Daarvoor moet ik de effectieve spanning weten anders brand het lampje te fel. Dit heb ik getest door het lampje aan te sluiten op een labvoeding.

40Hz is inderdaad weinig, maar het werkt prima voor lampjes etc. Ik heb de pwm controller gebouwd met componenten die ik nog had liggen, en heb zonder berekeningen deze aansgesloten op de 555. Het is voor mij gewoon meer om kennis op te doen.

Maar als ik dus een dikke condensator op mijn controller aansluit, dan doet de pwm niks meer volgens jullie, maar ik moet de accu in mijn auto wel zien als een grote condensator... Dit snap ik even niet. Want de dynamo lukt het toch echt om de spanning af te regelen...

[Off-topic]
Ter leering ende vermaeck:

Op 19 december 2022 09:47:21 schreef kris van damme:
de alternator , ....

voor de diodes, sinusoïdale wisselspanning, met de meter op AC stand meet je de rms, ook met een niet rms meter, omdat het sinusoïdaal is. (ok, kan een fout opzitten omdat vooral de top belast wordt).

Een alternator wekt geen sinusvormige spanning op maar min of meer trapeziumvormige spanning of een afgetopte sinusvormige spanning. De spanningsvorm wordt bepaald door de vorm van de in elkaar grijpende tongen van de rotor. Deze zijn aan de zijkanten recht. Op de top maakt het niet zoveel uit wat de vorm is. Zie plaatje van de alternator op deze site Door de schuinlopende rechte zijden is dφ/dt constant, dus ook de opgewekte spanning. Vandaar de trapeziumvorm of afgetopte sinusvorm. Het heeft geen zin om een sinus te maken, want de accu moet geladen worden met een vaste gelijkspanning.
PS:
Laat je niet in de luren leggen door de getekende sinusvorm op die site
[/Off-topic]

Op 19 december 2022 09:05:05 schreef Lucas91:
Ik heb een simpele pwm controller gemaakt met een 555, potmeter en mosfet. Nu is de spanning die ik aan de uitgang meet met mijn multimeter de gemiddelde spanning, niet de rms spanning. Nu kan ik de rms spanning wel zien op mijn scope of berekenen met een formule, maar ik vroeg mij af waarom ik op de dynamo van een auto wel gewoon de rms spanning meet met mijn multimeter? Want volgens mij doet deze precies hetzelfde, de stator spoel aan en uitschakelen tot de juiste spanning bereikt wordt. Maar toch moet er een verschil zijn, maar wat?

Dat is de automotor.
Op de dynamo meet je gewoon de RMS-spanning, want dat is de accuspanning. De dynamospanning en dus ook de accuspanning wordt bepaald door het toerental van de motor en de bekrachtigingsstroom door de statorspoel. De bekrachtigingsstroom door de statorspoel is rechtevenredig met het gemiddelde van de aangeboden PWM-spanning (volgens de wet van ohm) en is dus altijd lager dan de accuspanning.

Op 19 december 2022 12:15:02 schreef Lucas91:
Ik vroeg mij gewoon af waarom ik op de dynamo wel de effectieve spanning te zien krijgt met diezelfde multimeter, maar op de pwm controller niet. Terwijl de spanningsregelaar in de dynamo ook gebruikt maakt van pwm. Er wordt gezegd door de accu van de auto, maar hoe zorgt dit ervoor?

Daar zorgt de spanningsregelaar voor. Als de gemeten accusspanning te hoog wordt, dan zorgt de regelaar ervoor dat de pulsbreedte van de spanning over de rotorspoel kleiner wordt. Daardoor wordt de gemiddelde spanning over de rotorspoel lager en dus wordt ook de gemiddelde stroom door de rotorspoel lager. Als gevolg daarvan wordt de opgewekte accuspanning weer lager. Dit is een vloeiend systeem, dus de accuspanning pendelt niet maar er stelt een evenwicht in.

Je vergeet een paar dingen in het verhaal:

Een accu gedraagt zich niet als een condensator. Immers, als je uit een condensator lading haalt (je 'gebruikt stroom'), dan daalt de spanning. Bij een accu blijft de spanning min of meer gelijk en daalt pas (aanzienlijk) als deze leeg is. Daarnaast zal er geen 'sprong' in de spanning zitten (nou ja, dat lukt dus wel met een forse load aan/uit zetten, dat die de onbedoelde inwendige weerstand). Ofwel: je kunt in de 'off' tijd wat stroom uit de accu trekken die je in de 'on' tijd weer in stopt. Dat zou je zomaar wel eens terug kunnen vinden als 'rimpel'.

Wat er uit een dynamo komt gedraagt zich niet als een PWM signaal. Er zit nog een bonk staal met wat magnetische eigenschappen tussen (dat 'dempt') en zoals reeds eerder opgemerkt: het is doorgaans een 3-fase ding wat gelijk gericht wordt. Daarnaast ook nog het verschijnsel wat Ωπ noemt.

Overigens zijn er ook nog wel de nodige 'lineaire' regelaars. De veldstroom is niet zo heel hoog... Daarnaast: als de output van de regelaar (met het gruis wat er om heen hoort) al min of meer lineair is, dan heeft het feit dat er mogelijk PWM in zit niks meer te maken met de output. Een beetje DCDC converter doet ook wat PWM-achtigs. Toch komt daar gewoon DC uit. En de waarde wordt meestal bepaald door de verhouding tussen 2 weerstanden. Overigens hebben die dingen niet zelden een 'minimal load'.

[Bericht gewijzigd door EricP op (13%)]

Ondanks dat de statorstroom met PWM gemaakt wordt (zal best, geen ervaring mee), is de inductie van het ding zodanig dat de stroom zo goed als constant is met een beetje rimpel. Je krijgt aan de uitgang dus GEEN PWM.

Op 19 december 2022 19:09:06 schreef EricP:
Je vergeet een paar dingen in het verhaal:

Wie is "Je" ?

Op 19 december 2022 19:09:06 schreef EricP:
Overigens zijn er ook nog wel de nodige 'lineaire' regelaars. De veldstroom is niet zo heel hoog...

Dat klopt. Voor het rendement maakt het nauwelijks uit of je een lineaire of schakelende regelaar hebt.

Op 19 december 2022 19:33:48 schreef rew:
Ondanks dat de statorstroom met PWM gemaakt wordt (zal best, geen ervaring mee), is de inductie van het ding zodanig dat de stroom zo goed als constant is met een beetje rimpel. Je krijgt aan de uitgang dus GEEN PWM.

Klopt. De stroom door de statorspoel is constant want over de spoel zit een vrijloopdiode of een meeschakelende MOSFET. Deze is meegeïntegreerd in de regelaar.

[Bericht gewijzigd door ohm pi op (19%)]

Op 19 december 2022 18:31:09 schreef ohm pi:
[Off-topic]
Ter leering ende vermaeck:
[...]Een alternator wekt geen sinusvormige spanning op maar min of meer trapeziumvormige spanning of een afgetopte sinusvormige spanning. De spanningsvorm wordt bepaald door de vorm van de in elkaar grijpende tongen van de rotor. Deze zijn aan de zijkanten recht. Op de top maakt het niet zoveel uit wat de vorm is. Zie plaatje van de alternator op deze site Door de schuinlopende rechte zijden is dφ/dt constant, dus ook de opgewekte spanning. Vandaar de trapeziumvorm of afgetopte sinusvorm. Het heeft geen zin om een sinus te maken, want de accu moet geladen worden met een vaste gelijkspanning.

ter leering ende vermaeck.... :-)

Ja, het klopt dat dankzij de "haaientanden" in de rotor er geen sinus uit de alternator komt, en dphi /dt hierdoor een tijdje constant blijft(heb vroeger wel wat alternatoren opengeschroefd ).

Maar de hoofdreden is niet dat is niet uit medelijden met de batterij, maar om mechanisch zingen van de alternator te voorkomen. Als ie met korte pulsen laad (bij sinusvorm) belast hij de drijfriem ook met pulsen, wat aanleiding geeft tot trillingen/ zingen. door dPhi/dt over een langere tijd constant te houden gaat met dat tegen. Werd ook al bij dynamo's en dergelijke gedaan, door de groeven waarin de windingen liggen iets of wat schuin op te stellen. (de overname gebeurt dan minder bruusk)