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Thema: Richtige Ansteuerfrequenz von DC-Motoren

  1. #1
    Erfahrener Benutzer Begeisterter Techniker
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    Richtige Ansteuerfrequenz von DC-Motoren

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    Hallo

    Bin gerade dabei meine ersten Gehversuche im Aufbau einer Motordrehzahlregelung zu machen. Habe das ganze mit einem Mega8 und einem Mosfet IRF1404 gemacht. Über ein Poti und Analogeingang stelle ich den Timer der mir ein entsprechendes PWM-Signal ausgibt.
    Die Regelung funktioniert so weit, jetzt möchte ich das ganze optimieren.

    Der erste Punkt: Wenn man den Poti anfängt zu drehen fängt der Motor an zu fiepen ohne sich zu drehen. Dabei wird der Mosfet tierisch heiß. Wenn ich das ganze in verschiedenen Poti-Stellungen teste, stelle ich fest, dass der Mosfet umso heißer wird, je niedriger die Drehzahl des Motors ist bzw. am heißesten wird wenn er sich gar nicht erst dreht.
    Frage: Warum ist das so? (wie gesagt, habe noch keinerlei Erfahrungen mit dieser Materie aufzuweisen).

    Der zweite Punkt: Die PWM-Frequenz liegt bei 250 Hz. Ich habe mal gehört, dass Motoren üblicherweise mit 50 Hz angesteuert werden, da über diese Frequenz weniger EMV-Probleme auftreten können. Stimmt das? Und gibt es sonst noch Parameter die über die PWM-Frequenz beeinträchtigt werden?

    Grüße Paul

  2. #2
    Erfahrener Benutzer Roboter Experte
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    Hallo,

    welche Schaltung verwendest du zum Ansteuern des Mosfet? Kann es sein, dass du die Freilaufdiode vergessen hast?

    Gruss
    Jakob

  3. #3
    Erfahrener Benutzer Roboter Genie
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    Hallo
    Mit den 5V schaffst Du es nicht den FET durchzusteuern, deshalb abeitet er teilweise im linearen Bereich und muß entsprechend Verlustleistung verkraften.
    Benutze einen Treiber oder nimm einen LogigLevelFet.

    Mit freundlichen Grüßen
    Benno
    Wo man nicht mit Vernunft handelt, da ist auch Eifer nichts nütze; und wer hastig läuft, der tritt fehl.
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  4. #4
    Erfahrener Benutzer Robotik Einstein
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    @Yossarian
    IRF1404 = HEXFET® Power MOSFET
    Mit Ugs=5V schafft der 40A bei Tj=25°C, 80A bei Tj=175°C

    Ob allerdings die 250Hz nicht 250kHz sind und ob der µC-Ausgang ausreichend Strom zum Umladen der >2000pF Gate-Kapazität liefern kann ?
    Oder ist da vielleicht ein 10k Widerstand zwischen Ausgang und Gate ?
    MfG Karl-Heinz
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  5. #5
    Erfahrener Benutzer Roboter Genie
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    Hallo
    Hexfet ist nicht gleich Logik Level.
    Der 1404 fängt zwischen 2 und 4 Volt an zu leiten.
    Mit freundlichen Grüßen
    Benno
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  6. #6
    Erfahrener Benutzer Begeisterter Techniker
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    Hallo

    Sorry, ich vergaß:

    Treiber ist ein BC549B Transistor, der das Gate gegen Masse schaltet, das Gate wird während der Transistor nicht durchgesteuert wird über einen 1K Pullup auf +12V Versorgungsspannung gezogen. Der FET steuert voll durch.

    Eine externe Freilaufdiode habe ich nicht eingebaut, das werde ich aber gleich mal ausprobieren.

    Die Frequenz lag definitiv bei 250Hz, habe es mal mit niedrigeren Frequenzen ausprobiert, aber neben dem Effekt dass der Motor bei ca. 30Hz in niedrigen Drehzahlen ziemlich ruckelt ändert sich an der Erwärmung des FETs nichts.

    Ach ja und noch eine Info zum Motor: Es handelt sich um einen Anlassermotor aus einem Motorradmotor. Was mich etwas wundert ist, dass er im Leerlauf (!) und max Ansteuerung satte 20A zieht.
    Bei niedrigen Drehzahlen bzw. im Anlaufmoment liegen die Stromspitzen bei etwa 120A.

    Grüße Paul

  7. #7
    Erfahrener Benutzer Roboter Genie
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    Hallo
    Ich finde es immer wieder toll, wie freigiebig Informationen gegeben werden.
    Mit 120A hast Du eine Verlustleistung von ca. 60W. Daß er sich da 'leicht' erwärmt verwundert nicht.

    Mit freundlichen Grüßen
    Benno
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  8. #8
    Moderator Roboter Genie
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    Hi!
    Das dein FET heiß wird, ist wirklich nicht weiter verwunderlich! Sei dir mal im klaren, dass 20A richtig viel sind!
    Wenn du dann dem Gate nur 5V über einen 1k Widerstand genehmigst, brauchst du ne Ewigkeit bis das Gate umgeladen ist (>30µs!!!).

    Du solltest dir vielleicht zuerst nen kleinen DC-Motor mit nur ein paar Watt Leistung besorgen und damit experimentieren...wenn du ohne Grundlagen an solche Trümmer von Motoren gehst, ist es nur eine Frage der Zeit, bis da was kaputt geht!

    Wenn du trotzdem weitermachen willst, probier zuerst, das Gate mit Hilfe einer Gegentakt Stufe zu laden/entladen. Ausserdem solltest du dem Gate 10 bis 15V genehmigen (aber niemals mehr als 20V!). Dann hast du bei 50% Duty Cycle ne Verlustleistung von etwa 0,8 W am FET (gerechnet mit 20A).
    Zur Frequenz sagt lieber jemand anderes...da hab ich noch nicht so viele eigene Erfahrungen.

    MfG

  9. #9
    Erfahrener Benutzer Begeisterter Techniker
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    Hallo Basti

    Gerade bei 20A Dauerstrom wird er gar nicht mal so heiß - eher wenn der Motor nur fiept ohne anzulaufen.
    Dass ich dem Gate keine 5 sondern 12V gebe, habe ich aber oben schon erwähnt.
    Wie sähe es denn z.B. aus wenn ich den Pullup kleiner wähle, sodass die Umladungszeit geringer wird? Welcher Wert ist denn noch zulässig? Ich nehme mal an, dass der FET kaputt geht wenn der Umladestrom zu groß wird?

    Was die Frequenz anbelangt: Im Argument mit der Umladezeit steckt dann auch die Aussage je kleiner die Frequenz, desto kleiner die Verlustleistung, da weniger Umladungen pro Zeiteinheit erfolgen - diese Aussage findet sich auch im RN-Wissen Bereich niedergeschrieben. Gleichzeitig läuft mir der Motor bei Frequenzen unter 50 Hz schon arg ruckelig in niedrigen Drehzahlen, was die untere Grenzfrequenz damit wohl limitiert.

  10. #10
    Erfahrener Benutzer Roboter Experte
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    Wenn du mit der Frequenz höher gehst, wirkt sich die Induktivität des Motors stärker aus. Zusammen mit einer schnellen & starken Freilaufdiode oder H-Brücke kannst du so den mittleren Strom effektiv steuern und der Motor läuft runder. So hast du jedes Mal einen Kurschluß, der nur durch den Windungswiderstand limitiert ist. Zusammen mit dem langsamen Umschalten fällt fast die ganze Verlustleistung am FET ab.

    Wäre nett, wenn jemand bestätigt/widerlegt was ich gerade geschrieben habe. Sicher bin ich mir nicht.

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