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Thema: Suche nach der richtigen PWM Frequenz

  1. #1
    Erfahrener Benutzer Roboter Genie Avatar von Searcher
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    Suche nach der richtigen PWM Frequenz

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    Hallo,
    bei der Suche durch das Forum und auch dem www, der vielen gefundenen ganz unterschiedlichen Empfehlungen, möchte ich nachfragen, ob ich folgendermaßen grob die Frequenz für DC-Bürstenkleinmotor auswählen kann?

    1. Strom durch Motor soll möglichst kleinen Ripple aufweisen
    2. Frequenz möglichst niedrig bei wenig unterschiedlichem Ripple zur höheren Frequenz

    Gemessen wurde an folgender Schaltung mit 500Hz, 1KHz, 2kHz, 4kHz, 8kHz, 16kHz, 32kHz.

    Code:
                                                          .----------------.
                        VCC=4,8V NiMh                     |  Oszilloskop   |
                         +                                |Masse  CH1   CH2|
                         |                                '----------------'
                         |                                   |     |     |
        .----------------o----------------o------o-----------'     |     |
        |                |                |      |                 |     |
        |                |                |      |                 |     |
        |                |                |     .-.                |     |
        |                |                |     | |2 Ohm           |     |
        |                |                |     | |                |     |
        |                |                |     '-'                |     |
        |                |                |      |                 |     |
        |                |                |      o-----------------'     |
        |       .--------o                |      |                       |
        |       |        |       Schottky -     / \ Motor                |
        |       |    .------.        SS12 ^    ( o )Mabuchi              |
        |       |    |      |             |     \ / RF300C-09550         |
        |       |    |      |             |      |                       |
        |+      |    |      |             '------o                       |
       ===     ---   | µC   |                    |                       |
       /-\     ---   |      |                 ||-+  BS170                |
        |       |    |      |     ___         ||<-                       |
        |330µ   |100n|      |----|___|---o----||-+                       |
        |       |    |      |     100    |       |                       |
        |       |    '------'            |       |                       |
        |       |       |                |       |                       |
        |       '-------o                '-------)-----------------------'
        |               |                        |
        |               |                        |
       ===             ===                      ===
       GND             GND                      GND
    1kHz Klicke auf die Grafik für eine größere Ansicht

Name:	1kHz.png
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ID:	18589 8kHz Klicke auf die Grafik für eine größere Ansicht

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Größe:	3,8 KB
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ID:	18591 32kHz Klicke auf die Grafik für eine größere Ansicht

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ID:	18592

    Mittelwertfunktion des Oszis wurde genutzt um saubere Kurven zu bekommen. Weitere Oszillogramme im Album.

    Ich würde hier 16kHz wählen.

    Würdet ihr es genauso machen?
    Sollte ich einen anderen Meßaufbau wählen?
    Was sollte unbedingt noch beachtet werden?

    Gruß
    Searcher
    Geändert von Searcher (18.04.2011 um 15:45 Uhr)
    Hoffentlich liegt das Ziel auch am Weg
    ..................................................................Der Weg zu einigen meiner Konstruktionen

  2. #2
    Erfahrener Benutzer Lebende Robotik Legende Avatar von PICture
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    Hallo!

    Zitat Zitat von Searcher Beitrag anzeigen
    1. Strom durch Motor soll möglichst kleinen Ripple aufweisen
    2. Frequenz möglichst niedrig bei wenig unterschiedlichem Ripple zur höheren Frequenz
    Das ist bei variabler PWM Frequenz theoretisch unmöglich, aber bei fester mit genug Geduld schon.

    Zitat Zitat von Searcher Beitrag anzeigen
    Ich würde hier 16kHz wählen.
    Nach dem Anschauen von allen Oszibilder ich auch.

    Wegen unausreichender praktischer Erfahrung mit Motoren, darf ich darüber nix mehr schreiben.
    MfG (Mit feinem Grübeln) Wir unterstützen dich bei deinen Projekten, aber wir entwickeln sie nicht für dich. (radbruch) "Irgendwas" geht "irgendwie" immer...(Rabenauge) Machs - und berichte.(oberallgeier) Man weißt wie, aber nie warum. Gut zu wissen, was man nicht weiß. Zuerst messen, danach fragen. Was heute geht, wurde gestern gebastelt. http://www.youtube.com/watch?v=qOAnVO3y2u8 Danke!

  3. #3
    Erfahrener Benutzer Roboter Genie
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    Würde ein Kondensator parallel zum Motor was bringen? Zieht zwar im ersten Moment mehr Strom, dürfte aber vielleicht die Spitzen etwas begrenzen...einen Versuch wäre es wert

    Ansonsten sehen die letzten 3 Bilder doch recht gut aus, das 4. würde ev. noch gehen.....


    Mal sehen was der C noch bringt.

  4. #4
    Erfahrener Benutzer Roboter Genie Avatar von BMS
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    Hallo,
    ändert sich etwas, wenn man die Schottkydiode parallel zum Motor hängt (also ohne den 2-Ohm-Widerstand dazwischen) ? Ich vermute mal, dass du den 2Ohm Widerstand nur zum Messen des Stroms verwendet hast und ihn später weglässt.

    Die SS12-Schottkydiode kenne ich jetzt nicht, ist die denn schnell genug?

    Ein 100nF Keramikkondensator zwischen den Motoranschlüssen (und welche zwischen Anschluss und Gehäuse) ist durchaus üblich, wie es dremler schon geschrieben hat. In die Zuleitungen kannst du auch noch Ferrite tun. http://rn-wissen.de/index.php/Getrie...entst.C3.B6ren

    Grüße, Bernhard

  5. #5
    Super-Moderator Lebende Robotik Legende Avatar von Manf
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    Die Antwort steckt in dem RMS Wert der ja sogar schon bestimmt wurde. Wenn der Effektivwert vom DC Signal gemessen wurde dann gibt er direkt mit U²/R die ohmschen Verluste an. Hierfür lohnt es sich dann nicht einmal die Frequenz von 4kHz auf 8kHz zu erhöhen, abgesehen von der Hörbarkeit.
    Bei 1kHz sind die Verluste deutlich höher.

    Oft geht es so ab 2kHz dass die Zeitkonstante L/R des Ankers den Strom ausreichend glättet. . Bei eisenlosem Anker mit kleiner Induktivität können auch Frequenzen von 40kHz und höher erforderlich sein.

    Ach ja, so ein kleiner Kondensator lässt das Bild in Bezug auf Störungen besser aussehen, so 50-100nF.

  6. #6
    Erfahrener Benutzer Robotik Einstein
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    Zitat Zitat von dremler Beitrag anzeigen
    Würde ein Kondensator parallel zum Motor was bringen? Zieht zwar im ersten Moment mehr Strom, dürfte aber vielleicht die Spitzen etwas begrenzen...einen Versuch wäre es wert

    Ansonsten sehen die letzten 3 Bilder doch recht gut aus, das 4. würde ev. noch gehen.....


    Mal sehen was der C noch bringt.
    Ich habe das Problem nach Gehör gelöst. Wenn der Motor "weint" oder Jault, habe ich die Wiederhol Frequenz erhöht
    bis Ruhe eintritt. Nicht elegant aber Nerv schonend.

    Gruß Richard

  7. #7
    Erfahrener Benutzer Roboter Genie Avatar von Searcher
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    Vielen Dank für die vielen guten Infos und Vorschläge!

    Zitat Zitat von PICture
    Das ist bei variabler PWM Frequenz theoretisch unmöglich, aber bei fester mit genug Geduld schon.
    *Räusper*, einmal festgelegt, soll die Frequnz natürlich beibehalten werden, aber schon wieder ein Denkanstoß.


    Zitat Zitat von dremler
    Würde ein Kondensator parallel zum Motor was bringen? Zieht zwar im ersten Moment mehr Strom, dürfte aber vielleicht die Spitzen etwas begrenzen...einen Versuch wäre es wert
    Erster Schnelltest mit 100nF parallel zur Diode und 4kHz verschwindet die Spitze beim Ausschalten; allerdings wird die Spitze beim Einschalten vergößert und es erscheint eine neue genau gegenüber der Einschaltspitze in den positiven Bereich. C direkt parallel zum Motor - im Oszi keine Änderung gegnüber ohne C zu erkennen - Meßproblem


    Zitat Zitat von BMS
    ändert sich etwas, wenn man die Schottkydiode parallel zum Motor hängt (also ohne den 2-Ohm-Widerstand dazwischen) ? Ich vermute mal, dass du den 2Ohm Widerstand nur zum Messen des Stroms verwendet hast und ihn später weglässt.

    Die SS12-Schottkydiode kenne ich jetzt nicht, ist die denn schnell genug? ...Ferrite...
    Ja, richtig, der 2Ω Widerstand ist nur zum Messen da und bleibt später weg. Wenn ich die Diode direkt parallel zum Motor schalte, krieg ich den Rückstrom beim Abschalten nicht mehr mit. Hab keine andere Schottky als ss12. In Datenblättern hab ich keine Angabe zur Geschwindigkeit gefunden. Hatte auch mal eine 1N4148 probiert. An den Kurvenverläufen hat sich da im Prinzip nichts geändert. Die Spitzen waren genauso vorhanden.



    Zitat Zitat von Manf
    Die Antwort steckt in dem RMS Wert der ja sogar schon bestimmt wurde. Wenn der Effektivwert vom DC Signal gemessen wurde dann gibt er direkt mit U²/R die ohmschen Verluste an. ....
    ...Oft geht es so ab 2kHz dass die Zeitkonstante L/R des Ankers den Strom ausreichend glättet ...
    Wenn ich dem Oszi trauen darf, ist der angezeigte CH1 RMS Wert die Effektivspannung über dem 2Ω Widerstand. Bei 34,8mV an 2Ω fließen 0,0174A. Der Motor hat einen ohmschen Widerstand von 20Ω (einfach mit DMM gemessen). Mit I² * R hab ich 0,0060552W ( 6mW ) ohmsche Verluste am Motor!? Soweit bin ich schon mal - muß ich mal sacken lassen, was das genau bedeutet.
    Ausreichende Glättung durch L/R beurteilst Du daran, daß der Strom nicht mehr Null wird?!


    Zitat Zitat von Richard
    Ich habe das Problem nach Gehör gelöst. Wenn der Motor "weint" oder Jault, habe ich die Wiederhol Frequenz erhöht bis Ruhe eintritt
    Bei der kleinen Leistung hör ich fast nichts. Könnte mir vorstellen, daß bei größerem Ripple (oder besserem Gehör ) es nerviger wird.

    Noch eine Angabe: Motor drehte bei den Messungen und war nur leicht belastet durch Getriebe und in der Luft hängendem Antriebsrad.

    Werd nach Euren Infos weiter untersuchen, horchen und informieren.

    Gruß
    Searcher
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  8. #8
    Super-Moderator Lebende Robotik Legende Avatar von Manf
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    Dass der Strom nicht mehr null wird ist sicher ein Kriterium das in die Richtung geht, bei kleinen eingestellten PWM Werten wird es sich aber nicht ganz verhindern lassen. Bei gleichem mittleren Strom ändert sich der RMS Wert, der Effektivwert des Stroms, in Abhängigkeit von der Frequenz.
    Der Mittelwert des Stroms ist proportional zum Moment, der Effektivwert ist proportional zu den ohmschen Verlusten.
    Im Leerlauf ist das in absoluten Werten natürlich wenig bedeutend, unter Last wird man sich dann schon mehr darum sorgen, die Verluste klein zu halten.

    Was sollte noch beachtet werden?
    Du solltest noch ein Bild machen, (z.B. bei 4kHz) unter Last, die Welle mit irgendetwas (Hand) so bremsen dass sich für die Bilddauer ein konstanter Zustand einstellt mit dem ca. dreifachen oder fünffachen Leerlaufstrom.
    Geändert von Manf (19.04.2011 um 11:08 Uhr)

  9. #9
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    Hab jetzt noch eine Menge Messungen unter verschiedenen Belastungen und Tastverhältnissen gemacht. Sind zu finden im Anhang als ZIP File. Messungen wie im Schaltbild. Belastung mit gespanntem Gummi auf Getriebeausgangswelle.

    Hier zwei Messungen bei 4kHz zum Vergleich bei 75% Tastverhältnis, unbelastet und belastet und Entstörkondensator

    unbelasteter Motor Klicke auf die Grafik für eine größere Ansicht

Name:	F_04_kHz_75.png
Hits:	12
Größe:	3,8 KB
ID:	18619 belasteter Motor Klicke auf die Grafik für eine größere Ansicht

Name:	T_B_04_kHz_75.png
Hits:	12
Größe:	3,7 KB
ID:	18620 100nF parallel zur Diode Klicke auf die Grafik für eine größere Ansicht

Name:	100nF_parallel.png
Hits:	8
Größe:	3,9 KB
ID:	18624



    PS Scheint ziemlich egal zu sein, ob 4 oder 8kHz gewählt werden? Ich würde mich diesmal für 4kHz entscheiden.

    EDIT Beitrag aufgeräumt und Messungen als ZIP File angehangen.

    Gruß
    Searcher
    Angehängte Dateien Angehängte Dateien
    Geändert von Searcher (21.04.2011 um 12:50 Uhr) Grund: Beitrag aufgeräumt, Inhalt ZIP Datei berichtigt
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  10. #10
    Erfahrener Benutzer Lebende Robotik Legende Avatar von PICture
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    Hallo!

    Zitat Zitat von Searcher Beitrag anzeigen
    Ich würde mich diesmal für 4kHz entscheiden.
    Passt schon. Ich warte geduldig auf nächste Entscheidung nach folgenden Messungen.
    MfG (Mit feinem Grübeln) Wir unterstützen dich bei deinen Projekten, aber wir entwickeln sie nicht für dich. (radbruch) "Irgendwas" geht "irgendwie" immer...(Rabenauge) Machs - und berichte.(oberallgeier) Man weißt wie, aber nie warum. Gut zu wissen, was man nicht weiß. Zuerst messen, danach fragen. Was heute geht, wurde gestern gebastelt. http://www.youtube.com/watch?v=qOAnVO3y2u8 Danke!

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