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Thema: Maximalwerte DC-Motor bestimmen

  1. #1
    Erfahrener Benutzer Roboter Genie
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    Maximalwerte DC-Motor bestimmen

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    Hallo zusammen,

    ich wüsste gerne, wie ich die maximale Stromaufnahme eines DC-Motors bestimme und sinnvoll begrenze. Der Hintergrund ist, dass ich einen DC-Motor, welcher für 3V vorgesehen war, problemlos auf 7V betreiben konnte - bis er letztendlich ein Hindernis zu überwinden hatte, für das er zu schwach war. Also blieb er stehen und ist dann vermutlich durchgebrannt (Widerstand bei funktionierendem Motor 4,x Ohm, bei dem defekten 0,8Ohm).
    Eine Reduzierung der Spannung ist nicht machbar, da er dann für den gewünschten Anwendungsbereich zu schwach ist. Ich denke nun daran, den Strom mit einem Vorwiderstand zu begrenzen, in der Hoffnung, dass das ausreicht, den nächsten Motor vor dem Hitzetod zu bewahren. Da ich allerdings kein Amperemeter zur Anlaufstrommessung besitze, weiß ich nun nicht genau, wie ich den Vorwiderstand sinnvoll bestimmen soll.

    Weiterhin möchte ich noch erwähnen, dass der Motor i.d.R. nur 3-4 Sekunden läuft, bevor er wieder anhält. Auf Softwareseite (er wird von einem µC gesteuert) plane ich nun einen virtuellen Notaus nach Überschreiten dieser Laufphase zu programmieren, falls bis dahin nicht der nächste Stop-Marker erreicht wird und der Motor ausgeschaltet wird.

    Ich freu mich auf euere Ideen

  2. #2
    Erfahrener Benutzer Robotik Visionär Avatar von Hubert.G
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    Den max. Strom errechnest du aus dem ohmschen Widerstand, bei Stillstand des Motors kommt dieser zu tragen.
    Wenn du einen Vorwiderstand nimmst ist es das gleiche als würdest du die Spannung verringern.
    Helfen könnte dir eventuell wenn du den Motor mit PWM ansteuerst, die Drehzahl überwachst und dann über die PWM nachregelst. Es ist natürlich ein Aufwand bei dem sich die Frage stellt ob ein stärkerer Motor nicht sinnvoller ist.
    Grüsse Hubert
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  3. #3
    Erfahrener Benutzer Roboter Genie
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    Schön wärs, wenns so leicht wäre
    Das Problem ist, dass der Motor ib so ner billigen Asia-Drehplatte drin ist. Um den zu ersetzen, bräuchte ich einen mit exakt der selben Bauform.

    Wie könnte mir da PWM weiterhelfen?
    Die Drehzahl überwachen dürfte vermutlich auch nicht so einfach sein.
    Eine Temperaturüberwachung macht vermutlich auch keinen Sinn, da man nicht genau am Motor andocken kann. Und falls doch, spielt die Umgebungstemperatur eine zu große Rolle.

    Wie berechne ich denn den Maximalstrom auf Grund des Widerstands?

  4. #4
    Erfahrener Benutzer Robotik Visionär Avatar von Hubert.G
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    Wenn der Motorwiderstand 4 Ohm ist und die Spannung 7V dann ist der Strom U/R=I 7/4=1,75A
    PWM würde dir insofern weiterhelfen da du damit den Durchschnittstrom verringerst. Allerdings brauchst du eine Erkennung wann die Drehzahl zurückgeht und du die PWM-Pulsbreite erhöhen musst um den Motorstrom damit auch zu erhöhen.
    Grüsse Hubert
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  5. #5
    Erfahrener Benutzer Roboter Genie
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    Ach so meinst du das. Ja, das ist klar. Meine Frage war eher darauf bezogen, wie ich den maximalen Dauerstrom, den der Motor aushält, bestimmen kann. Ursprünglich hat der nämlich ein 3V 500mA Netzteil. Das liefert aber real 4,5v unter Last

    Bei meinen 7V hab ich ja einen solchen Motor unter Dauerlast bereits gegrillt. Das Problem ist, dass im Normalfall nach 4 Sekunden ein Sensor sagt 'so, genug, Motor, du darfst dich jetzt wieder entspannen'. Dann scheints überhaupt kein Problem für den Motor zu sein. Da sich jedoch was verklemmt hatte, wurde die Position des Sensors nicht angefahren und der Motor lief unter Dauerlast und hang fest, wobei er natürlich überlastet wurde.

    Mich würde halt interessieren, welcher Dauerlast der Motor bei erneutem Verklemmen der Mechanik standhält.

  6. #6
    Erfahrener Benutzer Roboter Genie
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    Die Kraft (eigentlich mechanische Leistung) eines Elektromotors hängt nur vom Strom ab. Nur der Strom erzeugt das Magnetfeld, das die mechanische Leistung erbringt. Alle Maßnahmen, die den Strom reduzieren
    PWM würde dir insofern weiterhelfen da du damit den Durchschnittstrom verringerst.
    reduzieren auch die mechanische Leistung. Wenn du also den Strom (die mechanische Leistung) brauchst, der bei 7V fließt, kannst du ihn nicht verringern.

    Dein Problem ist aber nicht der Strom. Würde er den Motor kaputt machen, wäre er sofort nach dem Einschalten hinüber (wie soetwas bei Halbleitern vorkommt). Dein Problem ist die Temperatur. Das ist das generelle Problem von Spulen, da heizen sich die Windungen gegenseitig auf. Deine Beschreibung
    Widerstand bei funktionierendem Motor 4,x Ohm, bei dem defekten 0,8Ohm
    deutet darauf hin, daß die Lackisolierung geschmolzen ist und dabei ein Windungsschluß entstanden ist. Dazu müssen aber Temperaturen (in der Wicklung) von über 130° oder je nach Lack auch mehr Grad erreicht worden sein. Bei diesen Werten wird die Umgebungstemperatur kaum eine Rolle spielen.

    Die sauberste Lösung ist eine Temperaturmessung. Wenn der Sensor nicht gut plazierbar ist, muß man den Grenzwert niedriger ansetzen.
    Eine elegante Lösung wäre, die Wicklung als temperaturabhängigen Widerstand aufzufassen und damit die Temperatur zu bestimmen. Das ist aber nicht so einfach, da einem bei laufendem Motor die Gegen-EMK ins Bier spuckt.
    Man kann kann auch die Erwärmung abschätzen, indem man den Strom über die Zeit aufsummiert. Dabei muß man aber auch die Abkühlungsphasen berücksichtigen.
    Am einfachsten ist, die Anzeit des Motors zu begrenzen und danach eine Abkühlungszeit zu erzwingen. Die Hersteller von Motoren machen das dann so: sie schreiben Betriebsspannung 7V bei x% ED innerhalb von y Minuten ins Datenblatt. So kriegt man natürlich nicht alles aus dem Motor, was er könnte.

    MfG Klebwax

    Gerade noch gesehen:
    Mich würde halt interessieren, welcher Dauerlast der Motor bei erneutem Verklemmen der Mechanik standhält.
    Kann man nur austesten. Hängt von der Kühlung, dem Einbau und mehr ab. Tauch ihn in flüssigen Stickstoff und er schert seine Achse ab bevor die Wicklung schmilzt.
    Strom fließt auch durch krumme Drähte !

  7. #7
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    Hallo,

    Also, bei Überlastung, wie du schon getestet hast, brennt ein Motor durch. Die Wicklung wird zu heiss und die Isolation schmort durch.

    Nun gibt's eine maximale Leistung, welche der Motor dauernd abgeben kann ohne defekt zu gehen. Das Problem liegt nur daran, dass nicht mehr Wärme im Motor produziert wird, als abgeführt werden kann.

    Nun bestehen die meisten Motoren neben der Wicklung, auch noch aus einer menge Eisen.
    Im ersten Moment kühlt das Eisen die Wicklung.
    Dadurch kann man einen Elektromotor Kurzzeitig überlasten.

    Wie viel und wie lange hängt von der Motorenkonstruktion ab, bzw. wie schnell sich das Ding aufheizt.

    Bei vielen Küchen-Mixern sind überlastete Motoren eingebaut, weshalb da irgend wo z.B. "KB 3 Minuten" drauf steht. Nach 3 Minuten wird der Motor zu heiss und man muss ihn erst abkühlen lassen, bevor man weiter machen kann.

    MfG Peter(TOO)
    Manchmal frage ich mich, wieso meine Generation Geräte ohne Simulation entwickeln konnte?

  8. #8
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    Hallo!

    @ Cysign

    Für mich am einfachsten wäre sowas änliches, wie im Beispiel: http://www.ebay.de/itm/THERMOSCHALTE...item4ac2d0a8f4 . Das würde ich isoliert an der heißester Stelle des Motors befestigen.
    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!

  9. #9
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    Ich würd mal sagen: einfache Strommessung über Shunt-Widerstand (zb. 0,5 Ohm oder so) und wenn der Strom zu hoch wird per PWM die Motorspannung absenken. Das wäre dann eine einfache Stromregelung, um den maximalen Strom zu begrenzen. So könnte man den Motor auch mit noch höheren Spannungen betreiben. Vorteil wäre ein schön schneller Motor, der bei Blockieren nicht sofort durchbrennt. Mittels der Strommessung ließe sich sogar ein Blockieren detektieren und die Maschine könnte in eine Art Störmodus gehen. Du sagst, der Motor ist für 3V zugelassen? Dann müsste der Strom so etwa bei 3V/4Ohm=0,75A liegen, oder halt niedriger bei höherem Widerstand. Kann sein, dass du die Spannung vom Shunt noch verstärken musst oder am Controller eine geeignete niedrige Referenzspannung verwendest (0,75A*0,5Ohm wären dann ja nur 0,375V). Mit einer Referenzsspannung von 0,5V könntest du dann Messtechnisch den Bereich bis 1A gut abdecken.
    AI - Artificial Idiocy

  10. #10
    Erfahrener Benutzer Roboter Genie
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    Zitat Zitat von Geistesblitz Beitrag anzeigen
    Ich würd mal sagen: einfache Strommessung über Shunt-Widerstand (zb. 0,5 Ohm oder so) und wenn der Strom zu hoch wird per PWM die Motorspannung absenken. Das wäre dann eine einfache Stromregelung, um den maximalen Strom zu begrenzen.
    Das hilft Cysign aber nicht weiter. Er muß ihn mit höherer Spannung, also mit mehr Strom als bei 3V fließen, betreiben.
    Eine Reduzierung der Spannung ist nicht machbar, da er dann für den gewünschten Anwendungsbereich zu schwach ist.
    Es darf nur nicht zu lange sein, sonst überhitzt er wie
    Bei vielen Küchen-Mixern sind überlastete Motoren eingebaut, weshalb da irgend wo z.B. "KB 3 Minuten" drauf steht. Nach 3 Minuten wird der Motor zu heiss und man muss ihn erst abkühlen lassen, bevor man weiter machen kann.
    Was man rausbekommen muß ist, wie lange hier die "3 Minuten" sind, oder wie heiß er wirklich ist.

    MfG Klebwax
    Strom fließt auch durch krumme Drähte !

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