[erledigt]15KW 400 Volt Gleichstrom Motor mit Mosfet regeln?

Hallo,

ich habe auf Arbeit eine alte Drehmaschine mit 15 KW Motor und glaube 400 Volt (bin ich mir aber ganz sicher wegen der Spannung).

Da langsam die Elektronik der Drehmaschine den Geist aufgibt habe ich mir überlegt ob es nicht möglich ist eine Schaltung zu bauen um die alte zu ersetzen.

Meine Idee war einen µC Controller zu nehmen (Atmega 8 etc.) mit PWM Ausgang und einen Power Mosfet damit am Gate zu beschalten und über Source und Drain die Leistung das Motors zu fahren.

Wäre soetwas möglich oder gibt es da viel bessere Schaltungsvarianten oder Bausteine ?

Ich habe nun schon viele Datenblätte von Mosfets durchgesehen aber das höhste was die Mosfets ausgehalten haben war bis jetzt immer nur 100 Volt. Bei der Auswahl geeigenter Mosfets und Kühlung denke ich mal brauche ich auf jeden Fall ein paar Tips.


Bin auf euere Vorschläge gespannt und lasse mich auch eines besseren Belehren ;-)

Vielen Dank für eure Hilfe

Gruß
Steffen

Die einfache regelung per PWM geht eigentlich nur bei Motoren mit Kohlenbürsten und Permanentmagenten. Bei der Größe wird man aber eher Motoren mit seperater Winklung außen oder Drehstrommotoren finden.
Drehstrommotoren werden über Frequenzumrichter geregelt, die man besser als fertiges Gerät kauft.

Ein Regler dieser Größe ist ohnehin nicht das richtige Bastelprojekt für den Anfang. Schon die EMV Probleme und Netzrückwirkungen werden einen Profi verlangen.

es ist definitv ein Gleichstrommotor und es wäre auch wirklich zu schön wenn ich einen Frequenzumrichter da rannbekommen würde weil den habe ich sogar noch da.

Da der Motor aber nix mit Drehstrom am Hut hat und ich nun schon eine ganze weile mit N-Kanal Mosfets experimentiere bin ich eben auf die Idee gekommen den Motor vieleicht über ein PWM gesteuerten Mosfet zu regeln.

Bis jetzt habe ich hier eine Schaltung die mir eine Glühbirne mit 20 Watt dimmt wobei diese nur 12 Volt hat, wenn man diese auf einen Gleichstrommotor übersetzt meinst du nicht das es irgendwie geht ?


Jetzt habe ich einen 70 Ampere und 500 Volt Mosfet gefunden http://www.st.com/stonline/products/.../ste70nm50.pdf
der sieht von den technischen Daten gar nicht so schlecht aus.

Die Bauteile die du suchst heißen IGBT.

Ich denke schon, dass dein Motor mit 15kW ein Drehstrommotor ist. Woher bekommt der Motor denn im Moment seinen Strom? Der wird doch mit Sicherheit nicht gleichgerichtet.

Ebay Artikel Nr 140231444429 zur Zeit 100 Euro 5 Stück

so was zB IGBT 1200V 500A

Gruß Lacky

es ist ne wirklich alte maschine (bestimmt schon 30 Jahre alt) von den Russen und die ganze Ansteuerung kommt von großen analogkarten mit Millionen Kondensator und Transistoren.

Die Karten dürften wohl alle im Arsch sein da die dort verbauten Kondensatoren wohl bei weiten nicht mehr die Kapazität haben dürften die Sie vor fast 30 Jahren hatten.

Wenn ich mir das Wiki anschaue mit dem Gleichstrom Motor http://de.wikipedia.org/wiki/Gleichstrommotor . Dann sieht mein Motor auch so ähnlich aus. Die Kohlebürste und den Kommutator habe ich jedenfalls schon gesehen wo ich die Motorabdeckung kurz abgeschraubt hatte.

Ich wollte es mir ja auch schon einfach machen und einfach irgendeine Art Umrichter kaufen nur niemand bietet sowas an. Mit Frequenzumrichtern wird man zugeballert da gibt es hunderte von Modellen, für diesen Motor aber nutzlos leider.

Danke für den Tip mit Insulated Gate Bipolar Transistor kenne ich mich noch gar nicht aus aber laut dem Wiki sehr vielversprechend.
http://de.wikipedia.org/wiki/IGBT

So viel wie ich weiss sind Motoren dieser Gößenornung immer Wechselstrommotoren. Wie avion bereits erwähnt hatte brauchst du
dazu IGBT´s. Für Frequenzumrichter gibt es dafür extra Power Module
z.B von Semikron.
Aber die Ansteuerung eines Motors ist eine sehr komplexe angelegenheit!
Und das geht nur mit einem Umrichter.

ich bin mir zu 99% sicher das es wirklich ein Gleichstrommotor ist, auch wenn heute niemand mehr sowas bauen würde die Russen haben es vor fast 30 Jahren wohl für sinnvoll gehalten.

Mhh die IGBT werden hier wieder nur in der Wechselstromtechnik eingesetzt das macht mich irgendwie unsicher in Bezug auf meine Gleichstromproblem.


@lacky
was ist das denn für eine Produkt / Artikelnummer 140231444429 ?
Hast du einen Direkt Link für mich zum Artikel ?


Gruß
Steffen

Hallo Steffen44

habs oben noch mal editiert ist von Ebay die Artikel Nr 140231444429

DC Servos sind bei älteren Fräsmaschinen und Drehbänken waren früher üblich
50 KW keine Seltenheit

Gruß Lacky

Ganz ehrlich: wenn das Zeug 30 Jahre gehalten hat und immer noch +/- den Anforderungen entspricht, dann sieh zu, dass Du die Schaltpläne der Elektronik abnimmst, bevor irgendwas abbrennt und dann wird
1. repariert und
2. bei Bedarf automatisiert, indem Dein ATmega o.ä. extern die Sollgröße(n) für die analoge Regelung vorgibt.
Erstens möchtest Du so eine Strecke mit zig variablen Parametern (-> verschiedene Lastbedingungen) nicht parametrieren und zweitens würde ich meinen ersten selbst programmierten PI(D)-Regler weder 15kW Leistung steuern lassen noch etliche kg*m^2 auf die bedienenden Menschen loslassen.
Die bisherige Steuerung wird ja sehr wahrscheinlich mit Thyristoren arbeiten, das könnte man nach erfolgter Schaltungsanalyse auf IGBTs umstellen, aber die Notwendigkeit sehe ich nicht wirklich. Ersatzthyristoren gibt es mit Sicherheit.
Und wenn die Maschine weiter laufen soll und keiner willens oder in der Lage ist, die Schaltung abzunehmen und zu analysieren, dann holt euch jemanden dafür. So ein Maschinchen dürfte nach wie vor einen gewissen Wert haben.

Hallo!

Es stimmt das man heutzutag nur Drehstrommotoren in Werkzeugmaschinen verwenden würde. Aber vor 30 Jahren waren die Umrichter noch nicht in der Lage die Servomotoren (=Synchronmotor) richtig anzusteuern.
Frequenzumrichter mit Asynchronmotor kommen für die hochgenauen Antriebe auch nicht in Frage.
Gleichstrommotoren sind wesentlich einfacher anzusteuern, da die Drehmomentenkennlinie bei DC-Motoren schon die ist die sich die Hersteller von Werkzeugmaschinen wünschen.

DC-Umrichter gibts von Siemens z.B unter dem Namen SIMOREG.
Wer sonst noch DC-Umrichter herstellt ist mir auch nicht bekannt.


Euro

Danke Lacky,

glaube jetzt kommen wir der Sache näher nur schade das die Teile schon fast 100€ kosten. Das übersteigt mein Büdget um einfach mal drauf loszuexperimentieren.

Ich habe noch einen 15KW Drehstromumrichter da vieleicht lohnt da ja mal ein Blick reinzuwerfen da die IGBT anscheind für AC und DC geeignet sind könnte man doch sicher irgendwo sowas ausschlachten.

Lassen sich diese Teile eigentlich parallel Schalten ? Das würde evtl. das Problem mit der Kühlung reduzieren.

Gruß
Steffen


Edit .: hui soviele Postings schon ...

@shaun
an das Problem mit dem Lastwechsel habe ich erstmal gar nicht groß nachgedacht aber einen Regler zu Programmieren würde sicher irgendwie hinbekommen vor allem da die Maschine ein eigenes Tachosignal rausgibt ist es sicher nicht schwer dieses auszuwerten.

Die alten Steuerkarten zu reparieren und die Schaltung abzunehmen halte ich bei der alten Maschine für sinnlos. Den Aufwand kann man heute gar nicht bezahlen der dafür nötig wäre.

@ Euro
Danke für den Tip ich werde mal bei Siemens schauen ^^

Hallo Steffen
würde die Finger davon was lassen da doch einiges an Entwicklung und Erfahrung gebraucht wird

IGBT mit der Spannungsfestigkeit haben 3-4V UCE satt
die Verlustleistung im Schaltbetrieb noch oben drauf
das werden es schnell 1-2 KW Verlustleistung und
mehr bei einfachen/schlechten Aufbau

wie siehts den aus den Motor zu wechsel

Gruß Lacky

das klingt natürlich übel 1-2 KW Verlußtleistung ^^

naja mal sehen was diese Siemens Simoreg kosten werden, wenn´s alles nix hilft nehm ich auch 1-2 KW Verlußtleistung in kauf.

Die alte Ansteuerung von den Russen war sicher auch nicht viel effektiver.

Für ein wenig basteln und was dabei zu lernen da bin ich immer zu haben und da sich bei der alten Maschine wahrscheinlich nur noch basteln und irgendwie zusammenflicken rentiert wird es wohl auch fast darauf hin hinauslaufen.

Wenn der Siemens Umrichter nicht zu bezahlen ist, werde ich mir erstmal ne kleine Schaltung aufbauen und nen 1 KW Gleichstrommotor etc. irgendwoher besorgen das meißte stellt man sich viel zu schwierig vor.


Da bedanke ich mich recht herzlich bei allen für eure Hilfe mit den aufgezeigten Optionen werde ich mich erstmal intensiv beschäftigen und wieder berichten falls es erfolge gibt ;-)

Gruß
Steffen

Hallo Steffen
dann mal viel Spaß

hab auch so ein Paar kleine DC Servos der hat 190 V 100A Spitzenstrom
https://www.roboternetz.de/phpBB2/al...hp?pic_id=2113

hier mal mit 24 V
https://www.roboternetz.de/phpBB2/al...hp?pic_id=2112

Hallo Steffen!
Gleichstrommotoren in dieser Größenordnung steuert man in der Industrie nicht mit Transistoren, sonder es wird ein gesteuerter Netzgleichrichter mit Thyristoren in der B2CSchaltung(Wechselstrom) oder B6C-Schaltung(Drehstrom) verwendet. Das machen auch die professionellen Stromrichter so, z.B. auch der schon erwähnte SIMOREG von Siemens.
Der Steuerwinkel der Gleichrichter bestimmt babei die mittlere Spannung, die am Motor ankommt.
Gruß, Claus

Sach ich doch :)
Mir wird immer noch ganz anders, wenn ich lesen muss, wie da eine vermeintlich gute, solide Maschine zerfleddert wird, in der Meinung, man könne mit einer Bastelschaltung aus einem AVR und ein paar IGBTs von ibäh den Kram von den "ollen Russen" allemal besser machen.

Zitat:

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Mir wird immer noch ganz anders, wenn ich lesen muss, wie da eine vermeintlich gute, solide Maschine zerfleddert wird, in der Meinung, man könne mit einer Bastelschaltung aus einem AVR und ein paar IGBTs von ibäh den Kram von den "ollen Russen" allemal besser machen.

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besser machen wäre schön mir geht es hauptsächlich darum das teil überhaupt zum laufen zu bekommen und das möglichst kostengünstig.

Das Problem ist ganz einfach shaun entweder ich nehme mir die Zeit Lösungen zu suchen die auf einer selbstkonstruierten Basis funktioniert weil Zeit ist ja heutzutage nichts mehr wert eine Postfrau verdient nunmal mehr als wie ein Elektriker/Elektroniker. Oder man kauft das Zeug von Firmen wie Siemens die absolut keine Ahnung von Ihrem Zeug haben weil Sie einfach alles nur aufgekauft haben und niemand haben der Schimmer davon hat.

Das sind 2 Alternativen die beide nicht viel bieten oder wie siehst du das ?

Lacky deine Schaltungen sehen jedenfalls gar nicht so schlecht aus.

Aber wie gesagt ich werde mir erstmal die Preise der Simoreg Geräte einholen. Die Vorschläge mit er Phasenanschnittsteuerung sind sicherlich das richtige aber da hört dann mein Experimentiereifer auch auf da mir mir die technische Ausrüstung dazu fehlt.

Gruß
Steffen

Wenn Dir das Equipment für eine Phasenanschnittsteuerung fehlt, bist Du mit einer PWM kaum besser beraten. Die dritte Möglichkeit, nämlich die erprobte Technik zu erhalten, hast Du wieder mal unterschlagen.
Was sträubst Du Dich bloß so dagegen, das, was funktioniert hat, zu verstehen? Eine eigene Schaltung entwickeln ist nie einfacher, es sei denn, Du könntest mit modernen Bauelementen sehr viel einfacher arbeiten. Das ist in der Leistungsklasse aber kaum der Fall, und der Aufwand, der damals getrieben wurde, hatte sicher seine Berechtigung.
Wenn Du den Kram analysieren würdest und die Funktion jeder Teilschaltung erschlossen hättest, könntest Du Dich fragen: würde mein Selbstbau das auch erfüllen?
Vermutlich nicht. Zwischen lauffähig und betriebssicher liegen Welten, und in diesem Fall ist die Sicherheit sicher nicht unerheblich.

stimmt das habe ich auch bewußt unterschlagen weil die Platinen in der Maschine in 3 Ebenen mit jewals 1m² größe verbaut sind. Das ist mir einfach zuviel dieses Zeug zu verstehen. Wir hatten nun schon einige Firmen da die sich das angeschaut haben aber bis jetzt haben alle nur mit den Schultern gezuckt. Es würde wohl Wochen dauern bis man diese Schaltung versteht und reparieren kann. Es geht schon damit los Datenblätter für fast 30 Jahre alte Transitoren und dioden zu finden und was da sonnst noch alles verbaut ist das halte ich schon für extrem schwierig.

Im Vergleich zu den heutigen Möglichkeiten mit PWM oder Phasenanschnittsterung ist der Aufwand diesen Motor zu betreiben im Verhältniss zu dieser alten Schaltung wahrscheinlich um 80% gesunken.

Gruß
Steffen

PS.: Die Sicherheit hat natürlich oberste Priorität das ist selbstverständlich aber das selbe Problem hätte ich dann auch nur mit dem Siemens Simoreg wer sagt das das Teil wenn ich es einsetzen würde alle Funktionen zur Sicherheit erfüllt da bleibt sicherlich ein Restrisiko was durch Testphasen ausgeschlossen werden müßte.

Was hattet ihr denn für Firmen da? Radio-Fernseh-Fritzen, deren Horizont beim letzten Grundig aufhört, oder etwa Automatisierungstechniker, die nur "ihre" SPSen verstehen (wollen/dürfen)?

Die Elektronik liesse sich sicher volumenmäßig sehr viel kleiner auf- bzw nachbauen, aber bei den analogen Regelschaltungen hat sich der Hersteller seinerzeit sicher einige Gedanken gemacht, und die sollte man nicht über Bord werfen.

Die Datenblätter sind nicht so schwer zu beschaffen, und da es sich um Grundschaltungen handelt, immer und überall, reicht es, bis auf diese herunter zu analysieren, wenn Nachbau das Ziel ist.

zum Beispiel Mansch und Mansch Hydraulik die verstehen schon so einiges von Ihrem Handwerk aber was soll der auch groß machen um das Teil reparieren zu können müßte man die gesamte Elektronik ausbauen und damit würde die Maschine ganz ausfallen. Mit etwas Glück dreht man 10-15 mal am Tag den Haupschalter und der Fehler in der Elektronik läßt sich so nochmal quitieren das beste wäre die Maschine geht endlich ganz kaput da kann man dann wirklich alles ausbauen und nachsehen.

Hallo Steffen,
ich gebe jetzt mal das übliche Sicherheitsgesülze ab:
50kW bekommt man nicht aus der normalen Steckdose, da ist bei 3kW Schluss. Dafür braucht man Drehstrom und möglichst 400V. Wenn es ein Gleichstrommotor ist, dann muss man die gleichrichten UND puffern. PFC wäre auch ganz nett. Da möchte ich nicht mit der Armbanduhr an die beiden Pole kommen. Da steckt soviel Power drin, dass dir im Kurzschlussfall massive Kupferbänder verbogen werden. Jeder Fehler ist tödlich.

Zweitens musst du das ganze Ding auch irgendwie regeln. Und das zuverlässig. Wenn du 50kW in einen leerlaufenden Motor reinpumpst dann kommt der auf hohe Umdrehungszahlen. Wahrscheinlich so hoch, dass die Fliehkräfte den Motor auseinander reißen und die etliche 100km/h schnellen Splitter fliegen dann durch die Halle. Das natürlich alles nur wegen einem falschen Semikolon nach einer if Abfrage :)

Drittens ist das eher etwas für einen Fachmann. Wenn du noch nie etwas von IGBTs gehört hast ist das zu hoch für dich. Denk dran, 50kW. Flüssiges Kupfer und explodierende Transistoren :)

So genug gesülzt.
Was shaun meinte, ist doch garnicht so verkehrt. Du hast eine Ansteuerung von der du weißt, dass sie schonmal funktioniert hat. Lass einen Fachmann kommen. Oder bau das ganze auseinander und ordentlich zusammen, dabei kannst du auch die Bugs und toten Mäuse entfernen. Alle Bauteile die einen braunen Ring auf der Platine hinterlassen haben kannst du austauschen, Kondensatoren ebenfalls. Dafür musst du nicht verstehen, wie die Regelung funktioniert.

@steffen: vielleicht sollte man den (eher un-)Verantwortlichen mal kommunizieren, das sie durch den geschilderten Betrieb u.U. nicht nur wirtschaftlichen Selbstmord fahren.

@avion: das will ich hoffen, dass das gar nicht so verkehrt ist. Mit dem Geschäftsmodell ist ein Preis zu gewinnen beabsichtigt ;)
Einfach blind Teile tauschen halte ich (nicht nur aus geschäftlichen Gründen ;) ) für gewagt. Wenn man die Funktion nicht versteht, baut man schnell mal ein ungeeignetes Teil ein, kann zumindest aber nicht Ersatztypen nach den entscheidenden Parametern auswählen.

ich habe nur "15 Kw" und keine 50 Kw.

Aber mit dem Austauschen hast du eigentlich recht wo ich das Problem sehe ist wohl eher nach der langen Zeit noch zu erkennen was ich da austausche die meißten Beschriftungen von Transistoren etc. dürften wohl nicht mehr zu lesen sein.

Vielen Dank nochmal an alle für eure Hilfe. Wie schon anfangs beschrieben lasse ich mich gerne eines besseren belehren und werde das selber rumbasteln wohl nur als aller aller letzte Alternative nehmen.

Gruß
Steffen

Hallo,

dein Motor ist prädestiniert für den UHU.
Der UHU ist ein DC Servocontroller mit Takt-Richtungs-Eingang wie eine Schrittmotorendstufe. Der Motor wird per PWM angesteuert und der Regler dreht ihn immer auf entsprechende Sollposition.

Zur Inbetriebnahme klemmst du noch einen Drehgeber an die Motorwelle.
Die Leistung ist für eine Drehmaschine aber schon wirklich ordentlich ;). Bei meiner Großen ist ein 11 kW Dreströmer drin.

Ich hab schon 3 UHUs am Laufen, nur End-Mosfets durch fähige IGBTs ersetzen und du hast eine vollwertige C-Achse an deiner Drehmaschine.

Gruß Alois

Ob das der Uli auch so sieht? Einerseits sicher spannend, mal zu sehen, wie weit man seinen Nachtvogel ausreizen kann, aber ich könnte mir nach wie vor vorstellen, dass auf den riesigen Russenplatinen etwas mehr als bloß ein starrer PID-Regler realisiert ist.

Hallo Shaun
Uli kenn die Bilder
ist ein Standart UHU normal mit IRFP 260 bestückt (200V 50A)
hier bestückt für ca 40 V mit IRFP2907 (75V 207/840A)

Leiterbahnen sind mit Flachkupfer verstärkt
https://www.roboternetz.de/phpBB2/al...hp?pic_id=2115

Hallo Alois
das freut mit das du auch uhus einsetzt
nur so einfach gegen IGBT austauschen geht nicht ,
versuchsweise hatten wir mal BSM300 ?????1200 ( 300 A 1200V)
Igbt Power Module Half-bridge an ca 350V DC versucht

naja so perfekt lief es auch nicht auf Dauer nach ein paar Tagen :cry:
UHU ,Platine div Bausteine 4013 /232/ir2184,Encoder PC-Schnittstelle def

wenn müste man auch eine optische Trennung Endstufe/Regelung einbauen
da gibt aber auch Platinen Varianten für höhere Spannungen mit Fets

Ich werde mal versuchsweise nur die Endstufe mit PWM anzusteuern.
ca 20 kHz
http://www.cpemma.co.uk/555pwm.html
muss ja nicht immer Takt und Richtung sein
50% =0
5-50% rechts
50-95% links
leider ist der 0 Punkt so nicht gedehnt mal sehen obs klappt

Gruß Lacky

der UHU Baustein scheint ja nicht schlecht zu sein nur bin ich mir nicht sicher wie ich diesen in die Steuerung integrieren sollte ? Ich habe ein Drehzahlmesser am Motor der mir je nach Drehzahl maximal 30 Volt ausgibt und dann braucht man ja mindestens noch ein Poti um die Drehzahl des Motors zu regeln ist das da alles schon im UHU integriert ?

Und was macht man wenn man den Regler beeinflußen muß ?
Mit was Programmiert man diesen Chip und steht das Sourche File zur Verfügung?

Gruß
Steffen

Hallo Steffen
der Uhu ist ein Servoregler für Takt und Richtung auf einen Tiny 2313
hier gibts genügend Information für den Chip , Platinenlayouts ,Bestückung usw http://www.uhu-servo.de/
die Source File wird es nicht geben nur fertige Chips


bei ca 1 KW Dauerleistung da ist auch schnell Schluss


eine Fertiglösung für deine Sache ist das mit Sicherheit nicht
Bei CNC Drehbänken wird doch einiges mehr gebraucht bei
Gewindeschneiden Drehzahlanpassung Bremsen usw

bei deiner vorhandenen Steuerung was soll def werden ??

Elkos ?? ....Tauschen

oder Motor gegen Drehströmer mit FU Tauschen

Gruß Lacky

Sourcecode gibt er nicht raus, kann ich auch verstehen. Er hatte die Arbeit und der Rest der "Community" posed mit nem geilen Regler rum, und übermorgen gibt's den dann bei eBay. Ich habe mir seinerzeit drei Stück für eine Papiervorschubsteuerung kommen lassen, Testboard ist auch schon lange fertig, aber die liebe Zeit...

@steffen: der UHU ist ein parametrierbarer PID-Regler mit einigen Leckerlis, aber wie schon gesagt, in Deiner Maschine wird etwas mehr Aufwand betrieben worden sein. Ausserdem ist letzten Endes nicht der Regler das Problem - wenn es wirklich nur ein PID wäre, könntest Du den mit einem OPV, drei Widerständen und zwei Kondensatoren nachbauen. Die Auswertung der Sensorsignale und vor allem die Ansteuerung der Endstufe und diese selbst sind unvergleichbar höhere Herausforderungen!!!

jop verstehe schon das er mit dem UHU arbeit gehabt hat und das er diese zum Selbstkostenpreis verschickt ist mehr als fair. Da ein dickes Lob und riesen Respekt an ihn ;-)

Das "einfachste" wäre wirklich den Motor zu wechseln (obowohl man ne neue Kupplung bauen müßte) und einen FU drannzubauen immerhin hat man im FU genug Regler, Analogeingänge,Digitaleingänge etc. und kann evtl. sogar die Gegenstrombremse vernümpftig mit realisieren.

Naja unser Ingeneur ist in Urlaub gegangen leider ... da muß ich die Woche mal selber die Siemens Kataloge wegen dem Simoreg wälzen, bin nur zu gespannt was das Teil wieder kosten soll.

Gruß
Steffen