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 Anhang 18589 8kHz Anhang 18590 16kHz Anhang 18591 32kHz Anhang 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

Hallo!

Zitat:

Zitat von Searcher

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

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. :D

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.

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

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.

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;)

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

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. :wink:

*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:wink:

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 :confused:

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

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.

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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 Anhang 18619 belasteter Motor Anhang 18620 100nF parallel zur Diode Anhang 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

Hallo!

Zitat:

Zitat von Searcher

Ich würde mich diesmal für 4kHz entscheiden.

Passt schon. Ich warte geduldig auf nächste Entscheidung nach folgenden Messungen. :D

@PICture: Beim Aufräumen des letzten Beitrags und Anschauen der Ergebnisse, tendiere ich ohne neue Messungen jetzt schon zu 8kHz.:) , da mir die Mittelwerte und RMS Werte günstiger erscheinen.

Durch die geringen Unterschiede kann das natürlich durch Messfehler eine Fehlentscheidung mit unübersichtlichen Folgen sein; geht ja aber erstmal nur um theoretische Entscheidung.

Gruß
Searcher

Hallo!

Zitat:

Zitat von Searcher

...; geht ja aber erstmal nur um theoretische Entscheidung.

Das habe ich bisher nur bei erster Vision vor jeder praktischer Bastlerei erfolgreich versucht. ;)

Ich habe leider immer zu praktischen Lösungen tendiert und kann ich bei überflüssiger Theorie, obwohl ich will, leider nicht weiterhelfen. :(

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Schöne Übersicht, ich habe die Werte mal zusammengestellt.

Über dem Strom sind links die absoluten Verluste und rechts die auf die DC Leistung bezogenen relativen Verluste aufgetragen.

Das Diagramm für 16kHz und Leerlauf fehlt im Datensatz.

Die Ergänzung von 21.4.2011 15:05 wurde eingebracht. Die Abweichung von in der Kurve 16kHz ist im Posting 15:05 erläutert.

Hallo!

@ Manf

Danke als Schüller. :D

Ich finde solche interresante Zusammenfassungen sehr hilfreich und wenn ich vielleich mal so weit wäre, das ich in meinen Robis PWM für Regulation von Drehzahl der Motoren brauchen würde, wäre es für mich ein schönes Tutorial.

Ich habe bisher immer pararell ein Schüller und ein Lehrer in jedem Team in dem ich gearbeitet habe und das bleibt so. Das macht mir den grössten Spass als Anfänger in der Mechanik zu basteln.

Wenn es um Menge des Wissens geht, ist unser Forum für mich das grösste Team aller Zeiten und dafür noch ohne Stress. :D

Vielen Dank für die Arbeit, Manf, mehr als ich erwartet hatte! Entschuldige das fehlende Diagramm. Da ist mir beim Umformatieren/Umbenennen der Dateien ein Fehler unterlaufen :(. Messung war da und die ZIP Datei im Beitrag ist nun upgedatet. (Hoffentlich ohne neue Fehler)

Habe den Chart noch nicht angesehen und bin gespannt welche Schlüsse man daraus ziehen kann.

Gruß
Searcher

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Die EXCEL Datei find ich toll und denke meine Wahl für die PWM Frequenz steht fest. 8kHz paßt auch prima in mein gegenwärtiges Programm. (Mit dem EXCEL-Datei bin ich jedoch nicht vor weiteren Messungen geschützt)

Hab auch gleich den Ausreißer bei 16kHz nachgemessen. Der Motor aus der Meßserie war schon umgebaut und hing am zweiten Getriebe. Trotzdem fügt sich diese Messung (F_16_kHz_75_2.png - Freilaufend am Getriebe, 16kHz mit 75% PWM, 2. Messung) zusammen mit dem nachgelieferten in der ZIP Datei gut in das Bild.
Anhang 18637

Vielen Dank nochmal
Gruß
Searcher