DC-Motor an Wechselstrom-Halbwellen?

Hallo!

Kann man einen DC-Motor an eine Wechselspannungsquelle anschließen und mit zwei entgegengesetzt (parallel) angeschlossenen Transistoren den Motor in verschiedene Drehrichtungen schalten? Eigentlich müsste ja der eine Transistor die obere Halbwelle durchlassen, der andere die untere. Somit müsste, je nachdem welcher Transistor geschaltet ist, die Drehung in die eine oder andere Richtung sein und der Motor quasi mit 50% PWM laufen.
Eine Freilaufdiode kann man dann natürlich nicht mehr einbauen (es müssten ja zwei sein - entgegengesetzt gepolt, das wäre Unsinn). Stattdessen müsste man sich mit einem Widerstand parallel zur Motorwicklung behelfen, der beim Zusammenbruch des Spulenfeldes den Strom durchlässt. Bei laufendem Motorbetrieb würde über den Widerstand natürlich Energie verloren gehen. Für meine Anwendung wäre das aber nicht tragisch.

Kann man sowas machen oder bin ich völlig auf dem Holzweg?
Wie kann man die geeignete Größe des Widerstandes berechnen oder abschätzen? Es ginge um kleine Motoren mit 3-12 V und Lastströme unter 500 mA.
Sollte man der Motorspannung ggf. noch mit Kondensatoren auf die Sprünge helfen?

Hintergrund ist, dass ich ca. 30 kleinere Motoren ansteuern und dabei den Aufwand für Halbbrücken und Steuerung möglichst gering halten will. Für den obigen Aufbau bräuchte ich nur 8 Schieberegister und je 30 PNP- und NPN-Transitoren als ULN-ICs (statt 30 Halbbrücken und erheblich mehr Ansteuerungsaufwand).

Im Bereich konventioneller Lösungen könnte man sich pro Motor einen DC Motortreiber als Vollbrücke vorstellen.

So eine Brücke als Bauelement mit einem Eingang pro Richtung (Komparatorschwelle bei 1,7V, auch für PWM geeignet), zwei Anschlüssen für den Motor (bis 2A) und zwei für die Versorgung (3,5V bis 17V) wären ideal; einen Eingang vielleicht noch, der optional zum Einstellen der Komparatorschwelle dient.

Was spricht dagegen? Der Preis? wenn es pro Treiber nicht mehr als 0,30€ sein dürften käme der TLE4202B / STS / B57928 in Frage.

Das mit dem Wechselstrom irritiert etwas. Wie wird der denn erzeugt? Da braucht es mind. einen Referenzpotential, als Mittel der Gesamtspannung, die zwischen GND und Plus anliegt. Ich könnte mir vorstellen, dass ein PWM-Signal, aus GND und V+ erzeugt wird und der Motor mit einen Anschluss gegen 1/2 V+ gelegt wird. Das mit den Tansistoren, zum Filtern der jeweiligen Halbwelle, würde ich ausprobieren, habe nur keine da (NPN UND PNP). Bei derartiger Drehrichtungsumkehr muss dann auch das PWM-Signal geändert werden.

MfG

@Gnom67

Zeig doch mal einen Schaltplan. Dann kann man besser darüber diskutieren, was so gehen kann. Muß ja nicht für 30 Motoren sein, einer reicht erstmal.

MfG Klebwax

Zitat:

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Zitat von Manf

Im Bereich konventioneller Lösungen könnte man sich pro Motor einen DC Motortreiber als Vollbrücke vorstellen. ... TLE4202B / STS / B57928 in Frage.

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Der Schaltungsaufwand spricht dagegen. Bevor ich den TLE nehme, würd ich zum guten alten L293 greifen. Für 8 Motoren brauche ich 4 von den Teilen mit je 6 Eingangspins (1A/2A/12EN/3A/4A/34EN). Mindestens 2 Schieberegister für die Ansteuerung der Eingänge.
Mein Ansatz käme mit zwei Schieberegistern und zwei ULNs aus. Ok, macht keinen riesigen Unterschied, aber es ging mir auch mehr um die Machbarkeit an sich.

Zitat:

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Zitat von Moppi

Das mit dem Wechselstrom irritiert etwas. ...

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Eine der entbehrlichen Antworten - aber Hauptsache mal was gepostet, gell?
Wechselspannung von einem hundsgewöhnlichen Trafo. Was denn sonst!

- - - Aktualisiert - - -

So stell ich mir das vor:
Anhang 35035

Zitat:

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Zitat von Gnom67

Eine der entbehrlichen Antworten - aber Hauptsache mal was gepostet, gell?
Wechselspannung von einem hundsgewöhnlichen Trafo. Was denn sonst!

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Tja, in der Tat ist es manchmal so, dass ich auch was schreibe, wenn ich nicht genau den Kern, mit einer genauen Antwort treffe.
Oftmals formuliere ich Gedanken, die andere beim Lesen auch haben (das aber nicht schreiben und nicht schreiben würden und
dann eben gar nichts schreiben), um der Fragestellung auf die Beine zu helfen.
Klar kann ich sagen: verstehe im Ansatz nicht, warum/wozu? - Schreibe ich nichts.
Bloß, ich denke, Fragen sind dazu da, dass man sie in einer Diskussion klärt. Dass Du den Sinn der Antworten nicht verstehst,
gut, tut mir leid. Nervt Dich anscheinend auch gewaltig. Werde mich bei Dir nicht mehr reinhängen. Weil für mich ist das auch
verschenkte Zeit.

Zitat:

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Zitat von Gnom67

So stell ich mir das vor:
Anhang 35035

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Da fehlt fast alles. Wie ist die Versorgung des Digitalteils gelöst bzw. wie ist diese mit der Wechselspannungsquelle verbunden? Wie werden die Transistoren angesteuert? Und wie passt ein ULNxxx da rein?

MfG Klebwax

Zitat:

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Zitat von Klebwax

Da fehlt fast alles. Wie ist die Versorgung des Digitalteils gelöst bzw. wie ist diese mit der Wechselspannungsquelle verbunden? Wie werden die Transistoren angesteuert? Und wie passt ein ULNxxx da rein?

MfG Klebwax

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Wenn ich mal auf meine ursprüngliche Frage verweisen darf: Es geht mir darum, ob man den Motor so anschließen kann und wie groß der Widerstand sein müsste. Der NPN-Transistor in der Zeichnung ist ein Kanal des ULN2803, der PNP ist ein Kanal eines UDN 2981 (PNP-Pendant zum ULN2803). Die anderen jeweils sieben Kanäle sind für die weiteren sieben Motoren.
Der Digitalteil ist hier erst mal uninteressant - es sei denn, du hättest dazu was Konstruktives zu sagen. Aber wenn es dir hilft: Stichwort Brückengleichrichter, Schieberegister, µC.

Mit Brückengleichrichter wird das nichts (außer du hast eine galvanisch getrennte Wicklung).

Statt dem Widerstand würde ich eine Schutzdiode (Supressordiode) mit passender Spannung nehmen. Diese sind im normalen Betrieb hochohmig und bei Überspannung werden diese niederohmig. Die gibt es für verschiedene Spannungen und Leistungen. Ich habe gerade bei einem Projekt (für einen PKW) eine Vishay SMT15T eingeplant (31,4V, 1,5kW, 33A).

Ich würde aber einen Motortreiber verwenden, die Ansteuerung kannst du trotzdem mit einem Schieberegister machen. Einen L293 würde ich aber nicht verwenden sondern auf einen aktuellen Motortreiber setzen.

MfG Hannes

Zitat:

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Zitat von Gnom67

Wenn ich mal auf meine ursprüngliche Frage verweisen darf: Es geht mir darum, ob man den Motor so anschließen kann und wie groß der Widerstand sein müsste. Der NPN-Transistor in der Zeichnung ist ein Kanal des ULN2803, der PNP ist ein Kanal eines UDN 2981 (PNP-Pendant zum ULN2803). Die anderen jeweils sieben Kanäle sind für die weiteren sieben Motoren.
Der Digitalteil ist hier erst mal uninteressant - es sei denn, du hättest dazu was Konstruktives zu sagen. Aber wenn es dir hilft: Stichwort Brückengleichrichter, Schieberegister, µC.

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Ok, ich gehe mal davon aus, daß du das Ganze nicht bis zu Ende gedacht hast. Die digitale Ansteuerung ist da wichtig, nicht die Logik aber die Spannungen an den digitalen Ausgängen bezogen auf die jeweils vorhandenen Spannungsverhältnisse in deinem Wechselspannungskreis. Ist sie in der Lage einen richtig gepolten Strom in die Basen der gerade zu steuernden Transistoren zu schicken? Werden deine digitalen Ausgänge durch den Wechselspannungskreis in einen unerlaubten Spannungsbereich gezogen? Wie verhalten sich die in den ULNxx eingebauten Freilaufdioden wenn die Versorgung negativ wird? Und Stichworte nützen nichts. Wo bildet sich das GND Potential, wenn die Wechselspannung vor dem Gleichrichter abgenommen wird? Gibt es da einen Strompfad, der einfach einen Kurzschluss darstellt?

Also nochmal, zeichne einen brauchbaren Schaltplan. Bevor nicht klar ist, daß deine Schaltung überhaupt funktioniert, ist es müßig, über den Widerstand nachzudenken. Eine Schaltung fängt mit einem Schaltplan an. Ist das konstruktiv genug?

MfG Klebwax

Ich dachte immer, das Forum ist da, damit man auf Fragen Antworten bekommt.
Stattdessen bekommt man von den immer gleichen Leuten die immer gleichen Gegenfragen.
Wenn du keine Antworten hast, dann verzichte doch einfach auf deine Beteiligung an dem Thema.

Wie sieht es mit der Verwendung eines Trafos mit zwei Sekundärwicklungen und damit einer symmetrischen Versorgung aus? Dann wäre ein Motor nahezu wie bei einer Audioschaltung anzusteuern.

(Ob das dann allerdings weniger aufwändig als eine Vollbrücke wäre, wage ich zu bezweifeln)

Zitat:

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Zitat von Gnom67

Eine Freilaufdiode kann man dann natürlich nicht mehr einbauen (es müssten ja zwei sein - entgegengesetzt gepolt, das wäre Unsinn)

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Ich denke, dasselbe gilt auch für die Bipolar-Transistoren. Ich halte die vorgeschlagene Schaltung -zugegebenermaßen rein aus dem Bauch- für verquer gedacht. Es wird schon seinen Grund haben, dass nachweislich funktionale Motoransteuerungen von AC nach DC nicht mit so wenigen Schaltelementen auskommen.

Und im Übrigen finde ich den Ton, den Du, Gnom67, gegen manche hilfsbereite Foristen hier anschlägst, mittlerweile ziemlich unangemessen.

Du findest also meinen Ton unangemessen, wenn ich bemängele, dass die Beiträge nicht auf meine Frage eingehen?
Dazu kann ich nur sagen, dass mir bisher keiner sagen konnte, ob es geht oder warum es nicht geht.
Die "Hilfsbereitschaft" alleine nützt wenig, wenn der Hilfswillige auch nicht mehr von Thema versteht als ich. Das wird nach einem Schaltplan gefragt und dann wird man in die Tonne gekloppt mit "Da fehlt fast alles." und bekommt einen weiteren Satz Fragen. Das ist auch nicht der netteste Ton. Und das bringt mich auch nicht weiter und beantwortet nicht meine Frage.

Auch dein Beitrag bringt keinen Erkenntnisgewinn, denn es nützt mir wenig, wenn du "was denkst" und "aus den Bauch raus" für falsch hältst. Nur als kleine Einschätzung von mir: Wenn ich zwei Dioden parallel entgegengessetzt schalte, kann ich sie auch gleich weglassen. Das ist für Bipolar-Transistoren keinesfalls so einfach zu sagen.

Ausgehend von der Schaltung mit dem Motor und den beiden Transistoren muss man noch dafür sorgen, dass der npn Transistor nicht über die Basis Kollektorstrecke leitet wenn oben am Motor die negative Spannung anliegt, entsprechendes gilt für den pnp Transistor.

Die Ansteuerung der Basen gegenüber dem gemeinsamen Emitterpotential hat für npn mit positivem und für pnp mit negativem Signal zu erfolgen. Wenn man die Ansteuerung mit Potentialtrennung vornehmen kann wie bei einem Relais, dann wäre es recht übersichtlich. Für die Potentialtrennung könnte man Optokoppler einsetzen oder Kondensatoren entsprechend der Ansteuerung von highside Treibern.

Man sollte die Schaltung vor dem Aufbau auf alle Fälle noch mit einer Schaltung mit Halbbrücke gegen Mittenpotential oder einer Vollbrücke pro Motor vergleichen.

Also das mit dem BC-Strom leuchtet ein. Das könnte man mit einer Diode unterbinden.
Auch die Ansteuerung der PNP-Basis mit negativer Spannung ist nachvollziehbar. Dazu bräuchte man neben den Optokopplern zur Trennung auch noch einen Kondensator, um Dauerhaft ein negatives Potenzial zu haben. Das erhöht den Aufwand um einiges.
Wie sieht denn so ne Halbbrücke gegen Mittenpotenzial aus? Meinst du eine Abstufung 12V, 6V, GND... also ägnliches Prinzip aber ohne negative Spannung?

Zitat:

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Meinst du eine Abstufung 12V, 6V, GND ...?

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Ja, man kann die genannten H-Brückentreiber ja auch als zwei getrennte Halbbrücken für je einen Motor betreiben, eben gegen Mittenpotential.

Wie kann man die Mittenspannung mit hinreichender Stromstärke erzeugen?
Mit Batterien oder Akkus wäre es wohl einfach. Zwei Zellen (oder ein Vielfaches davon) und in der Mitte die Spannung abgreifen.
Ich nehme aber an, man kann nicht einfach ein 12 V Netzteil nehmen und einen DC/DC-Wandler auf 6 V dazu klemmen, oder geht das?

Das kommt auf die Lastfälle an, mit zwei Netzteilen die entsprechend potentialfrei sind und zusammengeschaltet werden erreicht man auch eine symmetrische Auslegung. Mehr kann man anhand einer eher grundsätzlichen Aufgabenbeschreibung kaum sagen.

Es geht dabei um ca 30 Mini-Motoren - so kleine 2-3 cm Teile mit Leerlaufströmen zwischen 30 und 70 mA. Nichts sehr anforderndes also. Es ist auch nicht nötig, dass sich alle gleichzeitig drehen.

Rein Theoretisch könnte die Schaltung schon funktionieren.
Allerdings arbeiten Trasistoren auch ( leidlich ) wenn C und E vertauscht sind.
Also müsste schon mal zusätzlich in jeden Kollektor jedes Transistors eine Diode mit rein um das zu verhindern.

Des weiteren würde man den Motor mit 50Hz Halbwellen beaufschlagen.
Bei vielen Motoren führt das zu einer Entmagnetisierung der Motors und somit auf Dauer zu einem Leistungsverlust.

Ich würde vorschlagen eine Wechselspannungsquelle mit Mittelanzapfung zu nehmen.
Die dann per Brückengleichrichter und Elkos gleich zu richten.
Somit erhält man eine symmetrische Spannung zur Mittelanzapfung, die man dann auch mit entsprecheder Elektronik zum Ansteuern der Transistoren verwenden kann.
Zudem hat dann der angeschlossene Motor auch 100% seiner möglichen Leistung.

Die verwendete Wechselspannungsquelle wird aber hierbei auch unsymetrisch belastet - Wenn da ein Trafo verwendet wird muss man gucken, ob der dann irgendwann in die Sättigung geht.

Da der Motor ja in beide Richtungen bestromt werden kann, wird eine simple Freilaufdiode nicht funktionieren.
Man könnte hier eine bidirektionale Supressordiode, oder einen Varistor einsetzen.
Auch eine Kombo von 2 Z-Dioden sollte funktionieren.

Ein weiterer Vorschlag - Der hier bereits genannt wurde - Wäre es die Spannung gleich zu richten und dann für jeden Motor eine H-Brücke vor zu sehen.
Das scheint mir der beste Weg zu sein, auch wenn man dafür viel mehr Bauteile braucht.

Insgesamt meine Ich, du solltest deine bisherige Schaltung überdenken.

Zitat:

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Zitat von wkrug

Des weiteren würde man den Motor mit 50Hz Halbwellen beaufschlagen.
Bei vielen Motoren führt das zu einer Entmagnetisierung der Motors und somit auf Dauer zu einem Leistungsverlust.

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Kann ich leider gar nicht einschätzen. Wieso wird der Permanentmagnet in einem DC-Motor entmagnetisiert? Da kann ich mir gar ncihts drunter vorstellen.

Zitat:

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Zitat von wkrug

Ich würde vorschlagen eine Wechselspannungsquelle mit Mittelanzapfung zu nehmen.
Die dann per Brückengleichrichter und Elkos gleich zu richten.
Somit erhält man eine symmetrische Spannung zur Mittelanzapfung, die man dann auch mit entsprecheder Elektronik zum Ansteuern der Transistoren verwenden kann.
Zudem hat dann der angeschlossene Motor auch 100% seiner möglichen Leistung.

Die verwendete Wechselspannungsquelle wird aber hierbei auch unsymetrisch belastet - Wenn da ein Trafo verwendet wird muss man gucken, ob der dann irgendwann in die Sättigung geht.

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Du meinst einen Trafo, wo man an der Sekundärspule in der Mitte nochmal abgreift. Somit also wieder sowas wie 12V, 6V, GND erzeugt? So ähnlich wie hier, nur dass der untere Anschluss als GND dient.
Anhang 35036

Zitat:

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Du meinst einen Trafo, wo man an der Sekundärspule in der Mitte nochmal abgreift. Somit also wieder sowas wie 12V, 6V, GND erzeugt? So ähnlich wie hier, nur dass der untere Anschluss als GND dient.

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Genau so einen Trafo meinte Ich.
Da kommt dann ein Brückengleichrichter zwischen dem ganz oberen und dem ganz unteren Anschluss rein.
Die Mittelanzapfung wird dann GND.
Genau so wie das üblicherweise bei Audio- Verstärkern gemacht wird.
Damit bekommst Du dann eine positive und eine negative Spannung gegenüber GND.
Zur Glättung kommt dann noch jeweils ein Elko in den positiven bzw. negativen Zweig.
Ein Pol des Motors wird dann auf GND gehängt.
Und je nachdem ob die positive, oder die negative Spannung durchgeschaltet wird läuft der Motor dann vorwärts oder rückwärts.
Nur beide Wege dürfen dann natürlich nicht aktiv sein, sonst gibt's nen Kurzschluß.

Zitat:

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Permanentmagnet in einem DC-Motor entmagnetisiert?

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Ein Magnet, der einem starken elektischen Wechselfeld mit der richtigen Frequenz ausgesetzt wird verliert seine Magnetisierung.
Siehe hier

Das mit der Entmagnetisierung ist auch ein Erfahrungswert.
Die "alten" Drehzahlsteller für den Modellbau arbeiteten in der Anfangszeit mit 50Hz PWM Rechteckimpulsen.
Nach relativ kurzer Zeit hatte dann der Motor keine Leistung mehr.
Nachdem man dann auf "modernere" Steller mit 1..3kHz Taktfrequenz gewechselt hatte trat dieses Phänomen nicht mehr auf!

Noch was: Wenn Dir der Wirkungsgrad egal ist (bei 70mA kann einem das schon mal egal sein), kannst Du auch die oberen Transistoren einer Vollbrücke einfach durch Leistungswiderstände (bei 12V wären das wohl 2W/ca.100Ohm) ersetzen.

Hätte man nicht mehr oder weniger den gleichen Effekt, wenn man einen normalen Trafo verwendet, eine Seite als GND nimmt und die andere Seite per Dioden auf zwei Zweige aufspaltet (obere und untere Halbwelle) und da dann ebenfalls mit Kondensatoren glättet (das war ja so meine erste Idee)? Die beiden "halben" Trafos haben doch eigentlich nur zur Folge, dass man auf jeder Seite sozusagen die fehlenden Halbwellen ergänzt, oder?

Die einfachste Variante mit einer Sekundärwicklung und zwei Dioden hat zwei Nachteile
1. die Lücke im Stromnachschub wegen fehlender Halbwelle erhöht den Brumm/Ripple, wäre bei Motoren zu verkraften, ist auch nur durch sehr viel höhere Kapazität des Ladeelkos zu kompensieren
2. bei unsymmetrischer Belastung der Gleichspannungsseite ergibt sich hier ein Gleichstromanteil in der Sekundärwicklung, der den Eisenkern in die Sättigung treiben kann - ein sehr unguter Betriebszustand für einen spannungswandelnden Transformator

Die Variante mit Mittelanzapfung hat beide Nachteile nicht:
1. die Ergänzung der fehlenden Halbwellen (wie du ja schriebst) und die kleineren Ladeelkos
2. reiner Wechselstrom in der Sekundärwicklung, daher keine Sättigungsgefahr, weil selbst bei unsymmetrischer DC-Belastung beide Halbwellen gleiche Anteile zum DC-Laststrom liefern.

Ah, das erklärt es gut. Falls ich das wirklich mal ausprobiere, werd ich es also so versuchen.
Im Moment tendiere ich dann aber doch mehr zu einer einfacheren Lösung, die nur eine Drehrichtung des Motors ermöglich und also mit einem einfachen Transistor schaltbar ist.
Danke allen Beteiligten - da war viel Erkenntnisreiches dabei.