Getriebemotor wird schwach bei niedriger Drehzahl

[ranke]

Wenn ein Motor an einer Spannungsquelle (Labornetzgerät) mechanisch belastet wird und dadurch die Drehzahl sinkt, steigt der Motorstrom. Das liegt daran, dass die drehzahlproportionale Generatorspannung kleiner wird. Das Drehmoment ist aber proportional zum Motorstrom.
Wenn ein Motor über einen Vorwiderstand betrieben wird, kann der Strom wegen des Vorwiderstands nur begrenzt steigen. Dadurch ergibt sich eine andere Drehzahl/Drehmoment Charakteristik.
Bei idealem PWM-Betrieb sollte der Motor sich so verhalten wie am Labornetzgerät mit einstellbarer Spannung. Leider haben typische Motortreiber (besonders die mit Bipolartransistoren als Schaltglied) auch einen Innenwiderstand, der nicht zu vernachlässigen ist. Dadurch kommt auch eine entsprechende Wirkung, wie wenn ein Vorwiderstand vorgeschaltet wäre.

[klein_kariert]

wow Ihr jungs seid schnell - danke für die Antworten.

@ White-Fox und Geistesplitz, Bezüglich Schaltung und PWM (und PWM glätten)
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Also die Frage ist tatsächlich eine allgemeine Frage und bezieht sich momentan nicht direkt auf ein Projekt.
Ich benutze aber normalerweise je nach Motor eine dieser sehr häufig benutzten Schaltungen (welche im Prinzip auch von vielen "fertigen" Motortreibern benutzt werden):
http://www.rn-wissen.de/index.php/Bild:Hbrueckel298.gif
http://www.mikrocontroller.net/attac...68137/bild.jpg

Ich weiß was PWM ist - ich steuer damit recht oft Motoren und Leds - mit entsprechender Schaltung dazwischen. Nach meinem Kenntnisstand stimmt die Aussage von Geistesblitz nach der ein Glätten des PWM signals nicht unbedingt notwendig ist. (dies machen scheinbar auch die meisten kommerziell verfügbaren Motortreiber nicht).

Dennoch habe ich über einen Low-Pass-Filter testweise mal das PWM "geglättet"
so änlich: http://provideyourown.com/2011/analo...wm-to-voltage/
Ich habe damals auch mit verschiedenen Elkos rumgespielt, da dies die offensichtlichste Lösung zu sein schien.

Fazit: Glätten oder nicht Glätten hat eigentlich nie einen Unterschied gemacht, der Motor wird nur leiser (logisch: liegt an der PWM-Frequenz die standart-mäßig oft im hörbaren Bereich liegt, was auch mechanisch gesehen nicht unbedingt schlecht ist)

bezüglich Spannungsquelle und mechanischer Belastung:
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Also bei meinen Tests bin ich natürlich von gleicher mechanischer Belastung ausgegangen. Sprich ich habe zur Drehzahlregulierung am Labornetzteil die Spannung runter reguliert und beim Motortreiber das PWM geändert bis der Motor beide male die gleiche Drehzahl hatte. Wenn ich dann den Motor mit der Hand versuche festzuhalten fällt dies beim zweiten Fall sehr viel einfacher.
In beiden Fällen ist die Spannungsquelle das Labornetzteil. Nur eben einmal direkt reguliert und einmal mit dem Treiber (der h-brücke) zwischen Netzteil und Motor.

Wichtig scheint zu erwähnen, dass der Motor bei Hoher Drehzahl (oder hohem PWM) in beiden Fällen sehr viel ähnlichere Charakteristiken zeigt im Vergleich zu niedrigen Drehzahlen.

Durch eine Änderung der Frequenz des PWMs ändert sich lediglich die Lautstärke des Motor (vergleichbarer Fall wie beim Glätten, siehe oben) aber leider nicht die Kraft bei niedrigen Drehzahlen.

@ranke: Kennst Du "untypische" Motortreiber die keinen Innenwiderstand haben? Ich finde bei keinen Treibern Angaben zur Verwendung von Bipolartransistoren (ist das die "klassische" H-Brücke mit vier transistoren?)

nach Deiner Aussage muss ich also rausbekommen wie ich den idealen PWM-Betrieb erreiche. Meine jetzige Lösung liegt in der Programmierung (was ich besser kann als Elektronik) in der ich entsprechende Kurven einbaue je nach dem ob der Motor aus dem Stand bewegt werden soll (Beschleunigung von 0 aus) oder abgebremst werden bzw. die Geschwindigkeit halten soll (dann hat er noch "schub" und braucht weniger Strom zum halten der Drehzahl). Ich baue also Peaks ein.
Dafür baue ich nun immer einen Drehzal decoder mit an meine Motoren um zu wissen wo der Motor steht. (inzwischen meist einen MLX90316 Hall sensor)

Leider ist der Unterschied zum Labornetzteil aber so gravierend, dass ich nur noch einen sehr geringen Spielraum hierfür habe. Das heißt die Motorkraft nimmt im unteren Drittel des PWMs so schnell ab, dass ich hier mit sehr geringer PWM Auflösung arbeiten muss.

Inzwischen bin ich wegen dieses Problems fast komplett auf Schrittmotoren umgestiegen - was aber natürlich nicht immer praktikabel ist.

[hbquax]

Wenn du schreibst "bei kleiner Drehzahl" meinst du offenbar, daß du den Motor über die PWM auf kleine Drehzahl runtergeregelt hast. Das bedeutet, daß effektiv weniger Spanung am Motor anliegt und infolgedessen auch der maximal Strom kleiner wird (das ist der Strom beim Blockieren). Damit wird dann im gleichen Maße auch das Drehmoment kleiner. Völlig normal.

Wenn du eine kleinere Leerlaufdrehzahl, aber trotzdem volles Drehmoment brauchst, musst du die Übersetzung kleiner machen oder einen anderen Motor mit einer anderen Charakteristik verwenden. Oder eine Drehzahlregelung einbauen.

PWM ist wie das Gaspedal beim Auto: Weniger ist weniger...

[ranke]

Kennst Du "untypische" Motortreiber die keinen Innenwiderstand haben? Ich finde bei keinen Treibern Angaben zur Verwendung von Bipolartransistoren (ist das die "klassische" H-Brücke mit vier transistoren?)

Ganz ohne Innenwiderstand geht es noch nicht. Aber besser als der L298. Es geht bei den Bipolartransistoren tatsächlich um die Transistoren im IC, die den Strom des Motors schalten, also die H-Brücke. Bei Anwendungen mit relativ kleinen Spannungen und hohen Strömen sind heutige MOS-Transistoren den bipolaren deutlich überlegen.
Beispiel aus dem Datenblatt L298 (bipolare H-Brücke):
Source Saturation Voltage @ 2A: 2V (entspricht also einem Widerstand von 1 Ohm), Sink Saturation Voltage @ 2A: 1,7V, (0,85 Ohm), in der Summe also 1,85 Ohm.
Beispiel aus dem Datenblatt VNH3SP30 (MOS-H-Brücke):
On-state high side resistance @ 12A: 0,023 Ohm, On-state Low side resistance @ 12A: 0,011 Ohm, in der Summe also 0,034 Ohm.
Da sollte also noch was gehen.

[Geistesblitz]

Dann sollte der Motor sich aber auch bei voller Spannung (Tastverhältnis=1) anders verhalten als an dem Labornetzteil, daher müsste es doch wenn dann mit den Schaltverlusten zu tun haben.
Ich finde es generell merkwürdig, dass dieser Effekt nur bei kleinen Drehzahlen auftritt. Kannst du die Spannung messen, die in beiden Fällen über dem Motor abfällt? Irgendwo muss es da ja einen Unterschied geben.

[ranke]

merkwürdig, dass dieser Effekt nur bei kleinen Drehzahlen auftritt

Wenn der Motor mit einer Drehzahl von 100/s läuft und durch eine Lasterhöhung auf 95/s gedrückt wird, nimmt man das hin. Wenn er mit 5/s läuft und die Lasterhöhung kommt, steht er. Der Effekt ist bei allen Drehzahlen da, bei niedrigen fällt er auf.
In meiner Abschätzung oben ist noch ein Fehler drin, eigentlich sollte man die differentiellen Widerstände rechnen beim bipolaren Treiber. Der restliche Widerstandsanteil wirkt nur wie eine Verringerung der Betriebsspannung und könnte durch eine Erhöhung derselben vollständig kompensiert werden. Die differentiellen Widerstände sind knapp halb so groß wie die absoluten, er ist also nur noch um den Faktor 30-40 (geschätzt) hochohmiger als der mit MOSTETs.

[Manf]

Nachdem wir jetzt schon so viele Angaben haben wäre es schön noch zu wissen, wie groß der Widerstand des Motors ist (bzw. Motortyp, Größe), damit man sich ein Bild machen kann bei welchen Werten der Effekt mit dem L298 merklich auftritt.