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Thema: Mini-Frequenzumrichter

  1. #1
    Erfahrener Benutzer Fleißiges Mitglied
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    Mini-Frequenzumrichter

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    Hallo Robot-Mechaniker,

    ich kopier mal ein kleines Tool von meiner Desktop-Halde hierher um. Vielleicht findet das der eine oder andere Bastler interessant.




    Aber Vorsicht! Unterschätzt die kleine Schaltung nicht. Es ist kein universeller Frequenzumrichter, wie man ihn sich heute für € 60,-- aus Chinaquellen überall kaufen kann.

    Mein Mini-FU ist eine Speziallösung. Er muss zwingend speziell an die jeweilige Maschine angepasst werden. Man braucht zur Einmessung mindestens einen Trenntrafo mit Oszi und fundierte Starkstrom- und Programmier-Ahnung. Man muss dazu die angelegte Doku wirklich genau verstehen.

    Ich hab schon von einem Bastler gehört, der einen zu unempfindlichen Triac eingesetzt hat, der dann die Bohrmaschine mit pulsierendem Gleichstrom misshandelte. Er röstete zum Glück nur seinen Motorkondensator. Aber es hätte auch schlimmer enden können.


    Um gleich derartigen Kommentaren zuvor zu kommen: mit einer Phasenanschnitts- oder Phasenabschnittssteuerung kann man den beschriebenen Kondensatormotor nicht vernünftig steuern, weil derartige Einrichtungen lediglich das Drehmoment begrenzen.

    Obwohl auch hier ein Triac verwendet wird, hat der Mini-FU nichts mit derartigen Schaltungen zu tun. Die Sache hier geht viel tiefer. In der Doku ist das alles haarklein erläutert.


    Hier die Doku:

    fu.pdf

    ...und online:

    https://github.com/Rumgucker/fu


    Viele Grüße

    Wolfgang
    Geändert von Rumgucker (10.11.2019 um 13:55 Uhr)

  2. #2
    Erfahrener Benutzer Robotik Einstein
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    Hallo

    Am Anfang deines Textes geht da einiges durcheinander. Es gibt zwei Motortypen, die ähnlich aussehen aber nicht gleich sind. Das ist einmal der Drehstrom-Asynchronmotor und der Kondensatormotor. Beide haben drei Anschlüsse, sind aber unterschiedlich aufgebaut. Ein Drehstrommotor hat drei Feldwicklungen mit 120° Versatz, ein Kondensatormotor zwei mit 90° Versatz. Der Kondensatormotor erzeugt sein Drehfeld, indem die eine Wicklung direkt an der Phase liegt und die andere mit Hile eines Kondensators eine phasenverschobene Wechselspannung bekommt.

    Klicke auf die Grafik für eine größere Ansicht

Name:	Kondensatormotor.png
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ID:	34468

    Hier sieht man die zwei Spulen und den Kondensator. Man kann ebenfalls erkennen, wie der Motor leicht in der Drehrichtung umzukehren ist. Da die Phasenverschiebung des L-C Gliedes sowohl von der Freuquenz als auch vom (Last)strom abhängt, ist die Wahl der Frequenz und der Größe des Kondensators ein Kompromiss. Liegt man mit der Frequenz zu sehr daneben, leidet der Wirkungsgrad und es entsteht ein unrundes Drehmoment, daß zu verstärkter Lagerabnutzung führt. Um sie zu Steuern gibt es spezielle Frequenzumrichter, die zwei 90° versetzte Phasen erzeugen. die sind aber selten. Der Kondensator muß dann natürlich entfernt werden.

    Ein Drehstrommotor bekommt direkt drei Phasen in seine drei Wicklungen, die entweder im Stern oder im Dreieck verschaltet sind. Diese sollen einen Versatz von 120° haben.

    Klicke auf die Grafik für eine größere Ansicht

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    Ein Dreiphasenmotor hat bessere Leistungswerte als ein Zweiphasenmotor und wird bevorzugt, wenn man ihn betreiben kann. Nicht überall steht Drehstrom zur Verfügung. Als Kompromiss gibt es die Steinmetzschaltung, die ähnlich wie beim Kondensatormotor mit einem Kondensator eine Hilfsphase erzeugt. Damit verliert der Motor aber einen Teil seiner Vorteile.

    Klicke auf die Grafik für eine größere Ansicht

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ID:	34470

    Betrachtet man von außen die drei Anschlüsse eines Motors zusammen mit dem Kondensator, sehen beide Motortypen sehr ähnlich aus. Mit einem Ohmmeter lassen sie sich aber leicht unterscheiden: bei einem Drehstrommotor ist der Widerstand zwischen den Anschlüssen immer gleich, bei einem Kondensatormotor misst man einmal den doppelten Wert.

    Will man den Drehstrommotor in seiner Drehzahl steuern, nimmt man einen FU, der drei Phasen mit 120° Versatz erzeugt. Die Zwischenkreisspannung ist eine Gleichspannung und kann sowohl aus einphasigem als auch dreiphasigem Wechselstrom erzeugt werden. Mit dem passenden FU kann man also einen Drehstrom-Asychronmotor ohne Kompromisse bei Drehmoment und Wirkungsgrad an einem Einphasennetz betreiben. Inzwischen kommt IMHO die Kombination FU und Drehstrommotor auch in Waschmaschienen zu Einsatz.

    Soweit allgemein. Die Bohrmaschine auf deinen Bildern kommt mir bekannt vor. Ich vermute daher, sie hat einen Kondensatormotor. Mit den gängigen FUs könntest du sie nicht betreiben, die liefern 3-Phasenstrom. FUs mit 2 Phasen sind selten. Wenn man sowieso einen FU einsetzt, kann man auch gleich einen Drehstrommotor nehmen. Der ist eher billiger als ein 2-Phasenmotor plus Kondensator. Daher gibt es keinen wirklichen Markt für solche FUs.

    Ich hab mal eine alte Bohrmaschine "modernisiert". Sie war sicher ein Vorkriegsmodell und hatte einen Drehstrommotor, wurde aber mit Steinmetzschaltung einphasig betrieben. Drehstrom stand nicht zur Verfügung. Der FU konnte daher auch nicht 3*400V sondern nur 3*230V erzeugen. Durch Umklemmen des Motors auf Dreieck passt das aber. Seit der Zeit ist der Riemen nie wieder umgelegt worden. Und selbst bei niedrigen Drehzahlen hat sie ein brutales Drehmoment.

    MfG Klebwax
    Strom fließt auch durch krumme Drähte !

  3. #3
    Erfahrener Benutzer Fleißiges Mitglied
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    Hallo Klebwax,

    vielen Dank für Deinen Beitrag.

    Zitat Zitat von Klebwax Beitrag anzeigen
    Am Anfang deines Textes geht da einiges durcheinander.
    .....
    Die Bohrmaschine auf deinen Bildern kommt mir bekannt vor. Ich vermute daher, sie hat einen Kondensatormotor.
    Ich schrieb in der Doku das Wort Drehstrom nur ein einziges Mal im Vorwort:

    Viele elektrische Maschinen sind mit Drehstrom-Asynchronmotoren ausgestattet. Um den Betrieb an nur einer Wechselstromphase zu ermöglichen, wird oft mittels Kondensatoren ein phasenverschobenes Hilfsfeld erzeugt, das den Anlauf und Betrieb ermöglicht.

    Um die Drehzahl einer mit einem derartigen Motor ausgerüsteten Säulenbohrmaschine zu steuern, wurde ein Mini-Frequenzumrichter mit folgenden Eigenschaften entwickelt....
    Ich weiß nun nicht so recht, was da nun so "einiges durcheinander" ging. Es gibt Drehstrommotoren. Und es gibt Motoren, die den Anschluss an einphasigem Strom ermöglichen und mit Kondensatoren betrieben werden.

    Es fehlt vielleicht nach "ausgestattet" ein Zeilenvorschub.

    Dass die Bohrmaschine über solch einen Kondensatormotor verfügt, steht ebenso im Vorwort. Und dann noch weitere fünf mal im weiteren Text,

    Viele Grüße

    Wolfgang
    Geändert von Rumgucker (10.11.2019 um 21:43 Uhr)

  4. #4
    Super-Moderator Lebende Robotik Legende Avatar von Manf
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    Mir ist auch der zweipolige Motor aufgefallen. Ich habe angenommen, es ist damit der Kondensatormotor mit Kondensator gemeint. Sicher ist der Kondensator dann nicht gleich für jede Frequenz optimal.

    Vielleicht ist es etwas hoch gegriffen für die erzeugten Frequenzen gleich die Drehmomentkennlinien zu messen.

    Welche Kennlinien man aber erwartet oder schätzt, das wäre sicher interessant. Gerade dafür dient ja die Aktion.

  5. #5
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    Zitat Zitat von Rumgucker Beitrag anzeigen
    Viele elektrische Maschinen sind mit Drehstrom-Asynchronmotoren ausgestattet.
    ..... mit einem derartigen Motor ausgerüsteten Säulenbohrmaschine zu steuern
    Deine Bohrmaschine hat aber gar keinen Drehstrommotor. Das meinte ich mit durcheinander. Für einen Drehstrommotor ist deine Schaltung auch nicht geeignet, genauso wie der gezeigte FU für deinen Kondensatormotor nicht geeignet ist.

    MfG Klebwax
    Strom fließt auch durch krumme Drähte !

  6. #6
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    Hallo Manfred,

    Zitat Zitat von Manf Beitrag anzeigen
    Vielleicht ist es etwas hoch gegriffen für die erzeugten Frequenzen gleich die Drehmomentkennlinien zu messen. Welche Kennlinien man aber erwartet oder schätzt, das wäre sicher interessant. Gerade dafür dient ja die Aktion.
    Auf Seite 10 hab ich auf Patente hingewiesen, in denen umfangreiche Messungen durchgeführt wurden. Ich selbst hätte mir erst einen Messplatz anfertigen müssen.

    Ich bin einen einfacheren Weg gegangen. Bei der Anpassung der unterschieldlichen Drehzahlen hab ich stets versucht, das Maximum an Drehmoment zu bewirken.

    Dann hab ich geprüft, ob ich ausreichend Drehmoment habe, um praktisch bohren zu können. Denn mich interessiert letztlich nicht das Drehmoment des Motors auf einem Messplatz, sondern das befriedigende Drehmoment an der Bohrerspitze, nachdem der Motor gegen Keilriemen und Lager kämpfen musste.

    ---------

    Hallo Klebwax,

    der "derartige Motor" bezog sich auf den vorigen Satz "Um den Betrieb an nur einer Wechselstromphase zu ermöglichen, wird oft mittels Kondensatoren ein phasenverschobenes Hilfsfeld erzeugt, das den Anlauf und Betrieb ermöglicht."

    Ich hätte den Satz mit dem Drehstrommotor mit einer Zeile absetzen müssen. Und die beiden nachfolgenden Sätze des Vorworts stattdessen zusammemnführen müssen. Vermutlich ist mir dieser Fauxpas deswegen unterlaufen, weil ich das gemeinsame Wirkprinzip beider Motorgattungen betonen wollte.



    Du schreibst wiederholt, dass käufliche FUs nicht zum Betrieb der Bohrmaschine mit Kondensatormotor geeignet sind. Das ist nicht korrekt.

    Selbstverständlich kannst Du die Bohrmaschine mit unterschiedlichen Frequenzen betreiben. Normal sind 50Hz. 75Hz werden auch gehen. Oder auch 25 Hz, wenn Du die Netzspannung entsprechend reduzierst, was an FUs programmierbar ist.

    Natürlich vermindert sich dabei das Drehmoment und der Wirkungsgrad wird schlechter. Aber genauso arbeitet mein Umrichter. Er reduziert die Netzfrequenz (und gleichzeitig die Spannung). Und es verbleibt ein ausreichendes Drehmoment bei zulässiger Erwärmung. Sehr hilfreich beim gefühlvollen Anbohren oder Plastikbearbeitung.

    Viele Grüße

    Wolfgang
    Geändert von Rumgucker (11.11.2019 um 07:45 Uhr)

  7. #7
    Erfahrener Benutzer Robotik Einstein
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    Zitat Zitat von Rumgucker Beitrag anzeigen
    Du schreibst wiederholt, dass käufliche FUs nicht zum Betrieb der Bohrmaschine mit Kondensatormotor geeignet sind. Das ist nicht korrekt.
    Bitte genau lesen. Ich schrieb von gängigen FUs mit dreiphasigem Ausgang.

    Ein einphasiger Kondensatormotor braucht einen Neutralleiter und eine Phase zum Anschluß, ein 3-Phasen FU hat meisst gar keinen Neutralleiter am Ausgang. Außerdem wird der FU durch die Last an nur einer Phase in kompletter Schieflage betrieben und quitiert das, wenn du Pech hast, mit Rauchsignalen.

    Zitat Zitat von Rumgucker Beitrag anzeigen
    Ich hätte den Satz mit dem Drehstrommotor mit einer Zeile absetzen müssen. Und die beiden nachfolgenden Sätze des Vorworts stattdessen zusammemnführen müssen. Vermutlich ist mir dieser Fauxpas deswegen unterlaufen, weil ich das gemeinsame Wirkprinzip beider Motorgattungen betonen wollte.
    Die haben aber kein gemeinsames "Wirkprinzip". Eiinen Drehstrommotor kann ich mit einem Kondensator zum Laufen bringen, eigentlich wird er aber an Drehstrom ohne Kondensator betrieben. Einen Kondensatormotor kann ich nie ohne Kondensator betreiben und auch nie an Drehstrom. Außer, daß sie Wechselstrom brauchen, haben sie nicht viel gemeinsam, sie werden aber gerne fälschlich in einen Topf geworfen. Da sich der restliche Text auf Kondensatormotore bezieht, solltest du den Asynchron-Drehstrommotor am Anfang weglassen. Sonst glaubt man noch, du hättest, wie so viele, den Unterschied nicht verstanden.

    In meinem ersten Beitrag habe ich die Unterschiede mit Schaltbild beschieben, schau es dir nochmal an.

    MfG Klebwax
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  8. #8
    Erfahrener Benutzer Begeisterter Techniker
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    Hallo,
    beides sind Asynchrone Induktionsmotoren. ( zB. hier mit Kurzschlussläufer)
    Gebräuchliche Motoren Einphasig und Dreiphasig.
    Der mechanische Aufbau (Gestaltung der Wicklungen) bestimmt dann die
    Parameter. (Gebrauchseigenschaften)

    Gruß
    AR

    PS
    https://de.wikipedia.org/wiki/Kondensatormotor

  9. #9
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    Hallo Klebwax,

    Zitat Zitat von Klebwax Beitrag anzeigen
    Sonst glaubt man noch, du hättest, wie so viele, den Unterschied nicht verstanden.
    Ich habe den elementaren Unterschied zwischen den verschiedenen Gattungen von drehfeldgetrieben Motoren tatsächlich nicht verstanden. Ich würde sogar einen Schrittmotor in den gleichen Topf werfen. Und natürlich auch den Kurzschlussläufer, wie ARetobor völlig richtig anmerkt.

    Allen gleich ist die Einwirkung eines kollektorfrei erzeugten Drehfeldes auf einen Rotor, der von dem drehenden Feld mitgezogen wird. Das ist das gemeinsame Wirkprinzip.

    Alle diese Motoren können nur über die Drehfeldfrequenz in der Drehzahl beeinflusst werden. Genau das tut mein Frequenzumrichter. Genau diese Motoren kann er prinzipiell betreiben. Bei Schritt- und Drehstrommotoren müsste man noch Kondensatoren (oder sonstige phasendrehenden Bauteile) ergänzen, wie Du richtig schreibst.

    Viele Grüße

    Wolfgang
    Geändert von Rumgucker (11.11.2019 um 13:28 Uhr)

  10. #10
    Erfahrener Benutzer Begeisterter Techniker
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