Schubmessung/PWM-Ansteuerung

Moin moin!

Ich hab mir eine einfache AVR-Schaltung fuer einen "Eigenbau"-Motor/Luftschraubenpruefstand gebaut. Eigentlich nur ein 8bit-PWM-Ausgang, der ueber einen MOSFET einen Motor ansteuert. Das Sollwert-Byte wird erzeugt, indem ich ueber ein Poti am ADC 0..5V erzeuge und das auf 8bit gestutzte Ergebnis auf den PWM-Ausgang gebe. So laesst sich der Motor leicht "von Hand" mit dem Poti hochfahren.

Meine Absicht war jetzt, fuer verschiedene Kombinationen von Motoren und Luftschrauben Kennlinien aufzunehmen. Z.B. Wieviel Schub liefert der Antrieb bei einem bestimmten Strom. Allerdings variiert der Schub, je nachdem welche Akkuspannung ich nehme. Bei 12V und 62,5% bekomme ich 3A, bei 6V und 98% ebenfalls 3A. Im ersten Fall hatte ich 120g Schub, beim zweiten nur noch 85g.

Frage: Schadet es dem Motor, wenn ich ihn mit hoeherer Spannung und entsprechend kuerzerem Tastverhaeltnis betreibe? Ausgelegt ist er fuer 6..8,4V, Nennspannung 7,2V. Rein rechnerisch komme ich ja bei 12V und 62,5% auf 7,5V. Da ich dabei wesentlich mehr Schub bekomme als bei vergleichbaren Stroemen mit kleineren Spannungen und groesserem Tastverhaeltnis, waere das ja fuer die Anwendung besser...

Bisher hab ich uebrigens nur so Spielzeug-Luftschrauben zum Aufstecken, die "richtigen" kommen erst Ende der Woche [-o< . Dann gibt's hoffentlich deutlich mehr Schub...

Nils

Hi Minifriese,

Das mit der Überspannung ist im gewissen Maße noch vertretbar. Für Wettbewerbe werden Motoren mit Überspannungsbetrieb mit einer Extrakühlung versehen.

Das große Problem ist die Wärme. Spannung und Leistung stehen im quadratischen Verhältnis.

Gruß Klaus

Aha. Das heisst ich muesste nur mal pruefen, wie warm der Motor wird, wenn ich ihn laenger mit 12V/62,5% betreibe. Und wenn er dabei nicht waermer wird als mit 7,2V DC, dann ist es OK? Weil im Dauerbetrieb laufen sollte er schon. Durch die Luftschraube ist natuerlich auch immer eine gewisse Kuehlung gegeben.
Mich hat nur gewundert, dass die Stroeme gleich sind. Ist die Verlust(Waerme-)leistung nicht I^2*R?
Nils

Der Teil der Spannung der am ohmschen Widerstand abfällt ist dem Strom propotional. Bei ausreichend hoher PWM Frequenz ist der Strom auch weitgehend konstant.
Ein Senken der Frequenz führt zu einer größeren Welligkeit des Stroms und damit zu (zunächst leicht) höheren Verlusten.
Manfred

Zitat:

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Zitat von Minifriese

Aha. Das heisst ich muesste nur mal pruefen, wie warm der Motor wird, wenn ich ihn laenger mit 12V/62,5% betreibe. Und wenn er dabei nicht waermer wird als mit 7,2V DC, dann ist es OK? Weil im Dauerbetrieb laufen sollte er schon. Durch die Luftschraube ist natuerlich auch immer eine gewisse Kuehlung gegeben.
Mich hat nur gewundert, dass die Stroeme gleich sind. Ist die Verlust(Waerme-)leistung nicht I^2*R?
Nils

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Ja, der Motor darf eben nicht durchbrennen.

Die Verlustleistung bei einem ohmschen Widerstand ist I^2*R, ein Motor ist aber leider keine rein ohmsche Last, er hat nur einen ohmschen Anteil.

Ein Motor hat auch eine gewisse Induktivität welche einer Stromänderung entgegen wirkt. Dadurch ergeben sich je nach Frequenz und Spannung andere Stromverläufe in der Kurve.

Dazu kommen noch die Eigenschaften der Luftschraube. Deren Energie z.B. ist Drehzal * Drehmoment. Je höher der Strom desto höher das Drehmoment. Allerdings kommen noch die aerodynamischen Verluste dazu. Dabei ergibt sich in einem bestimmten Parameterverhältnis ein Optimum an Wirkungsgrad, das gilt es zu finden. Möglichst viel Schub mit möglichst wenig hineingesteckter Energie...

So eine Kennlinie würde mich übrigens auch sehr interessieren, vielleicht könntest du mal eine posten.

Gruß, Sonic

Mach ich, klar. Ich warte halt bloss auf die Luftschrauben. Hab schon da angerufen, wo ich bestellt hab, der Chef ist in Urlaub. Soll aber Freitag wieder da sein, und Samstag hab ich die Teile hoffentlich ;-)

Ich frage mich noch, was die sinnvollste Darstellung waere. Auf der Y-Achse der Schub, klar. Auf der X-Achse die Spannung an den Motorklemmen?? Der Strom? Strom*Spannung???

Mal schauen...

Ich benutze uebrigens eine PWM-Frequenz von 4kHz. Reicht das oder macht noch mehr mehr Sinn? Der MOSFET (BUZ71) scheint ziemlich heiss zu werden, haengt das auch direkt oder indirekt mit der Frequenz zusammen?

Nils

Zitat:

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Zitat von Minifriese

...
Ich benutze uebrigens eine PWM-Frequenz von 4kHz. Reicht das oder macht noch mehr mehr Sinn? Der MOSFET (BUZ71) scheint ziemlich heiss zu werden, haengt das auch direkt oder indirekt mit der Frequenz zusammen?

Nils

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Jaein, wenn der BUZ heiß wird entstehen zu große Verlusste beim Umladen des Gates, nimm nen kleineren Gatewiderstand...
Bzw. zeig mal deinen Schaltplan her...

Gruß, Sonic

Es ist ne ganz normale Transistorschaltung, bloss halt mit nem MOSFET. Also Motor in Reihe mit dem MOSFET, ueber den Motor eine Freilaufdiode. Einen Gatewiderstand habe ich nicht, Gate haengt direkt am AVR-Pin. Braeuchte ich einen??

Mir ist gerade eingefallen, dass mein Handy ja ne Kamera drin hat. So sieht mein "Pruefstand" aus. Um den Schub zu messen, lasse ich natuerlich nur den rechten Motor laufen. Auf der Kuechenwaage links wird dann komfortabel der Schub angezeigt :-) Die Wippe ist kugelgelagert.
Wenn ich die Waage und ihren Unterbau wegnehme und beide Motoren anschmeisse, kann ich hoffentlich mit der Wippe eine Lageregelung bauen und optimieren, wie man sie auch fuer den Quattrocopter braeuchte, bloss da halt doppelt ;-) Dafuer fehlen mir bloss die ADXRS150EB. Sind so schweineteuer, das billigste was ich bisher gesehen habe, waren 97 Euro...
Nils

Zitat:

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Zitat von Minifriese

Es ist ne ganz normale Transistorschaltung, bloss halt mit nem MOSFET. Also Motor in Reihe mit dem MOSFET, ueber den Motor eine Freilaufdiode. Einen Gatewiderstand habe ich nicht, Gate haengt direkt am AVR-Pin. Braeuchte ich einen??
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Nils

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Dann müsstest du nen LogicLevel Mosfet nehmen, der BUZ71 kann bei 5V gar nicht ganz durchschalten.

Nimm nen kleinen npn und schalte damit die Vcc zum Gate durch...

Dann brauchst du noch einen Widerstand zwischen AvrPin und Gate nach Masse, sonst dümpelt die Ladung immer im Gate rum und fliesst nur ganz langsam durch den hochohmigen Pin ab. Das bedeutet hohe Verluste.
Je schneller das Gate die Ladung loswird (einige nC) desto weniger Verlust...

Bzw. zwischen Emitter des Npn und dem Gate...

Gruß, Sonic

Mit Vcc meinst du jetzt die 12V bzw. 6V, die ich - PWMzerhackt - an den Motor anlege? Das mit dem Widerstand zur Masse leuchtet mir ein. Der sollte so klein sein, wie es die noetige Strombegrenzung zulaesst, oder?

Wieso sollte der BUZ71 bei 5V nicht durchschalten? Hab das Datenblatt wohl verschlampt *suchsuchsuch*, aber ich glaube da stand drin "can be driven directly by logic circuits" oder so aehnlich...

Danke schonmal fuer die Tips,

Nils