PWM-Frequenz?

[Cannata]

Wie hoch sollte die PWM Frequenz sein um ein optimales Ergebniss
mit einem Microcontroller zu erreichen, was die Geschwindigkeit betrifft.

[Sebastian]

bei den neuen Faller Motoren solltest du PWM nicht verwenden, die gehen damit zu schnell kaputt (Gerrit kann ein Lied davon singen) die alten Faller Mototren haben das besser vertragen. Das MiWuLa wurde noch extra von Faller mit einem Schub "alter" Motoren beliefert damit das noch ne Weile geht.

Sebastian

[Schweineschnäuzchen]

bei den neuen Faller Motoren solltest du PWM nicht verwenden, die gehen damit zu schnell kaputt (Gerrit kann ein Lied davon singen) die alten Faller Mototren haben das besser vertragen.

Gibt es da eine Erklärung für, warum die Motoren PWM nicht vertragen ?

Gruß, Andreas

[Harry]

Sinngemäss habe ich folgende Theorie gelesen:

Die Stromstösse der PWM erzeugen ein Magnetfeld und dieses Magnetfeld entmagnetisiert die Permannentmagneten des Motors.

Eine niederfrequente PWM (50Hz) erzeugt sehr starke Magnetfelder, eine hochfrequente (ab 1kHz) erzeugt schwächere Magnetfelder. Grund soll sein, dass während eines PWM-Impulses bei niedriger Frequenz höhere Ströme fliessen und höherer Strom ist gleichzusetzen mit stärkerem Magnetfeld.

Daher haben alle modernen Fahrtregler im RC-Bereich Taktfrequenzen von mehreren kHz.

Eine Nachteil der hohen Taktfrequenz ist, das langsamste Drehzahlen nicht so gut möglich sind wie mit niedrigeren Taktfrequenzen. Das ist aber wohl nur für RC-Fahrzeuge wichtig, bei denen es um sehr langsames Fahren geht.

Wie hoch sollte die PWM Frequenz sein um ein optimales Ergebniss
mit einem Microcontroller zu erreichen, was die Geschwindigkeit betrifft.

Die maximale Geschwindigkeit bekommt man bei einer PWM-Last von 100%, das heisst man braucht keine PWM.

Viele Grüsse
Harry

[Stef@n]

Gibt es da eine Erklärung für, warum die Motoren PWM nicht vertragen ?

Ein Techniker von Gahler und Ringstmeyer hat mir vor Jahren mal genau darlegen können, aber ich kriege es nicht mehr "laut Definition" zusammen.
Die haben nämlich mit mit ihrer Steuerung MpC jahrelang auch Glockenankermotore (Faulhaber) von ihrer Schaltung ausklammern müssen. Damals (1989) haben sie folgende Neuerung gehabt:
Wenn der Motor laufend mit einer gleichbleibenden Frequenz betrieben wird, merkt sich der Motor das. Das Ausschalten per PWM entmagnetisiert den Motormagneten, so daß der Motor nicht mehr Anlaufen kann. Ist er in von sonst in Schwung gebracht, läuft der sogar weiter, aber nur nicht wieder von selbst an.
Bei der PWM gilt ja:
Ist der Einschaltmoment des Impulses immer an gleicher Stelle des Rechteckimpulses, so bestimmt ja die Einschaltdauer die letztendliche Geschwindigkeit.

Die Dauer eines Impulses der PWM versuche ich mal mit 100 Teileinheiten zu beschreiben:
beim Punkt 0 schalte ich den Impuls ein, bei punkt 50 aus. bis 100 bleibt die Spannung aus. der Impuls ist vorbei und der Zyklus beginnt von vorne.
=> 50 %
beim Punkt 0 schalte ich den Impuls ein, bei punkt 75 aus. bis 100 bleibt die Spannung aus. der Impuls ist vorbei und der Zyklus beginnt von vorne.
=> 75 %

Soweit ist das noch nicht schädlich. Im Zustand der Reglung "Stillstehen" haben die meisten Steuerungen aber die Angewohnheit trotzdem immer noch einen ultrakurzen Impuls zu schicken, der natürlich nicht reicht um den Motor zu drehen.
Im Vollgasbetrieb ist ähnliches festzustellen gewesen: Es gab bei vielen Schaltungen immer noch einen 0,01%igen Zustand, wo ausgeschaltet wurde, um dann bei 100% wieder einzuschalten.
Ein Dauerbetrieb genau in dem Bereich dazwischen (0,1 bis 99,9%) ist für jeden üblichen Motor schädlich. Für Glockenankermotoren war das so schädlich, daß sie schon nach kurzer Betriebsdauer unter den Bedingungen ihren Betrieb einstellten. Bei denen lag es zudem noch an der besonderen Aufbauform, die ihn ja sowieso schon zum Langsamfahren prädisitiniert haben.

MpC änderte die Steuerung. Und auch ich habe seitdem die Steuerung so geändert, daß im "Stillstand" die PWM-Spannung am Gleis abgeschaltet wurde, im "Vollgasbetrieb" wurde ebenfalls Gleichspannung "eingeschaltet".
Nach und nach rüstete ich meine Steuerung so um, daß der Einschaltzeitpunkt des Impulses ebenfalls veränderlich ist.

beim Punkt 45 schalte ich erst den Impuls ein, bei punkt 55 aus. bis 100 bleibt die Spannung aus. der Impuls ist vorbei und der Zyklus beginnt von vorne.
=> 10 %
beim Punkt 12 schalte ich den Impuls ein, bei punkt 67 aus. bis 100 bleibt die Spannung aus. der Impuls ist vorbei und der Zyklus beginnt von vorne.
=> 75 %
beim Punkt 25 schalte ich erst den Impuls ein, bei punkt 75 aus. bis 100 bleibt die Spannung aus. der Impuls ist vorbei und der Zyklus beginnt von vorne.
=> 50 %
beim Punkt 5 schalte ich den Impuls ein, bei punkt 95 aus. bis 100 bleibt die Spannung aus. der Impuls ist vorbei und der Zyklus beginnt von vorne.
=> 90 %

Mit dieser Version habe ich auch keine Ausfälle mehr gehabt.
Das heißt aber nicht, daß die Motore nicht weiter kaputt gehen, ich habe nur erreicht, daß der Zeitpunkt um Jahre des Betriebes nach hinten rückt.
Die (alten) Gleichstrom-Motore für Analog sind dafür definitiv nicht gebaut.

[Schweineschnäuzchen]

Wie hoch sollte die PWM Frequenz sein um ein optimales Ergebnis mit einem Microcontroller zu erreichen, was die Geschwindigkeit betrifft.

Die maximale Geschwindigkeit bekommt man bei einer PWM-Last von 100%, das heisst man braucht keine PWM.

Ich glaube, das wollte Cannata nicht wissen. Die Frequenz der PWM und die Einschaltdauer während einer Periode sind ja zwei verschiedene Sachen, und ich glaube, das Cannata die Frequenz wissen wollte.

Gruß, Andreas

[Schweineschnäuzchen]

Gibt es da eine Erklärung für, warum die Motoren PWM nicht vertragen ?

Ein Techniker von Gahler und Ringstmeyer hat mir vor Jahren mal genau darlegen können, aber ich kriege es nicht mehr "laut Definition" zusammen.

Danke für die ausführliche Darstellung. Die Probleme mit dem 1% und dem 99% sind mir irgendwie schonmal zu Ohren gekommen.
Aber was ich nicht verstehe, ist, warum es dem Motor besser gefällt, von 25-75 anstatt von 0-50 eingeschaltet zu sein !?

Gruß, Andreas

[Harry]

Die Sache mit den 0.1 und 99% kenne ich, das ist eine Eigenart mancher Controller. Daher schalte ich die PWM bei 0% und 100% auch hart ab.

.....
Soweit ist das noch nicht schädlich.

Aber warum verlegst Du dann den Einschaltpunkt? Oder soll das einen Wechsel der PWM-Frequenz simulieren? Wenn ja, hilft das? Ein echter Wechsel der Frequenz wäre ja auch sehr einfach zu realisieren.

Viele Grüsse
Harry

[Sebastian]

Hallo,

ich habe gedacht es geht hier um Car System...aber RC gibts hier ja auch noch....

Nun ja, hier noch eine andere Erklärung die ich mal bei Elektronik Kompendium irgendo gelesen habe:

Bei normaler Gleichstromansteuerung hat der Motor einfach eine Maximalspannung die nicht überschriten wird. Bei PWM sind die Impulsspitzen höher als die Maximalspannung des Motors. bei hohen Lasten entwickelt der Motor also schneller Wärme. Ob das ausreicht um die Magneten schwächer zu machen weis ich nicht aber mir ist mal ein Magent an den Lötkolben geflogen und danach war der Magnet nicht mehr magnetisch.

Sebastian

[Stef@n]

Salü Sebastian,

ich habe gedacht es geht hier um Car System...aber RC gibts hier ja auch noch....

Dem Strom und dem Magnetismus ist es Wurscht, ob der Motor in einer Lok in einem CS oder RS-System eingebaut ist. In alles drei fällen kann mit PWM gespeist werden.

Bei normaler Gleichstromansteuerung hat der Motor einfach eine Maximalspannung die nicht überschriten wird. Bei PWM sind die Impulsspitzen höher als die Maximalspannung des Motors. bei hohen Lasten entwickelt der Motor also schneller Wärme.

Auch nicht ganz unwichtig!! Darum ist es wichtig, die Frequenz der PWM so niedrig wie möglich zu halten. Im Tonfrequenz-Bereich möchtet ihr ihn nicht wirklich singend über die Anlage fahren lassen. So bleibt aus verschiedenen Gründen nur der Bereich direkt über der oberen Hörgrenze, (was den Tieren starkes Unwohlsein verursachen kann) oder im Bass-Bereich bei etwa 85 Hz bis 125 Hz zu bleiben.

Ob das ausreicht um die Magneten schwächer zu machen weis ich nicht

k. A.
Wärme ist nicht immer gut. kommt auf die Dosierung an!?!

[Stef@n]

Salü Harry,

Aber warum verlegst Du dann den Einschaltpunkt? Oder soll das einen Wechsel der PWM-Frequenz simulieren? Wenn ja, hilft das? Ein echter Wechsel der Frequenz wäre ja auch sehr einfach zu realisieren.

Mir war es damals nur wichtig, daß ich meine Schaltung schnellstens umrüste und habe mehr nach der Lösung danach gesucht, als nach genau dieser Ursache und Begründung gesucht.

Ich begenügte mich damit, daß der Gleichstrom-Motor Gleichstrom mag. Wird er anders betrieben, so muß man dafür sorgen, daß er weiter funktioniert. Ein Wechselstrom- oder Universal ist anders aufgebaut und kann das ab.

Da fällt mir ein Vergleich ein:
Eine Brücke kann stark belastet werden. Aber eine Truppe im Gleichschritt bringt sie leicht zum einstürzen. Also tun wir alles, daß ein Gleichschritt nicht möglich ist. Wird ohne Gleichschritt im gleichen Tempo gegangen, kommt die Truppe gleich schnell voran, sofern sie natürlich nciht übereinander stolpern, weil sie sich berühren. In dem Fall muß die Brücke den Fall der gesamten Truppe aushalten.

Eine feste Frequenz von 100 Hz oder 40kHz hat einen immer wiederkehrenden Einschaltpunkt. Ist der Einschaltzeitpunkt innerhalb eines Impulses lediglich verschoben ist der Einschaltzeitpunkt bei fester Frequenz trotzdem immer verschieden.

Eine andere Erklärung dafür habe ich nicht..

[Harry]

Bei normaler Gleichstromansteuerung hat der Motor einfach eine Maximalspannung die nicht überschriten wird. Bei PWM sind die Impulsspitzen höher als die Maximalspannung des Motors.
Sebastian

Also, wenn ich einen 6Volt Motor an einem 6 Volt Akku mit einer PWM betreibe... dann passt das, was Du sagst nicht ganz.

Überhaupt haben Nebenschluss- (also auch unsere Permanentmagnet erregten) motoren nicht DIE Nennspannung. Sie sind da ganz tolerant mit ihrem Futter. Wichtig ist, dass die maximal zulässige Verlustleistung und die maximale Drehzahl nicht überschritten werden.

@Stefan:
Den immer wiederkehrenden gleichen Einschaltpunkt mag vielleicht die Software bemerken, aber der Motor?


Ich denke, im Teillastbetrieb mit höherer Drehzahl sind mehrere kHz Taktfrequenz gut, um die Magneten zu schonen. Die mehreren kHz wirken schon fast wie Gleichspannung. Im Bereich sehr niedriger Drehzahlen (manövrieren mit 1:87 RC-Trucks) sind so um die 30 bis 50 Hz gut.

Viele Grüsse
Harry

[Stef@n]

Den immer wiederkehrenden gleichen Einschaltpunkt mag vielleicht die Software bemerken, aber der Motor?

Denk was Du willst. Wenn G&R nach Änderung der Schaltung diesbezüglich auch die Glockenankermotoren für ihre Steuerung freigibt, d. h. dann auch garantiert, daß die Motore auch mehrere Jahre statt 2 Monate aushalten, dann scheint da wohl was dran zu sein. Begründung ist mir dann zwar weiterhin noch wie Dir unklar. Aber es scheint da wohl schon was dran zu sein.

Meine Loks tun nach der Änderung auch seitdem immer noch. Mehr brauch ich nicht wissen.

[Sebastian]

Hallo,

also die 330°C haben vollkommen ausgereicht um den Car System Lenkmagneten kaputt zu machen.

Laut Herstellerangaben sollte man Magnete grundsätzlich nicht dauerhaften Temperaturen von über 80°C aussetzen. (Speziell für Neodym)

Wie wärs als Alternative mit einer einfachen Steuerung mit einem Transistor als Widerstandsregler? Muss es denn unbedingt PWM sein?

Sebastian

[VT_340]

Einmal für Internet-Halbwissende:

Was ist PWM, und wofür benutzt man sie?

Mfg lAex

[Soko]

Was ist PWM, und wofür benutzt man sie?

Pulswellenmodulation. Wird u.a. zur Motoransteuerung verwandt. Statt die Motordrehzahl und -Leistung durch Spannungsveränderung zu steuern wird der Motor (vereinfacht dargestellt) durch Impulse angesteuert. Je häufiger bzw. länger die Impulse sind, desto mehr Leistung gibt der Motor ab.

Hat den Vorteil, dass auch bei kleinen Drehzahlen eine relativ hohe Leistung vom Motor abgegeben wird. Hat jedoch auch die zuvor dargestellt Nachteile.

Ciao,
Joachim

[Harry]

Und noch ein weiterer Vorteil: man hat geringe Verluste in der Leistungselektronik, weil der Motor einfach nur ständig an- und ausgeschaltet wird. Würde man statt dessen Vorwiderstände verwenden, dann würden diese die überschüssige Leistung verbraten und in Wärme umsetzen.

Viele Grüsse
Harry

[Gast]

ist beim Infracar die Ansteuerung des Motors auch eine PWM?

Weil zwischen Motor und IC-Ausgang ist ein Transistor geschaltet!

Gruß

[Schweineschnäuzchen]

Pulswellenmodulation. Wird u.a. zur Motoransteuerung verwandt. Statt die Motordrehzahl und -Leistung durch Spannungsveränderung zu steuern wird der Motor (vereinfacht dargestellt) durch Impulse angesteuert. Je häufiger bzw. länger die Impulse sind, desto mehr Leistung gibt der Motor ab.

Und genau deswegen heisst es PulsWEITENmodulation Nichts für ungut !

Gruß, Andreas

[Soko]

Hallo,

PulsWEITENmodulation

sorry, stimmt!

Ciao,
Joachim