Leistungs Motorsteller H-Brückensteuerung 200A

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Autor
Leistungs Motorsteller H-Brückensteuerung 200A

    







BID = 762496

Mystik_Wolf

Gerade angekommen


Beiträge: 12
Wohnort: 72351 Geislingen
 

  


Hallo Leute,

Ich habe ein sehr spezielles Projekt in der Plaung und benötige da etwas Hilfe.

Ich habe zwar schon einiges zum Thema Motorsteuerung gefunden, aber es ist nichts dabei das 100%ig passt.

Folgendes Problem ich habe vor mir ein Elektrofahrzeug zu bauen das sowohl mit Strom aus Akkus als auch mit Strom aus Muskelkraft funktionieren soll. Der Antrieb besteht aus einem 48V Motor mit 10kW.
Ja ich weis das 10KW mit Muskelkraft von einer Person nicht aufzubringen sind. Da habe ich aber schon ne Lösung.

Ich benötige in erster Linie einen Motorsteller der von 12V bis 48V funktioniert und 200A verkraftet. Ich brauche hier eine 4Q Regler da das Fahrzeug vorwärts und rückwärts fahren können muß.

Das fahrzeug soll auch ein regeneratives Bremssystem bekommen und die Bremsenergie wieder zurück in die Akkus speichern.

Gedacht hatte ich mir volgendes eine H-Brücke mit Leistungs FET´s IRF 3205 und da immer je 3 Paralell. Das Problem ist die Treiberstufe. Um die N-Kanal Fets voll durchsteuern zu könne benötige ich bei allen Schaltungen die ich gefunden habe eine bootstrapping Schaltung die aber für meinen Zweck ungeiegnet ist da ich hier keine 0-100% regelung realisieren kann und die Bremsenergie kann nur bedingt zurück gespeist werden.
Hat hier irgend jemand ne Idee wie sich so eine Riesen Leistung menagen lässt. Oder zumindest ne Idee für ne Treiberstufe für die H-Brücke

Mir ist klaar das ich hier einiges an Energie benötige um die Gate Kapazitäten umzuladen und ich muß irgendwie die Schwingneigung unterdrücken.

Kann mir hier irgend Jemand helfen? Jede Idee ist wilkommen.

BID = 762499

berufsbastler

Schriftsteller



Beiträge: 615

 

  

hmm, mal angefangen.
Die Fets sind doch nur 50 oder 55V Typen, oder?
Ich denke du wirst bestimmt 100V-Typen brauchen um Spannungsspitzen zu überleben.

Für 200A wirst du auch ein paar mehr brauchen.
Die Gates kannst entweder mit einem High&Low side treiber ansteuern, von TI gibts da nen ganz netten der auch fix ist, weiß die Type aber gerade nicht. Aber auch da brauchst du was bootstrapartiges.

Ansonsten wären noch transformatorische Ansteuerübertrager gut, am besten zwei mit zwei entgegengesetzten Ausgangswicklungen um Zweigkurzschlüsse zu vermeiden.

Woher man die so bekommt weiß ich aber nicht. Davor könntest du aber normale kräftige Treiber IC's setzen.

Wenn du zurück speist haben die Mosfets ja auch immernoch ihre Body Dioden.
_Bei höheren Strömen ist es natürlich angebracht die Fets aktiv einzuschalten.

[ Diese Nachricht wurde geändert von: berufsbastler am 26 Apr 2011 22:05 ]

BID = 762546

Mystik_Wolf

Gerade angekommen


Beiträge: 12
Wohnort: 72351 Geislingen

Stimmt das sind nur 55V Typen, an die Spannungsspizen habe ich nicht gedacht. Werde da wohl was anderes Hochstromfähiges mit geringem RDS On und kleinen Gate Kapazitäten suchen müssen.

Ich werde wohl das ganze erstmal im "kleinen" aufbauen müssen.

Mir ist halt wichtig das ich wirklich von 0-100% regeln kan und nicht nur bis 99%. Soweit ich weis lassen die meisten H-Brücken Treiberstufe aber genau das nicht zu da sie immer einen Puls benötigen um das Bootstraping für die "oberen" FET´s aufrecht zu erhalten. Gibt es hier nicht ne möglichkeit über eine andere permanente Ladepumpe den FET mit der nötigen Gate Spannung zu versorgen?
Ich möchte gernen auch über längere Zeit Energie in die Akkus zurückspeisen können bzw. Rein mit dem Motor bremsen können aber das lassen die Steuereungen die ich gefunden habe nicht zu da bei der Bremsung der Bootstrapping Kondensator ja nicht mehr geladen wird fällt irgend wann die Spannung ab und die Endstife schält ab. Oder habe ich da irgend ws nicht richtig verstanden. Ich lasse mich hier gerne eines besseren belehren.

Wenn hier jemand ne Idee hat immer her damit ich bin um jede Hilfe dankbar. Ein Schaltplan wäre natürlich noch besser

Danke schon mal im vorraus.

BID = 762559

Beckenrandschwimmer

Schreibmaschine



Beiträge: 1918
Wohnort: Altrip

Die Rückspeisung sehe ich als größtes Problem. Denn um etwas zurück zu speißen muss die Generatorspannung größer sein, als die Batteriespannung. Woher soll der Motor wissen, dass er nun bremsen soll?
Somit brauchst du eine Ansteuerung für den Antribsbetrieb und eine Rückspeisung. Die Rückspeisung müsste dann die vom Motor generierte Spannung hochsetzen und in den Akku zurück speisen.

Wieso willst du unbedingt 100%? 99% ist doch nur 1% weniger Leisung. Bei 10kW sind das gerade einmal 100W.

BID = 762565

Harald73

Schreibmaschine


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Beiträge: 1016

Hi,

der HIP4081 hat eine Ladungspumpe drin, um die High-Side 100% an zu halten. Leider kann der nur ein paar A Gatestrom liefern.

Du brauchst wohl eher was "anständiges". Von Concept gibt es starke Gatetreibermodule, und auch Module zur Versorgung:
http://www.igbt-driver.com/english/produtcs/dc-dc.html
Eigentlich ist das nur ein gut isolierter DC/DC-Wandler. Du kannst mal suchen, ob du (bei Traco o.ä.) DC/DC-Wandler mit ausreichender du/dt-Festigkeit und geringer Kopplung findest.
Oder selber bauen: mit SG3525+Mosfets Rechteckspannung erzeugen, per Ansteuertrafo (gab es mal von Vogt Elektronik als "Zündübertrager" oder von Schaffner: http://www.mercateo.com/pdf/Schuricht/ncIT-Trafos_data_e.pdf ) isolieren, gleichrichter/stabilisieren und damit die Highside versorgen.

Gruß
Harald

PS: Viel Spaß, und kauf dir ein paar Ohrschützer!

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*..da waren sie wieder, meine 3 Probleme: 1)keiner 2)versteht 3)mich
* Immer die gültigen Vorschriften beachten und sich keinesfalls auf meine Aussagen verlassen!

BID = 762577

Mystik_Wolf

Gerade angekommen


Beiträge: 12
Wohnort: 72351 Geislingen

Danke schon mal für eure Antworten.

@Beckenrandschwimmer

Eine 100%ige ausnutzung der Energie ist mir deshalb so wichtig da das Fahrzeug später über Solarenergie geladen wird und eventuell auch über Muskelkraft betrieben werden soll und jedes Watt das ich "verheize" ist verlorene Energie.
Ich weis es ist zwar nicht viel wenn 99% stat 100% rauskommen aber genau das eine prozent möchte ich eben auch noch gerne mitnehmen.

Jede Brückenschaltung hat theoretisch die möglichkeit Energie wieder zurück in den Versorgungsstrang zu speisen. In der Industrie wird diese Energie beim Bremsen durch große Bremswiderstände vernichtet.
Theoretisch läuft ja beim Bremsen der Motor als Generator und erzeug eine Spannung die so weit ansteigen kann bis sie den Akku wieder Ladenkann.

@Harald73

das mit dem HIP4081 hatte ich mir auch schon überlegt zumindest für nen Prototyp und nen etwas kleineren Motor. Der sollte ne normale FET H-Brücke treiben können
Aber auch der HIP4081 wird extern über ein Bootstraping condesator und ne Diode auf die erforderliche Spannung gebracht. Was ich nicht finden konnte war ob der diese Spannung permanent halten kannich denke aber eher nicht. Ich bin zwar Gelernter Radio und Fernsehtechniker habe mich aber nie mit der Entwicklung von schaltungen beschäftig sondern immer nur bestehende Repariert

Hat hier jemand erfahrung in wie weit das mit der Energierückgewinnung funktioniert?

BID = 762580

Ltof

Inventar



Beiträge: 9322
Wohnort: Hommingberg


Zitat :
Mystik_Wolf hat am 27 Apr 2011 11:22 geschrieben :

Theoretisch läuft ja beim Bremsen der Motor als Generator und erzeug eine Spannung die so weit ansteigen kann bis sie den Akku wieder Ladenkann.



Warum sollte der Motor im Schubbetrieb eine höhere Spannung erzeugen, als er zum Antrieb bei gleicher Drehzahl benötigt? So einfach geht das nicht.

_________________
„Schreibe nichts der Böswilligkeit zu, was durch Dummheit hinreichend erklärbar ist.“
(Hanlon’s Razor)

BID = 762587

Mystik_Wolf

Gerade angekommen


Beiträge: 12
Wohnort: 72351 Geislingen

Also ich weiß das das mit der Energierückgewinnnung funktioniert da es ja schon diverse Elektrofahrzeuge integriert haben.

Mein Test Motor 24V 250W bringt wenn ich ihn mit Ner Bohrmaschine auf die Nenndrehzah bringen eine Leerlaufspannung von 40V wenn ich den Motor mit dem Bremswiderstand belaste liegen and diesem immer noch mehr als 24V also müßte theoretisch der Motor meinen Akku Laden können.

Die Frage ist nur wie wird das realisiert.

Ich habe auch schon gelesen das dies mit ner H-Brücke möglich ist aber mir ist noch nicht klar wie das genau funktioniert.

BID = 762605

Ltof

Inventar



Beiträge: 9322
Wohnort: Hommingberg


Zitat :
Mystik_Wolf hat am 27 Apr 2011 12:01 geschrieben :

Mein Test Motor 24V 250W bringt wenn ich ihn mit Ner Bohrmaschine auf die Nenndrehzah bringen eine Leerlaufspannung von 40V wenn ich den Motor mit dem Bremswiderstand belaste liegen and diesem immer noch mehr als 24V also müßte theoretisch der Motor meinen Akku Laden können.

Kann er nicht. Irgendetwas stimmt an Deiner Messung nicht. Wahrscheinlich die Drehzahl.

Du musst die Spannung, die der Motor im Schubbetrieb generiert, hochsetzen, damit etwas in den Akku zurückfließen kann. Mit einer einfachen H-Brücke geht das nicht. Da steckt noch mehr dahinter.

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(Hanlon’s Razor)

BID = 762609

Verlöter

Schreibmaschine



Beiträge: 1658
Wohnort: Frankfurt am Main

Was für einen Motor hast Du denn da? Vor allem meine ich das 10 KW Trumm, dass auch später zum Einsatz kommen soll.

BID = 762611

dl2jas

Inventar



Beiträge: 9914
Wohnort: Kreis Siegburg
Zur Homepage von dl2jas

Eine Idee ist, die Energie schnell zwischenzuspeichern.

Das geht z.B. mit solchen Kondensatoren:
http://www.wima.de/DE/supercap_mc_block.htm
Mit einem Aufwärtswandler dazwischen laden sie den Akku. Bleibt nur noch zu überlegen, wie man wohldosiertes Bremsen realisiert. Schließt man den leeren Kondensator direkt an den Motor an, gibt das heftige Bremswirkung.

DL2JAS

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mir haben lehrer den unterschied zwischen groß und kleinschreibung und die bedeutung der interpunktion zb punkt und komma beigebracht die das lesen eines textes gerade wenn er komplizierter ist und mehrere verschachtelungen enthält wesentlich erleichtert

BID = 762615

berufsbastler

Schriftsteller



Beiträge: 615


Zitat :
Mystik_Wolf hat am 27 Apr 2011 11:22 geschrieben :

Danke schon mal für eure Antworten.

@Beckenrandschwimmer

Eine 100%ige ausnutzung der Energie ist mir deshalb so wichtig da das Fahrzeug später über Solarenergie geladen wird und eventuell auch über Muskelkraft betrieben werden soll und jedes Watt das ich "verheize" ist verlorene Energie.
Ich weis es ist zwar nicht viel wenn 99% stat 100% rauskommen aber genau das eine prozent möchte ich eben auch noch gerne mitnehmen.

...



Es ist ja nicht so dass die 100W Verluste sind.
Du kannst den Motor halt nur nicht im Dauerbetrieb ansteuern sondern wie bei einem Dimmer maximal 99%, somit liefert er dann nicht 10kW sondern 9,9kW. Der Motor hätte nur etwas "Reserve" die nicht genutzt werden kann.


Bei den Gatetreibern ist auch die Frage wie schnell die schalten müssen, bzw. wie hoch deine Taktfrequenz ist.
Wenn die weniger Gatestrom liefern können, dann brauchen die Mosfets zum durchschalten nen paar ns länger. Das kann kritisch sein, muss aber nicht.

BID = 762618

Mystik_Wolf

Gerade angekommen


Beiträge: 12
Wohnort: 72351 Geislingen

HI

Also wenn das mit der Energierückgewinnung so ein Problem ist wie realisieren die dan das in den elektrorollern? Da ist meines Wissens kein spezieller Kondensator drin und es funktioniert "angeblich" auch.

Mein Motor ist ein Permanentmagnet Motor aus einem defekten Golf cart. Die Original Elektronik von dem Kart hat den Gesit aufgegeben und das Cart chassis dient mir als basis für mein Fahrzeug.

Ich bekomme heute Abend eine Erklärung wie das Genau mit der H-Brücke und der Rückspeisung funktionieren soll. Da wird wohl die Brück auch mit der PWM getaktet wenn "gebremmst"wird und die Wicklungen des Motors wirken dann wohl wie eine Spule bei einem Schaltnetzteil die Versucht die Spannung aufrecht zu halten. Diese induzierte Spannung kann dann zum Laden verwendet werden.

Wie das Genau funktionieren soll werde ich wohl morgen wissen.

Was mir fehlt ist eine Schaltung und die Dimensionierung. für die Schaltung.


BID = 762660

Ltof

Inventar



Beiträge: 9322
Wohnort: Hommingberg


Zitat :
Ltof hat am 27 Apr 2011 14:04 geschrieben :

...Mit einer einfachen H-Brücke geht das nicht...

Das war etwas voreilig von mir behauptet.

So wie das hier erklärt ist, funktioniert das wohl doch. Ich hatte gemutmaßt, dass die Motorinduktivität alleine nicht reicht.

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(Hanlon’s Razor)

BID = 762761

Mystik_Wolf

Gerade angekommen


Beiträge: 12
Wohnort: 72351 Geislingen

HI

Ja so etwas habe ich das Gestern auch erklärt bekommen anhand einer Halbbrücke:
Um die Verluste in der Freilaufdiode zu verringern kann man diese durch einen zweiten Mosfet ersetzen, der immer dann eingeschaltet wird, wenn der andere abgeschaltet ist. Da dieser Mosfet, im Gegensatz zu einer Diode, in beide Richtungen leitet, ist es damit möglich den Motor kurz zu schließen und so den Motor zu bremsen. Allgemein kann man sagen: Ist die durch die PWM erzeugte Spannung größer als die Generatorspannung des Motors, wird dieser beschleunigt. Ist die Spannung kleiner, wird der Motor abgebremst. Durch T2 wird der Motor dabei kurzgeschlossen, so dass sich durch die Generatorspannung zunächst der Strom in der Motorwicklung ab- und dann in umgekehrter Richtung wieder aufbaut. Beim Abschalten von T2 und Einschalten von T1 fließt dieser Strom über T1 in C1 und somit die Spannungsquelle zurück. Die Energie wird beim Bremsen also nicht vernichtet sondern wieder in elektrische Energie zurückverwandelt. Dies sollte man bedenken wenn man eine große Masse abbremst, denn die Spannungsquelle muss die Energie aufnehmen können. Sollte die Spannungsquelle z. B. aus einem Transformator mit Gleichrichter bestehen, kann dieser die Energie nicht aufnehmen sondern nur C1, was dazu führt, dass die Betriebsspannung ansteigt bis eventuell einer der Transistoren zerstört wird. Um dies zu verhindern ist eine Überspannungsbegrenzung in Form eines Bremswiderstands vorzusehen (Bremschopper). Besteht die Spannungsquelle z. B. aus einem Akku dann nimmt dieser die Energie auf und wird beim Bremsen wieder etwas geladen. Dies funktioniert allerdings nur, wenn das Tastverhältnis nicht 0% beträgt, also T2 und T1 abwechselnd schalten, so dass nicht die gesamte Energie in der Motorwicklung sowie T2 verheizt wird. Man sollte es daher vermeiden das Tastverhältnis schnell in eine der beiden Richtungen zu ändern, da dies zu einem hohen Strom führt. Die Ansteuerschaltung muss weiterhin verhindern, dass T1 und T2 gleichzeitig leitend werden können, denn dies würde zu einem Kurzschluss führen. Ein fertig aufgebauter Mosfet-Treiber verhindert dies.



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