Idee für variable elektrische Last, max. 20A bei 50V

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Autor
Idee für variable elektrische Last, max. 20A bei 50V

    







BID = 1118818

Raphael

Stammposter



Beiträge: 445
Wohnort: Schwabenland
ICQ Status  
 

  


Schönen guten Abend zusammen,

ich bräuchte für ein kleines Hochschulprojekt eine variable elektrische Last für einen kleinen Prüfstand, bei welchem verschiedene Generatoren getestet werden sollen (vorallem sollen BLDC-Motoren zweckentfremdet werden und später ihr Wirkungsgrad im Generatorbetrieb bestimmt werden).

Die ausgegebenen Spannungen liegen etwa bei 50V DC (nach der Gleichrichtung). Die ersten Generatoren die ich teste sollen bis ca. 1kW liefern. Also etwa 20A. Im Arbeitspunkt sind wir dann also etwa bei 2,5 Ohm. Also wäre ein einstellbarer Wert von z.B. 10 Ohm bis 2 Ohm super (damit man auch kleinere Generatoren testen kann).

Da ich nirgendwo auf die schnelle so ein (superteures) Laborgerät auftreiben konnte, wollt ich mir jetzt einfach "kurz" selbst was zusammenbauen. Es müsste auch garnicht unbedingt stufenlos sein... so 20 bis 50 Stufen würdens erstmal auch tun.

Habt ihr Ideen wie man solch eine Last am besten (und einfachsten und möglichst billig) realisieren könnte?

Ich dachte schon an z.B. 50 Mosfets (50Stufen) die jeweils nen Hochlastwiderstand zuschalten (parallel) oder jeweils zwei LKW-Birnen in Reihe.
Oder eventuell eine große Heizspule aus Widerstandsdraht wickelt, nen Lüfter dahinter packen und die dann per PWM ansteuern. Hättet ihr da auch bedenken in Hinblick auf die Strom/Spannungsmessung? Ich möcht ja relativ genau die elektrischen Werte des Generators messen um später den Wirkungsgrad berechnen zu können (Drehzahl und Drehmoment werden auch gemessen). Wenn man Last jetzt "getaktet" ist, ist es deutlich schwieriger ein sinnvolles Messergebnis zu bekommen oder? (also auch wenn man z.B. mit vielen Elkos puffert)

Ich bin über Ideen, Ratschläge und Einwände sehr dankbar



BID = 1118827

Ltof

Inventar



Beiträge: 9266
Wohnort: Hommingberg

 

  

Um einen Generator bei einer bestimmten Spannung zu belasten, würde ich sowas nehmen:
https://www.elektronik-kompendium.de/public/schaerer/powzen.htm

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

BID = 1118828

Offroad GTI

Urgestein



Beiträge: 12654
Wohnort: Cottbus


Zitat :
dachte schon an z.B. 50 Mosfets (50Stufen) die jeweils nen Hochlastwiderstand zuschalten (parallel)
Das wäre zumindest recht einfach, wenngleich unnötig aufwändig.
Das ganze gestaffelt aufzubauen und passend zusammen zu schalten, wäre da praktischer. 1/2Pn, 1/4Pn, 1/8Pn .... usw... fürs grobe.

Dann kannst du noch für die Feineinstellung z.B. die vorgeschlagene "Power-Z-Diode" einsetzen. In so einer Schaltung allein jedoch 1kW umsetzen zu wollen, ist nicht mehr trivial.

PWM solltest du nicht in Erwägung ziehen.



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Theoretisch gibt es zwischen Theorie und Praxis keinen Unterschied. Praktisch gibt es ihn aber.

BID = 1118833

BlackLight

Inventar

Beiträge: 5219


Zitat :
Habt ihr Ideen wie man solch eine Last am besten (und einfachsten und möglichst billig) realisieren könnte?
Wie war das mit dem Dreieck?

Zitat :
The Iron Triangle: Quality, Features, Speed, and Cost "Pick Two"
https://de.m.wikipedia.org/wiki/Pro.....ungen

Bei BLDC scheidet ein Regelkreis imho aus. Das wird nicht stabil laufen. Ich würde DL24/KP184/etc. somit ausschließen.

Bleiben eigentlich nur resistive oder induktive Lasten über.
Was ich schon gesehen habe war ein 1,8 m Turm aus großen Kühlkörpern mit Leistungswiderständen drauf. -> teuer.

Wie schaut es mit einem mechanisch gebremsten oder blockiertem Motor aus?


BID = 1118834

Ltof

Inventar



Beiträge: 9266
Wohnort: Hommingberg


Zitat :
Raphael hat am 10 Nov 2023 20:39 geschrieben :

Die ausgegebenen Spannungen liegen etwa bei 50V DC (nach der Gleichrichtung).

Wie soll sich die Last denn genau verhalten? Wie ein KFZ-Bordnetz zum Beispiel? Bei Überschreiten der 50V fängt der Strom an in das Bordnetz/Akku zu fließen.

Um Solarmodule und einen kleinen Windgenerator für Tests zu belasten, habe ich mir aus fünf Leistungs-NPN, einem großen Kühlkörper, einer Z-Diode und ein paar Widerständen einen Leistungsshunt gebaut, der bei knapp 14 Volt alles verbrät, was von außen rein kommt. Der Knick in der Strom-/Spannungs-Kennlinie ist nicht sehr scharf. Für meine Zwecke reichte das. Mit einem OP und etwas Hühnerfutter kann man das noch exakter definieren. Oder mit einem TL431 und nachgeschalteten Leistungstransistoren. Oder, oder, oder. Zuschaltbare, kaskadierte Leistungswiderstände halte ich für Murx. Alleine die Regelung wird ein großer Spaß.

Falls der Strom lückt und das die Messung zu sehr stört, schaltet man noch einen Kondensator oder einen kleinen Akku dazu.

Für 1kW würde ich statt eines Kühlkörpers eine dicke Aluplatte nehmen und einen Topf Wasser darauf stellen.

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[ Diese Nachricht wurde geändert von: Ltof am 11 Nov 2023  9:51 ]

BID = 1118843

Offroad GTI

Urgestein



Beiträge: 12654
Wohnort: Cottbus

Bei ~15V ist es ja noch relativ einfach, viel Leistung direkt in einem Transistor zu verheizen.
Hier geht es aber um 50V, und da ist es schon nicht mehr so einfach, wenn man sich die SOA verschiedener Transistoren ansieht.

Nehmen wir als Beispiel mal den guten alten 2N3055.
Bei 10V UCE kann er 15A führen. Bei 50V sind es <1,5A.
Beide ist nicht zu empfehlen, da es auch nicht einfach ist, so viel Leistung vernünftig abzuführen. Und an der Grenze sollte ja eh kein Bauteil betrieben werden.
Um halbwegs auf der sicheren Seite zu sein, bräuchte man wohl mindestens 20 Transistoren (egal welchen Typs), welche sich die Leistung aufteilen.

Daher finde ich die Idee mit den Lastwiderständen in Kombination mit einer kleinen elektronischen Last immer noch nicht so schlecht. Entweder selbst gebaut, oder einem vorhandenen Laborgerät mit zu geringer Leistung.




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BID = 1118848

Ltof

Inventar



Beiträge: 9266
Wohnort: Hommingberg

Man kann Kollektorwiderstände einsetzen, so dass der Transistor nicht die ganze Leistung verbraten muss. Die Widerstände sind selbstverständlich passend zu dimensionieren und auch zu kühlen.

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[ Diese Nachricht wurde geändert von: Ltof am 11 Nov 2023 19:15 ]

BID = 1118850

Offroad GTI

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Beiträge: 12654
Wohnort: Cottbus

Klar, das entschärft die Sache.



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BID = 1118865

perl

Ehrenmitglied



Beiträge: 11110,1
Wohnort: Rheinbach


Zitat :
Die ersten Generatoren die ich teste sollen bis ca. 1kW liefern.
Also größenordnungsmäßig die Leistungsaufnahme eines Toasters.

Man könnte sich zwei oder drei davon beim billigen Jakob holen, die Heizwicklungen mit entsprechenden Anzapfungen versehen und mit SCR-Paaren (bei höheren Frequenzen) oder Triacs (bis vllt 100Hz) (oder sogar Relais, falls exakt ohmsches Verhalten gefordert wird) ansteuern.
Der Temperaturkoeffizient dieser Widerstandslegierungen ist recht gering.

Von LKW-Lampen oder 230V Halogenstrahlern (verboten?) würde ich, wegen des sehr großen Unterschieds zwischen Kalt- und Warmwiderstand, absehen, und einer reinen Halbleiterlast ist, abgesehen von den SOA- und Kühlungsproblemen, nicht ganz so einfach ohmsches Verhalten beizubringen.

Andererseits kann man mit einer Halbleiterlast beliebige Stromkurven bzw. Lastarten realisieren, wenn man Geld und Zeit in die Ansteuerung steckt.

Ich nehme doch an, dass diese Generatoren zunächst Wechselspannung liefern?

Mit einem 4-Quadrantensteller im Aufbau sähe die Sache natürlich anders aus.


[ Diese Nachricht wurde geändert von: perl am 12 Nov 2023  1:46 ]


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