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Synchronmotor bedaempfen

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Michael Eggert
Guest

Sun Feb 28, 2010 3:37 pm   



Michael Koch wrote:

Moin!

Quote:
Vergiss nicht einen Stahlkäfig drumherum zu bauen. Die Belastung der
Scheibe durch Zentrifugalkräfte dürfte nahe an der Zerreiss-Grenze
liegen.

Das geht so leider nicht, aber im Betrieb hält sich niemand in der
Schusslinie auf.

Gruß,
Michael.

Michael Eggert
Guest

Sun Feb 28, 2010 3:45 pm   



horst-d.winzler wrote:

Moin!

Quote:
Eine Synchronmaschine kann im "Pendelzustand" das Phasenvorzeichen
ändern. Sie wirkt dann als Generator.
Wie niederohmig ist die Quelle, wenn sie Strom aufnehmen muß? Wink

Dicker low-ERS-Elko auf 24V -> 3 Halbbrücken je 2 IRF1010N.
Sobald der Elko durch Rückspeistung 0,7V höher aufgeladen wird als die
24V der Quelle, macht ein Transistor auf und verheizt alles
überflüssige.
Bremsen durch Verlangsamen der Frequenz funktioniert auch einwandfrei.

Da ich beim Schwingen aber am Netzteil nur eine Strommodulation von 10%
sehe, ist der Rotor aber wohl weit davon entfernt, bis vors Feld zu
laufen.

Gruß,
Michael.

Michael Eggert
Guest

Sun Feb 28, 2010 4:28 pm   



Volker Bosch wrote:

Moin!


Quote:
Hm... Lastsprünge habe ich ja nicht.

Bitte? Wenn Du mit dem Finger in die Scheibe greifst, wie eingangs
von Dir beschrieben, dann ist das für die Maschine ein Lastsprung. Wenn Du
aber keine Lastsprünge hast, warum regst Du Dich dann über das Pendeln auf?
Die Maschine pendelt wirklich nur bei Lastsprüngen.

Leider schaukelt er sich - je nach Drehzahl - auch von alleine auf.
Tut er das nicht, kann ichs von Hand provozieren und sehe dann, daß die
Dämpfung sehr gering ist.


Quote:
Die bessere Lösung wäre eine rotorlagegeregelte Kommutierung mit
überlagerter Drehzahlregelung.

Wenn, dann Phasenregelung, ich brauche die starre Kopplung. Aber das
wäre doch schon extrem unelegant, dazu einen Motor mit (vergleichsweise)
starrer Kopplung erstmal weich zu machen, um ihn durch die Regelung
wieder starr zu bekommen.


Quote:
Was ich maximal machen könnte, wäre vielleicht einen Hülse aus 0,1mm
Kupferfolie in die Glocke zu legen. Könnte das auch schon was bringen?

Käme auf einen Versuch an. Aber vermutlich bringt das nicht so wahnsinnig
viel. Da die NdFeB-Magnete ebenfalls recht niederohmig sind, wäre es
vermutlich wirkungsvoller, wenn Du die Magnete untereinander flächig
elektrisch leitend verbinden könntest, also die mit Epoxy gefüllten Spalte
auskratzt und die Magnet durch eingeschobene Kupferbleche flächig
verbindest oder zumindest stirnseitig verbindest.

Nunja, das auszukratzen, zudem einem entsprechendes Werkzeug ja gleich
vom Magneten der Hand gerissen wird und man auch noch aufpassen muss,
daß man die Megnete nicht abreißt, wird sicher extrem wenig Spaß machen.
Neukauf, zumindest der Glocke, wäre sicher zweckdienlicher.

Ich kann mir allerdings noch nicht so recht vorstellen, daß da bei einer
relativen Bewegung mit 1-2Hz und nur wenigen Grad Amplitude (und das im
aufgeschaukelten Zustand) im Normalbetrieb ein nennenswert dämpfendes
Drehmoment entsteht.

Quote:
Du weist aber nicht, in welche Richtung die Maschine pendelt (nimmt die
mech. Last zu oder ab?); kannst also nicht entscheiden, ob die Spannung
erhöht oder reduziert werden soll.

Kleine Winkeländerungen durch Laständerungen kann ich verschmerzen,
solange nichts anfängt zu schwingen.

Quote:
Kommst Du nicht stirnseitig an die Rotorglocke heran? Dann könnest Du dort
drei Hallsensoren im Streufeld der Magnete anordnen.

Das wäre dann wieder mit einer Schaltungsänderung verbunden, dafür fehlt
mir im Moment leider die Zeit...

Gruß,
Michael.

Joerg
Guest

Sun Feb 28, 2010 6:14 pm   



Marcel Müller wrote:
Quote:
Hallo!

Joerg wrote:
Ja. Aber wenn die Geschichte auch ohne Belastungsstörung anfängt zu
schwingen, dann heißt das, daß das ganze kritisch ist. Und einen
kritischen Prozess durch ein einmaliges Gegensteuern in den Griff
bekommen zu wollen, ist doch absolut banane.

Ist nicht Banane, eine Menge Systeme in der Raumfahrt arbeiten die
ganze Zeit kritisch, fast bis zum Erreichen der "Reiseflughoehe". Da
wird geregelt was das Zeug haelt

Sagt er doch. Im geregelten Zustand ist das System nicht mehr kritisch.
Aber dazu sind dauernd Regeleingriffe vonnöten.


Das ist es: Man muss eine zweite Regelschleife drumlegen und die _immer_
mitlaufen haben. Denn Michael wird nicht wissen koennen wann eine
Stoerung eintritt. Genausowenig wie man bei Aerospace weiss wann eine
Boe oder eine Vibration kommt, oder wann irgendein Teil Space-Abfall
dagegen knallt.


Quote:
und wenn die Regelung auch nur fuer einige Millisekunden nicht
funktionieren wuerde kaeme das in den Abendnachrichten, mitsamt
Bildern von herabregnenden gluehenden Brocken ;-)

In memoriam Ariane 5 :-)


Leider gab es noch mehr Faelle, auch bemannt :-(

--
Gruesse, Joerg

http://www.analogconsultants.com/

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Joerg
Guest

Sun Feb 28, 2010 6:26 pm   



Volker Bosch wrote:

[...]

Quote:
Die bessere Lösung wäre eine rotorlagegeregelte Kommutierung mit
überlagerter Drehzahlregelung. Für diese könntest Du dann den vielgelobten
PID-Regler einsetzen (mit einer kleinen Einschränkung: Die Frequenz mit der
Deine Drehzahlinformationen kommen ist nicht konstant -- zumindest beim
Hochlauf).


Exactamente. Wobei hier Trick 17 moeglich ist, wenn der PID in Software
geloest ist (geht aber auch bei HW): Man passt dessen Eigenschaften
gleitend an, falls Lastwechsel schon beim Hochlauf abgefangen werden
muessen.

[...]

--
Gruesse, Joerg

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Joerg
Guest

Sun Feb 28, 2010 6:30 pm   



Michael Eggert wrote:
Quote:
Volker Bosch wrote:

Moin!


Hm... Lastsprünge habe ich ja nicht.

Bitte? Wenn Du mit dem Finger in die Scheibe greifst, wie eingangs
von Dir beschrieben, dann ist das für die Maschine ein Lastsprung.
Wenn Du
aber keine Lastsprünge hast, warum regst Du Dich dann über das Pendeln
auf?
Die Maschine pendelt wirklich nur bei Lastsprüngen.

Leider schaukelt er sich - je nach Drehzahl - auch von alleine auf.


Dann ist die Regelung nicht optimal, z.B. wenn keine PID-Charakteristik
eingebaut ist.


Quote:
Tut er das nicht, kann ichs von Hand provozieren und sehe dann, daß die
Dämpfung sehr gering ist.


Die bessere Lösung wäre eine rotorlagegeregelte Kommutierung mit
überlagerter Drehzahlregelung.

Wenn, dann Phasenregelung, ich brauche die starre Kopplung. Aber das
wäre doch schon extrem unelegant, dazu einen Motor mit (vergleichsweise)
starrer Kopplung erstmal weich zu machen, um ihn durch die Regelung
wieder starr zu bekommen.


Genau das tun viele Systeme. Eines der bekannteren ist Traction Control
bei Autos (ASR?). Da hast Du einen kernigen harten Motor der
Sportwagenklasse und man macht ein Plueschkissen draus, aber nur solange
wie noetig.

[...]

--
Gruesse, Joerg

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Volker Bosch
Guest

Sun Feb 28, 2010 6:39 pm   



Michael Eggert <m.eggert.nul_at_web.de> wrote:

Quote:
Leider schaukelt er sich - je nach Drehzahl - auch von alleine auf.
Tut er das nicht, kann ichs von Hand provozieren und sehe dann, daß die
Dämpfung sehr gering ist.

Wie sehen die Ströme in den Maschinensträngen aus? Wenn die sinusförmig
sind, sollte sich die Maschine eigentlich nicht selber aufschaukeln,
allenfalls das Nutrasten könnte noch anregend wirken. Dazu könnte man den
Stator oder die Rotormagnete schrägen (aber dazu ist's jetzt auch zu spät).
Legst Du ein sinusförmiges Drehspannungssystem an die Maschine an? Wie
erzeugst Du dieses Spannungssystem, durch PWM? Wenn ja, werden die drei
Halbbrücken auch um 120° phasenversetzt pw-moduliert?

Quote:
Die bessere Lösung wäre eine rotorlagegeregelte Kommutierung mit
überlagerter Drehzahlregelung.

Wenn, dann Phasenregelung, ich brauche die starre Kopplung. Aber das
wäre doch schon extrem unelegant, dazu einen Motor mit (vergleichsweise)
starrer Kopplung erstmal weich zu machen, um ihn durch die Regelung
wieder starr zu bekommen.

Oder auch nicht, wenn es nicht anders geht...

Besorg' Dir den folgenden Artikel: "Alois Weschta: Pendelmomente von
permanenterregten Synchron-Servomotoren. etz Archiv 1983, Vol. 5 Nr. 4,
Seiten 141--144."

Die Schlussfolgerung möchte ich Dir nicht vorenthalten:
"Das Stabilitätsverhalten der frequenzgesteuerten, dauermagneterregten
Synchronmaschine (...) kann bei Kenntnis der el. und der mech.
Zeitkonstanten vollständig beurteilt werden. Es stellt sich jedoch im
allgemeinen heraus, daß der Motor ausschließlich im unteren Drehzahlbereich
stabil betrieben werden kann. Daher ist nur bei kleinen Maschinen mit
niedrigen Nenndrehzahlen eine Frequenzsteuerung möglich. Bei allen anderen
Motoren muß auf die aufwendigere Ableitung der Frequenz der Klemmenspannung
aus dem Winkel des Läufers zurückgegriffen werden."

Dieser Artikel war der Grund, warum wir 1992 ein Einzelspindelantriebssystem
für Textilmaschinen rotorlageabhängig kommutiert haben und nicht
frequenzgeführt, auch wenn das in Sachen Gleichlauf der geplanten 1200
Spinnstellen die elegantere Lösung gewesen wäre...

Quote:
Kleine Winkeländerungen durch Laständerungen kann ich verschmerzen,
solange nichts anfängt zu schwingen.

Da das System schwingungsfähig ist, wird es nach jeder Anregung schwingen.

Quote:
Kommst Du nicht stirnseitig an die Rotorglocke heran? Dann könnest Du dort
drei Hallsensoren im Streufeld der Magnete anordnen.

Das wäre dann wieder mit einer Schaltungsänderung verbunden, dafür fehlt
mir im Moment leider die Zeit...

Tja, einen Tod muss man sterben...

--
****----*-------*-------*-------*-------*-------*-------*-------*----****
*\ Viele -- Volker Bosch \***
**\ Gruesse aus -- E-Mail: vsbosch_at_t-online.de \**
***\ Stuttgart -- http://www.s-line.de/homepages/bosch \*

Joerg
Guest

Sun Feb 28, 2010 6:46 pm   



Michael Eggert wrote:
Quote:
Joerg <invalid_at_invalid.invalid> wrote:

Moin!

Das sagt nicht viel ueber die Implementierung aus wenn man nicht den
Code durchgeht, nur eben dass auch sie mit PID arbeiten. Ich wuesste
ehrlich gesagt nicht wie Du das ohne hinbiegen willst.

Klar kann man vieles regeln. Ich hätte neben der halbwegs konstanten
Drehzahl aber auch gern noch eine möglichst starre Phasenbeziehung
zwischen Motor und Referenz. Momentan hab ich die, bis auf ein paar
Grad Schwingung. Wenn ich das Feld aber nicht mehr konstant drehe
sondern dem Motor vorneweg, dann kann ich auch gleich nen DC-Motor
nehmen.


Bei einer uebergelagerten PID-Schleife wird die starre Bindung nur
kompromittiert bis die Schwingung abgefangen ist. Ich kenne Deine Anlage
nicht, aber vermutlich koenntest Du tatsaechlich einen DC Motor nehmen.
In meinen Faellen war die Motortechnologie (Stepper oder DC) bisher an
sich egal, wir haben uns dann anhand von Angebot und Preis entschieden.
In einem Produkt hatte ich die ganzen Stepper rausgeworfen, was bei den
Ingenieuren dort etwas Unmut bereitete, aber es kostete nur noch 30% und
mit Regelung konnte man keinen Unterschied feststellen.

--
Gruesse, Joerg

http://www.analogconsultants.com/

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Volker Bosch
Guest

Sun Feb 28, 2010 7:16 pm   



Nun muss ich doch noch einen Lösungsvorschlag präsentieren:

Bau' die Maschine auf rotorlageahängige Kommutierung um, beispielsweise
durch Einbau von Hallsensoren im Streufeld der Rotormagnete, wie schon von
mir vorgeschlagen, oder durch sensorlose Rotorlageerfassung, beispielsweise
mittels Back-EMF. Dann betrachtest Du das System aus Maschine und Umrichter
als VCO, also als spannungsgesteuerten Oszillator (wobei die Ausgangsfreuenz
das Signal der Lagegeber ist, die Du per XOR-Gatter auf ein gemeinsames
Tacksignal der dreifachen Frequenz vernudelst) und synchronisierst den "VCO"
ähnlich einer PLL auf Dein Referenzsignal. Die einzige Änderung wäre, neben
den Lagegebern, ein PW-Modulator, der eine analoge Steuerspannung
verarbeitet. Von Kontronik gibt es die sensorlosen ELOs auch mit
Steuerspannungseingang (wobei dort aber vermutlich ein ADC mit begrenzter
Auflösung und Abtastrate dahinter steckt). Eleganter wäre es, Deinen
PW-Modulator klassisch aufzubauen, also die Sollspannung mittels
Komparator gegen ein Sägezahn- oder Dreicksignal zu vergleichen. Dann fährst
Du die Maschine gesteuert über ein Spannungssignal in die Nähe der
Solldrehzahl und übergibst anschließend den Steuerspannungseingang an den
Phasendetektor der PLL (bei allfälligen Patentanmeldungen beanspruche ich
den Rang eines Miterfinders).

Zum Aufbau einer PLL gibt es hier genügend Analogies, da mach' ich mich
lieber nicht lächerlich -- Jörg, übernehmen Sie... ;-)

--
****----*-------*-------*-------*-------*-------*-------*-------*----****
*\ Viele -- Volker Bosch \***
**\ Gruesse aus -- E-Mail: vsbosch_at_t-online.de \**
***\ Stuttgart -- http://www.s-line.de/homepages/bosch \*

Michael Eggert
Guest

Sun Feb 28, 2010 7:22 pm   



Joerg wrote:

Moin!

Quote:
Das ist es: Man muss eine zweite Regelschleife drumlegen und die _immer_
mitlaufen haben.

Eine kontinuierliche Regelung ist aber was anderes, als Du geschrieben
hattest (Schwellwert festlegen und bei Überschreiten maximale Spannung
fahren).

Gruß,
Michael.

Michael Eggert
Guest

Sun Feb 28, 2010 7:24 pm   



Joerg wrote:

Moin!

Quote:
Leider schaukelt er sich - je nach Drehzahl - auch von alleine auf.

Dann ist die Regelung nicht optimal, z.B. wenn keine PID-Charakteristik
eingebaut ist.

Welche Regelung?

Gruß,
Michael.

Michael Eggert
Guest

Sun Feb 28, 2010 7:57 pm   



Volker Bosch wrote:

Moin!

Quote:
Wie sehen die Ströme in den Maschinensträngen aus?

Die hab ich noch nicht gemessen.

Quote:
Wenn die sinusförmig
sind, sollte sich die Maschine eigentlich nicht selber aufschaukeln,
allenfalls das Nutrasten könnte noch anregend wirken.

Ich kann mir schwer vorstellen, daß es daran läge. Es liegen 6
Wicklungen (12 Nuten) 14 Magneten gegenüber (7 Feldumdrehungen je einer
mechanischen Umdrehung), das heißt, pro Umdrehung steht 21 mal ein
Magnet direkt einem Pol gegenüber (und 42mal einer Nut). Die
Pendelbewegung hingegen hat so 1-2Hz bei 50 Umdrehungen pro Sekunde. Da
liegen Anregung und Resonanz _derart_ weit auseinander....

Quote:
Legst Du ein sinusförmiges Drehspannungssystem an die Maschine an?

Ja.

Quote:
Wie erzeugst Du dieses Spannungssystem, durch PWM?

Ja. 80 kHz, 3 Halbbrücken, also Push/Pull, einer der Transistoren ist
immer an. Dahinter dicke Induktivitäten und MKP(?)-Kondensatorklötze.
Werte hab ich nicht im Kopf, aber die Spannung schaut wirklich sauber
aus - muss sie auch, sonst würden mir benachbarte Messgeräte das auch
übelnehmen. Noch ein Grund für Sinusbetrieb.

Quote:
Wenn ja, werden die drei
Halbbrücken auch um 120° phasenversetzt pw-moduliert?

Wie meinst Du das? Der Sinus hat saubere 120° zueinander, die PWM-Pulse
nicht. Das bügelt das LC-Filter aber platt.


Quote:
Besorg' Dir den folgenden Artikel: "Alois Weschta: Pendelmomente von
permanenterregten Synchron-Servomotoren. etz Archiv 1983, Vol. 5 Nr. 4,
Seiten 141--144."

Ja prima, etz müssten wir in der Bibliothek haben.


Quote:
Die Schlussfolgerung möchte ich Dir nicht vorenthalten:

| ausschließlich im unteren Drehzahlbereich stabil

Oh ooh...

Quote:
Kleine Winkeländerungen durch Laständerungen kann ich verschmerzen,
solange nichts anfängt zu schwingen.

Da das System schwingungsfähig ist, wird es nach jeder Anregung schwingen.

Darum ja der Ansatz, die durch den Motor bedingte, phasenversetzte
Gegenkopplung durch den Stromanstieg zu reduzieren...

Gruß,
Michael.

Michael Eggert
Guest

Sun Feb 28, 2010 8:13 pm   



Volker Bosch wrote:

Moin!

Quote:
Nun muss ich doch noch einen Lösungsvorschlag präsentieren:

Bau' die Maschine auf rotorlageahängige Kommutierung um
[und Regelung über die Spannung]


Das ist je genau das, was Jörg mit seit 20 Postings immer wieder
vorschlägt. Wie gesagt gefällt mir das überhaupt nicht.

Gruß,
Michael.

Volker Bosch
Guest

Sun Feb 28, 2010 8:33 pm   



Salut Michael,

Michael Eggert <m.eggert.nul_at_web.de> wrote:

Quote:
Ja. 80 kHz, 3 Halbbrücken, also Push/Pull, einer der Transistoren ist
immer an. Dahinter dicke Induktivitäten und MKP(?)-Kondensatorklötze.
Werte hab ich nicht im Kopf, aber die Spannung schaut wirklich sauber
aus - muss sie auch, sonst würden mir benachbarte Messgeräte das auch
übelnehmen. Noch ein Grund für Sinusbetrieb.

Das Filter könnte ein Problem darstellen. Lass' es mal versuchsweise weg.
Eine Drehstrommaschine über "dicke" Induktivitäten zu speisen, ist meist keine
gute Idee, da es sie "weicher" macht.

Quote:
Wie meinst Du das? Der Sinus hat saubere 120° zueinander, die PWM-Pulse
nicht. Das bügelt das LC-Filter aber platt.

Die PWM der drei Stränge solle auch um 120° phasenverschoben sein; damit
verdreifacht sich die Frequenz der Oberschwingnungen im Strom, dann kannst
Du evtl. auch auf das Filter verzichten.

Die Stromform würde mich noch interessieren. Kannst Du sie nicht mal
schnell mit einer Strommesszange oszillografieren und fourieranalysieren?

Quote:
Da das System schwingungsfähig ist, wird es nach jeder Anregung schwingen.

Darum ja der Ansatz, die durch den Motor bedingte, phasenversetzte
Gegenkopplung durch den Stromanstieg zu reduzieren...

Dann solltest Du aber wissen, ob der Strom induktiv oder kapazitiv ist,
ansonsten kannst Du über die Spannung nicht gegenregeln -- aber ich
wiederhole mich :-(

Quote:
Nun muss ich doch noch einen Lösungsvorschlag präsentieren:

Bau' die Maschine auf rotorlageahängige Kommutierung um
[und Regelung über die Spannung]

Das ist je genau das, was Jörg mit seit 20 Postings immer wieder
vorschlägt. Wie gesagt gefällt mir das überhaupt nicht.

Nicht ganz. Anstatt über einen analogen, frequenzproportionalen
Spannungssollwert würde mein Vorschlag auf eine Sollfrequenz regelen und
zwar exakt auf diese Frequenz, lediglich mit einem prinzipbedingten
Phasenversatz. Aber wenn Du nicht willst, kann ich leider nicht helfen.

Bring' ordentlich Reibung ins System, dann wirds auch stabil :-(

--
****----*-------*-------*-------*-------*-------*-------*-------*----****
*\ Viele -- Volker Bosch \***
**\ Gruesse aus -- E-Mail: vsbosch_at_t-online.de \**
***\ Stuttgart -- http://www.s-line.de/homepages/bosch \*

horst-d.winzler
Guest

Sun Feb 28, 2010 8:43 pm   



Michael Eggert schrieb:
Quote:
horst-d.winzler wrote:

Moin!

Eine Synchronmaschine kann im "Pendelzustand" das Phasenvorzeichen
ändern. Sie wirkt dann als Generator.
Wie niederohmig ist die Quelle, wenn sie Strom aufnehmen muß? ;-)

Dicker low-ERS-Elko auf 24V -> 3 Halbbrücken je 2 IRF1010N.
Sobald der Elko durch Rückspeistung 0,7V höher aufgeladen wird als die
24V der Quelle, macht ein Transistor auf und verheizt alles überflüssige.
Bremsen durch Verlangsamen der Frequenz funktioniert auch einwandfrei.

Da ich beim Schwingen aber am Netzteil nur eine Strommodulation von 10%
sehe, ist der Rotor aber wohl weit davon entfernt, bis vors Feld zu laufen.


Das sollte reichen.
Hier einige Links zu Stromrichtermotoren:
http://www.springerlink.com/content/x8723712q71547x2/
http://www.matronic.com/pdf/produktarchiv_news/A3933.PDF
http://www.dejagnu.de/labore/antriebstechnik/homepage/html/prof__dr__biechl.html
Sollte fürs Erste reichen.
Stichwort: Stromrichtermotoren
--
mfg hdw

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