Hochstartwinde: Brushless-Regler

Hallo Alex
Ich habe mal die Schaltung, so wie ich sie verbaue, für ein Bild zusammengestellt.



Die Kabellängen und Anordnung entsprechen den jetzigen Stand. Die 10x 330 uF Kondensator habe ich von einem 150A RC-Car Regler. Ich werde mir SMD Kerkos bestellen und direkt an die Brücken löten. Welche Kapazität sollten sie mindestens haben und kann ich dann auf die 10x330 uF verzichten?
Ich habe übrigens mit diesem Aufbau schon 25 Starts gemacht, ohne das es Probleme gab.

Gruß Peter

Uhhh. Da haben wir es doch.

Bei der steigenden Flanke wird schlagartig Strom aus der Versorgung benötigt. Der kommt "kurzfristig" durch die Elkos, da hat aber das Kabel von den Elkos zur Brücke etwas dagegen. Den Strom kann sich nicht schlagartig ändern. Folglich bricht die Spannung ein. So geht es er Zuleitung von der Batterie auch, nur die hat noch mehr Kabellänge und damit mehr Induktivität, die ist also noch träger.

Wenn jetzt die Spannung eingebrochen ist und sich der Strom aufgebaut hat steigt die Spannung wieder schlagartig an und weil deine Elkos mit dem Kabel dann einen "tollen" Schwingkreis bilden hast du diesen Peak am Ende der steigenden Flanke. Wenn der höher ist als die Spannung die die FETs aushalten dann ist Feierabend. Je mehr Strom im Mittel durch die Brücke fließt desto größer ist dein Problem.

An deiner Stelle würde ich die Elkos so wie sie sind ab schneiden und genau über die Brücke montieren. Dann kannst du von denen aus Flächig auf die beiden Versorgungsdrähte gehen. Ggf. reicht das schon.

Nur so am Rande bei 100A und schnellen Schaltfrequenzen (100kHz) gibt es Untersuchungen das die Beine eines TO220-FETs schon zu viel Induktivität haben, das sind 1-10nH je nachdem wo man die abschneidet. Die paar nH machen dann schon den Unterschied zwischen Leben und Tot der Brücke.

Bei dir ist das alles weniger kritisch, deshalb gehts ja so auch bei 24V Versorgung und 100V FETs, aber es muss bei den Daten auch mit 40V FETs 100% stabil laufen.

Die Kerkos wären mir erstmal nicht so wichtig.

Selbstbau-Regler für Brushless-Winde

Selbstbau-Regler für Brushless-Winde

Ja da werde ich mal schauen was unter den gegebenen Platzverhältnissen möglich ist. Über den FETs liegt eigendlich meine Steuerplatine und dann wars das mit dem Platz. Darum waren die Elkos auch nicht in unmittelbarer Nähe untergebracht. Wird jetzt erst mal etwas dauern. Mus erst mal wieder zu Kräften kommen.
Bis bald Gruß Peter

Dann wünsche ich erstmal gute Besserung.

Selbstbau-Regler für Brushless-Winde

Selbstbau-Regler für Brushless-Winde

Hallo Interessierte
Die Schwingung in der Zuleitung hat sich enorm verringert. Durch Verkürzung der Kabel zur zu dem Stützkondensatoren (8x330uF).

Ursprünglicher Aufbau


Gekürzte Kabel


Gruß Peter

Glückwunsch, das doch ein schönes Ergebnis. Ich hoffe es passt noch alles mechanisch.

Jetzt würde ich das erstmal so lassen und gucken ob nochmal was passiert.

Gruß

Alex

Selbstbau-Regler für Brushless-Winde

Selbstbau-Regler für Brushless-Winde

Hallo Interessierte

Nachdem es jetzt so viele neue Erkenntnisse gibt, wird es Zeit mal alles auch mechanisch zusammenzubringen.



Sieht schon etwas verbraten aus. Ist ja auch der Versuchsaufbau und schon oft repariert oder geändert worden.
Gate Widerstände dicht an den MosFets und 100 Ohm, so wie von Alex empfohlen.



Jetzt noch die Kondensatoren so dicht wie möglich an die MosFets und alles ist untergebracht.
Nun kann es losgehen mit dem Test auf dem Flugfeld unter realen Bedingungen.
Werde berichten, ob alles hält.

Gruß Peter

Klasse, Viel Erfolg auf dem Platz. Bitte berichte ob es Probleme gab.

Gruß

Alex

Brushless-Winde mit Selbstbau-Regler

Brushless-Winde mit Selbstbau-Regler

Hallo Alex
Es gab und gibt Probleme.
Schon beim Probe laufen im Bastelkeller habe ich festgestellt, das die Verlustleitung mit den 100 Ohm Widerständen gestiegen ist. Die MosFets wurden heiß, aber auch die 8 Speicherkondensatoren.
Ich habe die Gate Widerstände wider auf 47 Ohm gewechselt wodurch sich die Verlustleistung deutlich verringert hat.
Auf dem Flugfeld hat sich alles gut angefühlt, ich hatte ja schon ca. 25 Starts bei 8 bis 9kg Seilzug mit der Winde gemacht, bevor die neuen Erkenntnisse eingeflossen sind.
Nun hat sich herausgestellt, das bei einem Seilzug bis 8kg alles hält. Sobald ich die Belastung aber erhöhe, gibt es Ausfälle. Bei 10 kg Seilzug gibt es gelegentlich Ausfälle, bei 12 kg brennt der Regler garantiert ab und zwar in dem Moment, wenn der Regler von 100% PWM wegen erreichen des eingestellten Seilzuges die Leistung zurücknimmt und die MosFets getaktet werden. Werde im Bastelkeller Simulationen machen und Bilder von den Messungen posten.
Oszilloskope hat übrigens nach 25 Jahren die Grätsche gemacht. Habe einen neuen angeschafft. Mus mich aber noch mit ihm anfreunden.
Melde mich wieder, wenn ich neue Erkenntnisse habe.
Gruß Peter

Moin Peter,

Das bei 100R die Verlustleistung höher ist war zu erwarten, aber ich befürchte das die 47R jetzt dafür sorgen das die FETs für die 200ns Totzeit des Treibers über die Bodydiode freilaufen. Es könnte sein das dadurch ein Treiber die Füße hoch reißt und die FETs mit nimmt.

Windenbauer schrieb:

brennt der Regler garantiert ab und zwar in dem Moment, wenn der Regler von 100% PWM wegen erreichen des eingestellten Seilzuges die Leistung zurücknimmt und die MosFets getaktet werden.

Zum Vergrößern anklicken....

Es fließen also gute 50A und die FETs machen auf.... Stirbt die Brücke sofort wenn weniger als 100% anliegt oder erst 1-2sec später?

Was stirbt den alles nur 1 FET oder mehrere, vllt. sogar der Treiber?

Gruß

Alex

Reglerausfall

Reglerausfall

Hallo Alex
Den Strom werde ich noch mal messen. Mehr wie 50A werden es aber nicht sein.
Die Brücke stirbt nicht sofort, 1-2 sec können schon vergangen sein.



Die Schadensbilanz 4 MosFets 1 Treiber. Alles bei 10kg Seilzug.

Gruß Peter

Reglerausfall

Reglerausfall

Habe jetzt MosFets IRFB 4110 verwendet und zusätzlich drei Gerkos 680 nF direkt an die Halbbrücken gelötet.




Bis 12kg Seilzug hat der Regler gehalten. 15Kg haben wir noch nicht getestet.

Gruß Peter

Strom lötet aus, Spannung tötet

Strom lötet aus, Spannung tötet

Moin Peter,

super gemacht. Jedoch bedeutet das für mich das du ggf. Überlegen soltest einen Treiber mit einstellbarer Totzeit zuverwenden. Ich würde den LM5106 oder so verwenden. Der ist aber technologisch ne ganz andere Hausnummer als der Antike IR2104.

Gruß

Alex

Strom lötet aus, Spannung tötet

Strom lötet aus, Spannung tötet

Hallo Alex
Beides schon vorgekommen. Vielleicht muss ich die Gate Widerstände doch noch ändern ohne das die Verlustleistung zu stark ansteigt.
Baue mir zur Zeit erst mal einen Leistungs- Prüfstand, damit ich nicht immer auf den Flugplatz fahren muss um den Regler unter Last zu testen. Außerdem kann ich dann auch unter Last messen.



Der mechanische und elektrische Aufbau des Reglers entspricht dem der Winde.
Es fehlt noch die Kupplung um den Windenmotor mit dem zweiten Motor, der als Generator dient zu verbinden. Dann brauche ich noch eine Last und der Leistungs-Prüfstand kann in Betrieb gehen. Es fehlt noch etwas Software und die Möglichkeit einer Strommessung. SD-Card zur Datenaufzeichnung ist vorhanden.
Bin jetzt erst mal eine Woche in Heiligenhafen. Wetter ist ja geeignet um sich den Kopf frei zu pusten.

Gruß Peter

dann mal gute Reise!

Als Last einfach ein paar günstige Lastwiderstände kaufen und in einen Eimer Wasser packen. Der kocht so schnell nicht .

Gruß

Alex

Leistungsprüfstand

Leistungsprüfstand

Die Kopplung zwischen Motor und Generator mit einer Kupplung war nicht zufriedenstellend. Es lief einfach nicht rund. Darum habe ich die Anbindung nun mit einem Zahnriemen realisiert.




Als Last für den Generator habe ich, wie von Alex empfohlen, drei 0,2 Ohm Lastwiderstände verwendet.
Ich habe ein kleines Programm geschrieben, das einen Windenstart mit meinem F3J Modell simuliert. Als Vorlage dienten die Daten der SD-Card.
Es beginnt mit dem Softanlauf, dann eine kurze Phase mit Vollgas in der die Seilspannung aufgebaut wird und am Ende wechselnde Belastungen bis nach ca. 20 Sekunden die Simulation beendet ist.
Die Maximalströme liegen bei etwas über 40 A und nach drei Simulationen ist das Kühlwasser etwas mehr als handwarm.
Bei dieser Belastung ist der Regler noch lange nicht an der Belastungsgrenze.
Als nächste werde ich bei einem realen Windenstart mal die Ströme messen, um meinen Leistungsprüfstand anzupassen.

Gruß Peter

Strombegrenzung

Strombegrenzung

Strombegrenzung als Überlastungsschutz für den Regler.

Die Analyse meiner zahlreichen Regler-ausfälle hatte ergeben, das unmittelbar nach erreichen der eingestellten Seilspannung und zurückregeln der Motorleistung der Regler zerstört wurde.
Bei der Strommessung konnte man deutlich sehen, das zu diesem Zeitpunkt die Stromaufnahme am höchsten ist. Bei einer Einstellung von 10kg Seilspannung waren es ca. 60A. Was der Regler zuletzt immer schadlos überstanden hat. Im weiteren Verlauf des Startvorgangs, pendelt sich die Belastung bei ca. 10 bis 30A ein.

Man kann sich vorstellen, das bei einer Seilspannung von 12 oder gar 15kg die Spitzen-Belastung deutlich höher ist, was den Regler regelmäßig zerstört hatte.

Da die Windensteuerung im Moment bis 60A messen kann, habe ich mal Testweise eine Strombegrenzung von 50 A programmiert, um zu Testen, wie sich das auf den Startvorgang auswirkt.

Beim Starten mit 10kg Seilzug machte sich diese Strombegrenzung nicht bemerkbar.
Ich werde den Messbereich demnächst auf 100A erweitern können und dann mal die Strombegrenzung heraufsetzen um mit einem F3B Modell bei 12 bis 15kg Seilspannung zu testen.

Gruß Peter

Hallo Peter,

danke für die Lösung meines Problems , ich hab das selbe Problem mit gekoppelten Antrieben, die Chinesen bauen einfach keine Motoren mit perfektem Rundlauf. Mit der Riemen-Lösung kann ich sogar meinen Referenzgeber mit einem 2. Riemen anbinden.

Deine Ergebnisse hören sich doch schon mal gut an. Wie misst du den Strom für deine Tests? Und wie hast du die Strombegrenzung implementiert? Als Stromregler oder als Spannungsunterbrechung bei Überschreitung der Grenze?

Du kannst ja test weise mal die Stromgrenze auf 20A setzen um zu sehen ob die Begrenzung arbeitet. Vllt. hat das auch einen positiven Einfluss auf den Seil Zug weil du an der Stromgrenze ja mit konstantem Drehmoment und damit konstanter Seilspannung ziehst.

Gruß

Alex

Strombegrenzung

Strombegrenzung

Hallo Alex

Für die Strommessung habe ich zwei ACS 712 /30A parallel geschaltet, da die gerade greifbar waren. Beim erreichen der Strombegrenzung verringere ich das PWM-Singnal, welches die Motorleistung vorgibt.
Beim Testen der Winde wären kurz vor erreichen der 10kg Seilspannung 60A geflossen, durch die Strombegrenzung auf 50A wurde die Motorleistung zurückgenommen. Die Strombegrenzung hat dabei so gut gearbeitet das der Spitzenstrom maximal 51A betrug. Die Leistungsrückname war beim Startvorgang nicht zu bemerken.
Ich habe mir jetzt den ASC 758 bestellt in der 100A Ausführung damit ich die Strombegrenzung bis maximal 100A erhöhen kann.
Eine Temperaturüberwachung habe ich für die Zukunft auch noch geplant.

Gruß Peter

Hier mal die Darstellung eines Windenstarts.



Die rote Linie zeigt den Verlauf des PWM Signals (Motorleistung). Die Motorleistung steigt erst einmal bis zum Maximalwert an. Die grüne Linie gibt die Seilspannung wieder. Die Seilspannung baut sich langsam auf. Der erste kleine Seilzugverlust ist der Moment, an dem der Segler freigegeben wird. Danach baut sich die Seilspannung weiter auf und die Motordrehzahl nimmt ab. Die obere gelbe Linie zeigt die Akkuspannung an (etwas über 22V am Anfang). Die untere gelbe Linie zeigt den Stromverlauf, der hier auf 45A begrenst ist. Bei steigenden Seilzug nimmt der Strom zu, die Spannung und Motordrehzahl ab. Bei erreichen der 45A Strombegrenzung wird die Motorleistung zurückgenommen und der Strom steigt nur geringfügig über 45A (sonst bis ca. 60A). Die Seilspannung steigt aber weiter bis sie die eingestellten 10kg erreicht. Nun wird die Motorleistung so geregelt, das immer die vorgegebene Seilspannung (helle lila Linie) zur Verfügung steht. Ab Startmitte wird die Seilspannungsvorgabe langsam verringert. Beim loslassen des Fußschalters wird die Motorleistung auf "0" gesetzt und die Bremse aktiviert. Die Seilspannung verringert sich und der Segler klinkt aus. Meist sind dann über 120m Höhe erreicht.

Gruß Peter