Hochstartwinde: Brushless-Regler

[Arne Kerfin]

Guten Morgen zusammen,
ich sehe schon ihr kommt gut voran.
Deinen postiven fortschritte mit der Umkehrspindel finde ich gut da ich diese Lösung auch bevorzuge. Somit kann ich beruhigt die Platine ohne Schrittmotor fertig stellen.
Tatsächlich kam ich bisher noch nicht so viel weiter. Die letzten 2 Wochen bin ich dauernd anderweitig eingespannt und das ändert sich in dieser und nächsten Woche auch erstmal nicht. Deswegen braucht es momentan etwas länger mit dem Layout aber es geht langsam voran.
Ich würde die Bauteile bis 0805 größe wählen da ich das noch gut ohne Lumpe ect. Löten kann. Ich hoffe das die Bauteilgröße für euch auch passt. Kleiner finde ich dann doch etwas schwer von Hand zu Löten.
Wenn ich Neuigkeiten habe dann melde ich mich.
Viele Grüße
Arne

 

[Arne Kerfin]

Hallo zusammen,

ich bin an ein Problem gestoßen. Ich würde eigentlich gerne diesen Drehgeber verbauen jedoch verstehe ich die Verdrahtung der Drehfunktion nicht so ganz. Der Suggested Filter Circuit macht für mich irgendwie wenig sinn wo sind hier meine Ausgänge für den uC ist das Terminal A-C?

Kann mir hier jemand weiterhelfen?

 

[S_a_S]

Arne,
die vorgeschlagene Filterschaltung nimmt auf den maximalen Schalterstrom Rücksicht. Theoretisch wäre auch ein einfacher Pullup und zum Kontakt paralleler Kondensator denkbar, aber der entlädt sich dann beim Schließen mit zu hohem Strom.
Da der Kontakt sowohl beim Öffnen als auch beim Schließen prellen kann (2ms), sollte sowohl steigende als auch fallende Flanke gefiltert werden. Denkbar wäre auch eine SW-Filterung, aber das macht dann (bei zwei phasenversetzten Signalen) die Sache nicht einfacher. Muss ja nicht nur Puls, sondern auch Richtung sauber erkannt werden.
MH1/2 sind nur die Blechklammern, kannst Du auf Masse legen.
C1 Common auf GND und die beiden Signale A1/B1 jeweils über Pullup auf 5V - und von dort über RC-Glied auf den Microcontroller.
Drucktaster hast Du schon verdrahtet, aber auch da noch zu überlegen, ob direkt oder nicht doch per RC gefiltert.

Grüße Stefan

 

[Arne Kerfin]

Hallo Stefan,
danke für die Erkläuterung. Das hilft weiter.
Gruß Arne

 

[Windenbauer]

Es gab Fragen zum einstellen der Hallsensoren.

Vor dem Justieren der Hallsensoren muss der Regler den Motor erst mal drehen.
Um den Regler zum Einstellen der Sensoren zum ersten Mal in Betrieb zu nehmen, muss die Steuerplatine mit Spannung versorgt werden. Der Mikroprozessor wird erst einmal nicht benötigt. Die beiden PWM Eingänge werden vorübergehend an 5V gelegt (volle Leistung).
Damit der Brushless einem nicht um die Ohren fliegt, wird das Leistungsteil aber nur mit ca. 2V versorgt.

Wenn der Motor nicht von alleine dreht, kann man ihn von Hand andrehen. Man müsste dann schon mal merken, das die Motorspulen bestromt werden. Durch verstellen der Sensormagnete kann man die Laufrichtung bestimmen. Sollte sich der Motor für keine Richtung entscheiden können, sind zwei Motoranschlüsse zu tauschen. Sobald der Motor dreht, kann man durch feinfühliges verdrehen der Magnete schon mal eine gute Stellung der Sensoren erreichen (geringste Stromaufnahme bei maximaler Drehzahl). Für die Feineinstellung der einzelnen Sensoren dann so vorgehen wie in Post #140 beschrieben.

Zur Fehlersuche, falls der Motor sich überhaupt nicht regt:
1. Messen ob Signale von den Sensoren zur Steuerplatine vorhanden sind.
2. Messen der Signale von der Steuerplatine zu den MosFets.

Gruß Peter

 

[vivi-56]

Hallo Peter,

vielen Dank!
Das hilft sicher weiter!

Grüße
Siggi

 

[Arne Kerfin]

Hi zusammen,
ich kam langsam voran. Nach vielen neu Zeichnungen und Überarbeitungen habe ich aktuell dieses Ergebnis der Platine. Sie ist noch nicht ganz fertig aber es wird. Die Bauteile sind auch schon auf dem Weg zu mir.

Ich habe ein paar besondere dinge verbaut wie den Drehschalter oder die Wägezelle. Ich weiß nicht ob ihr dennoch anwendung dafür hättet.
Ich denke das nächste mal wäre die Platine dann fertig.
Gruß Arne

 

[Windenbauer]

Hallo Arne

Das sieht ja schon sehr gut aus. Alles kann ich noch nicht richtig deuten. Der mechanische Aufbau und die Montage an der Winde ist mir noch nicht so richtig klar. Die Mosfets hast du stehend auf der Platine vorgesehen. Wie willst du die Kühlung und die Verbindungen zum Lipo und Brushless realisieren. Die Kerkos hast du direkt bei den MosFets platziert, aber wie ist die Verdrahtung zu den dicken Elkos angedacht?

Wenn ich das richtig sehe, hast du die Treiber auf der Steuerplatine unter dem ESP32LoRa angeordnet und die Gate Widerstände direkt an die Treiber. Das heißt, das es zwischen den Mosfets und den Widerständen noch eine Verdrahtung gibt. Bei mir gab es dort Probleme mit Schwingungen auf den Kabeln.

Bin gespannt, wenn du die Platine unter Last testest.

Hast du dir schon Gedanken über den mechanischen Aufbau deiner Winde gemacht?

Gruß Peter

 

[Arne Kerfin]

Hallo Peter,

Wenn ich das richtig sehe, hast du die Treiber auf der Steuerplatine unter dem ESP32LoRa angeordnet und die Gate Widerstände direkt an die Treiber. Das heißt, das es zwischen den Mosfets und den Widerständen noch eine Verdrahtung gibt. Bei mir gab es dort Probleme mit Schwingungen auf den Kabeln.

Das war mir so nicht bewusst und ist gut zu wissen. Das heißt du hast die Gate Widerstände direkt an den Gate des Mosfets gepackt. Dann werde ich dies noch ändern.

Die Kerkos hast du direkt bei den MosFets platziert, aber wie ist die Verdrahtung zu den dicken Elkos angedacht?

Richtig. Auf der Rechten Platine gibt es 2 Lagen. Zur besseren Sichtbarkeit sind diese ausgeschaltet. Die Rote Lage also obere ist GND und verbindet somit alle GND auf der gesamten Platine die Blaue Lage ist VCC. Hier zwei Bilder die nur jeweils die eine Seite zeigen.

die Verbindungen zum Lipo und Brushless realisieren.

Die Verbindung zum Brushless siehst du hier rechts die 3 blauen Pads. Hier werden einfach Kabel aufgelötet. Der Akku wird auf der Roten Lage unten an +Batt und GND angeschlossen.

Wie willst du die Kühlung

Dafür gäbe es nun 2 Möglichkeiten. Die Platine wird so verbunden wie ich sie oben dargestellt habe. Dann ist der Aufbau recht flach und dafür breiter. So müssten die MOSFETS mit einem Kühlkörper oder einer Wärmeleitplatte wie Kupfer oder anderes Metall verbunden werden und die Wärme wird abgeführt. Alternativ könnte man die rechte Platine auch unter die gelegt und gespiegelt. Dann sind die MOSFETS auf der Unterseite und können mit dem Gehäuse verschraubt werden. So ist die Platine jedoch höher.
Ich habe hier versucht die Platine so kompakt wie möglich zu gestalten. Dadurch das du einzelne Module hast sind die natürlich einfacher auf deinem kleinen Bauraum zu verteilen. Ich kann leider keine Widerstände über einem MOSFET platzieren. So ganz gefällt mir das Layout der Leistungsplatine nicht. Die Mosfets stehen doof nach oben ab genauso wie die Elkos. Strom technisch habe ich versucht die Leistungspfade so dick wie möglich zu gestalten. Darum ist VCC auch eine ganze Lage und nicht nur Leiterbahnen. Falls das nicht ausreicht müssen hier noch Leitungen aufgelötet werden.

Hast du dir schon Gedanken über den mechanischen Aufbau deiner Winde gemacht?

Ja habe ich. Hier treffen die ersten Bauteile bei mir ein. Wie schon beschrieben werde ich den Aufbau an deine Winde anlehnen. Ich nutze auch die Umkehrspindel und betreibe diese über den gleichen Motor, genauso wie du. Bei mir wird der Aufbau nur etwas anders sein bezüglich der Seilzugmessung. Hier baue ich ein ähnliche Messvorrichtung wie HerrCules/David und montiere diese beweglich an die Umkehrspindel. Heißt das Seil wird von meine Messvorrichtung entgegen genommen, geführt und durch die Umkehrspindel dann verteilt. Also die Messvorrichtung bewegt sich mit der Umkehrspindel mit. Ich hoffe das ist etwas verständlich.

Wenn es noch Anmerkungen zur Platine gibt bin ich offen. Ich wäre froh wenn ich sie nicht 2 mal bestellen muss weil ich irgendwas doofes vergessen oder falsch gemacht hab.

Gruß Arne

 

[Windenbauer]

Hallo Windenbauer
Heute sind meine Windenmotoren eingetroffen. Leider hat sich der mechanische Aufbau geändert.

Der neue Motor hat jetzt nur noch drei Befestigungsgewinde für den Propeller Adapter. Somit muss ich jetzt erst mal meinen Magnetring anpassen und drucken lassen.


Aber an der Funkwinde selbst habe ich schon weiter gemacht. Der neue Grundkörper (Aluprofil) passt gut und ist jetzt 20mm länger als der alte.

Der neue Grundkörper war nötig, da der ESP32LoRa mehr Platz benötigt. Alle Platinen lassen sich jetzt aber gut unterbringen.

Wenn die Sensoren, der neue Magnetring, Motor und der Regler verdrahtet sind, muss der Motor sich schon mal drehen.

vielen Dank!
Das hilft sicher weiter!

Hallo Siggi, hat es schon geholfen? Berichte doch mal und mach ein paar Bilder von deinen Fortschritten.

Gruß Peter

 

[vivi-56]

Hallo Peter,

ja, es hat sehr geholfen.
Rolf war heute hier und wir waren erfolgreich und haben den Motor zum laufen bekommen und eingestellt. Zieht bei 2 Volt etwa 1,2A. Das war das optimalste was wir hinbekommen haben. Ist das OK? Leider schaffe ich es nicht ein Video einzustellen! Ich schicke Dir diese per WhatsAPP!
Sorry, das die Mitleser es dann nicht sehen können!


Aber uns ist etwas aufgefallen, dass der Motor schon sehr früh anfängt zu bremsen und dann etwa bei 2 Volt 7A zieht. Das erscheint uns nicht richtig, kann aber auch sein das wir falsch liegen. Deshalb anbei auch nochmal ein kleines Video mit dem PWM Signal auf dem Oskar im Hintergrund! Da würden wir uns sehr über Deinen Input freuen!

Nochmals vielen Dank für Deine Unterstützung.
Wir sind erstmal happy !
Viele Grüße Siggi

 

[vivi-56]

Ich werde jetzt mal alles ordentlich zusammen bauen und dann Rolfs Software auf den Arduino spielen und alles kalibrieren.
Dann sehen wir weiter.

 

[vivi-56]

Hallo,

wir waren erfolgreich.
Der Motor läuft mit dem Selbstbauregler.
Die Hall IC`s sind eingestellt.
Auch das Problem mit dem frühzeitigem Bremsen haben wir gelöst.
Das Problem war, dass wir ein normales PWM Signal genommen hatten welches eine Frequenz von?? (500?) hat.
Nun haben wir ein sogenanntes "Fast PWM" Signal! Hier haben wir 20KHz eingestellt!
Damit läuft der Motor super und wir sind zufrieden.

Nun geht es weiter. Zusammenbau, Kalibrieren und Probieren.
Werde berichten.

Vielen Dank an Alle insbesondere Peter für seine immer schnelle Hilfe!

Grüße
Siggi

 

[Windenbauer]

Hallo Siegfried / Hallo Rolf

Beim Testlauf mit 2V Reglerspannung sind 1,2A in Ordnung. Da ich immer mit „Vollgas“ ohne PWM die Sensoren eingestellt habe, kann ich nicht sagen ob 7A bei minimalem PWM normal sind. Ich glaube eher nicht. PWM Signal ist am Power Anschluss bei mir, wie im Schaltplan vermerkt,
7,8 kHz. Auf dem Bremsanschluss 480 Hz.
Je höher die Frequenz am Power Anschluss ist, um so größer ist aber auch die Verlustleistung. Bei euren 500 Hz kam mir der Motor Sound in dem Video auch befremdlich vor. Wie sieht das denn bei 20kHz aus. Und was ist aus den 7A bei geringer Drehzahl geworden?

Gruß Peter

 

[Windenbauer]

Hallo

Habe heute wieder weiter machen können. Da ich die Funkwinde auch mit der Umkehrspindel ausrüsten möchte, musste ich die Seiltrommel etwas kürzen um Platz für das Antriebszahnrad zu schaffen.

Der 10mm Zahnriemen wurde von mir auf 5mm halbiert, damit nicht so viel Platz verloren geht.

Die gelieferte Spindel wurde gekürzt und an beiden Enden passen abgedreht, mit Kugellagern bestückt, sowie das Zahnrad montiert.

Gruß Peter

 

[vivi-56]

Hallo Peter,

mit 20Khz läuft der Motor in allen Bereichen "Butterweich".
Auch der Strom geht sehr stark zurück beim "Shut Down".
Mit anderen Worten er steigt nicht über die vorab gemessenen 1,2 Ampere!

Deine Winde sieht mal wieder gut aus.
Da werde ich mich wahrscheinlich auch noch dran wagen. Aber jetzt erst mal die vorhandene Winde mit Software vernünftig ans Laufen kriegen.

Danke und viele Grüße aus Moers
Siggi

 

[Arne Kerfin]

Hallo Siggi, Hallo Peter,
das klingt ja gut das die Winde schon läuft. Freut mich für euch. An den Videos/Bildern wäre ich ja auch interessiert. Wenn es bei dir nicht glaubt Siggi vielleicht darf sie Peter posten?

Die Info mit der PWM frequenz ist auch interessant. Darüber habe ich mir noch keine gedanken gemacht gehabt. Wie kommt das zustande also könnt ihr euch das erklären warum die Frequenz eine Rolle spielt?

Die Umkehrspindel geht ist bei mir auch auf dem Weg da mein Drucker gerade streikt. Wie hast du die denn gekürzt? Einfach an einem Kreuzungspunkt bündig abdrehen?
Vieel Grüße
Arne

 

[Windenbauer]

Hallo Arne

Videos posten:
Videos habe ich leider auch noch nicht einstellen können. Bilder hat Siggi ja schon gepostet. Könnte gerne mehr sein.

PWM und Verlustleistung:
Sind die Mosfets nicht leitend, ist die Verlustleistung logischer Weise gleich „0“. Sind sie leitend, hält sich die Verlustleistung auf Grund des geringen Innenwiderstandes der Mosfets in Grenzen. Im Wechsel zwischen leitend und nicht leitend gibt es je nach Flankensteilheit einen kurzzeitigen Übergangswiderstand mit Verlustleistung, die sich je nach Höhe der Frequenz mehr oder weniger addiert. Hohe Frequenz= geschmeidiger Lauf aber auch höhere Verlustleistung.

Umkehrspindel kürzen:
Wie du schon vermutet hast, habe ich zwischen den Kreuzungspunkten einfach ein Stück aus getrennt und die beiden Teilstücke mit Hilfe eines Aluminiumrohrs wieder zusammen geklebt.

Gruß Peter

 

[vivi-56]

Hallo,

@Arne: wenn Du mir Deine WhatsUp Nummer gibst, dann schicke ich Dir die gerne. Leider haben wir kein Video gemacht wie der Motor jetzt läuft.
Hole ich nach und schicke ich dann.

Bin beim Zusammenbau der Winde.
Da wir ja einen Arduino Mega mit Touchdisplay verwenden schicke ich dann noch Bilder wenn alles zusamengebaut ist.

Grüße
Siggi

 

[RolfK]

Hallo zusammen,
ich unterstütze Siggi bei der Programmierung, hatte mich bereits mal kurz vorgestellt.

Wir hatten zunächst das PWM Signal klassisch mit analogWrite erzeugt. Bei unserem Arduino Mega bedeutet dies eine Frequenz von 490 Hz.
Bei Vollgas lief der Motor bei 2 Volt mit ca. 2 Ampere. Bei einem mittleren Duty Cycle zog der Motor über 7 Ampere und hörte sich ungesund an.

Nach entsprechende Recherche sind wir zu folgender Erkenntnis gelangt:
Bei der Pulsweitenmodulation kommt es in jedem PWM Zyklus sowohl zu einer Stromzunahme als auch zu einer Stromabnahme. Die Abweichung zwischen niedrigstem und höchstem Stromwert wird als Rippelstrom bezeichnet. Ein hoher Rippelstrom kann problematisch sein; er sollte daher so niedrig wie möglich gehalten werden. Ein hoher Rippelstrom verursacht hohe Motorverluste. Konkret werden durch den Rippelstrom zwei Arten von Verlusten verursacht, Wirbelstromverluste und Eisenverluste.

Siehe auch : https://www.portescap.com/de-de/wis...r-ansteuerung-bürstenloser-gleichstrommotoren

Eine höhere Frequenz verkürzt die Zykluszeit der PWM, so daß der Rippelstrom reduziert wird.
Sorry Peter, das wir zu einem anderen Ergebnis gekommen sind. Ich hatte den Hinweis bei meiner Recherche gefunden und fand das logisch.
Wir haben verschieden Frequenzen mit folgendem Sketch ausprobiert und waren mit dem Ergebnis bei 20Khz zufrieden.
Der Sketch nutzt folgende Library: https://github.com/khoih-prog/AVR_PWM

// siehe Fast PWM Library : https://github.com/khoih-prog/AVR_PWM

#include "AVR_PWM.h"
#define StartSwitch 45
#define PWM_IN_pin 5
#define PWM_SD_pin 4
#define Poti A3
#define _PWM_LOGLEVEL_ 0
#define pinToUse PWM_IN_pin // Timer3A on Mega
//creates pwm instance
AVR_PWM* PWM_Instance;
float frequency;
float dutyCycle;
void setup() {
Serial.begin(115200); // initialize serial communication
Serial.print(F("\nStarting PWM_Basic on "));
Serial.println(BOARD_NAME);
Serial.println(AVR_PWM_VERSION);
pinMode(pinToUse, OUTPUT);
pinMode(StartSwitch, INPUT_PULLUP);
frequency = 20000;
PWM_Instance = new AVR_PWM(pinToUse, frequency, 0);
}
void loop() {
int val = analogRead(Poti); // read duty cycle
dutyCycle = map(val, 0, 1023, 100, 1); // scale it to use (value between 0 and 100)
Serial.println(dutyCycle);
PWM_Instance->setPWM(pinToUse, frequency, dutyCycle);
if ((digitalRead(StartSwitch))) {
analogWrite(PWM_SD_pin, 255); // Shut Down PWM Input duty cycle 100%
} else {
analogWrite(PWM_SD_pin, 0); // Shut Down PWM Input duty cycle 0%
}
delay(10);
}

Viele Grüße Rolf