Hochstartwinde: Baubericht

S_a_S

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Peter,

bei durchgeschaltetem MOSFET ist der Verlust Ri*I², bei 50A und 2mOhm wären das 5W für Dauer-An. Muss auch erstmal über den Kühlkörper weg, sollte aber problemlos sein.

Schaltverluste sind in dem Bereich, wo der MOSFET nicht voll durchgesteuert ist, deshalb insbesondere lokal auf dem Chip kritisch.
Da gilt U*I - bei 50A und halber Akkuspannung (vereinfachter "Dreiecksansatz" im Ausschaltmoment***) kommen da doch beachtliche Leistungspulse zusammen - bei 6S sind das peaks von 600W, aber nur für die Zeitdauer der Flanken. (Datenblatt IRFB4110 schreibt da was von max 370W, der IPP032N06N nur 188W und ist bezüglich Rth eher noch ungünstiger - Maximum Safe Operating Area und Avalanche-Werte

Wenn ich jetzt vom Treiber die 230ns ansehe (fall + rise) und angenommenen 20kHz =50us Zyklus, sind das zwar "nur" 0,5% der Zeit und wäre mit 2,8W zeitlichem Anteil theoretisch kleiner als die Durchlassverluste.

Bei dieser Messung sind das aber eher 400ns für die fallende Flanke alleine, beide zusammen dann 0,8us/50us * 600W und damit ein gemittelter "Verbrauch" von 9,6W an Schaltverlusten - unahbängig von der Einschaltdauer.

Von daher der Ansatz, das Schalten schneller zu machen (vor allem beim Treiber, wenns geht auch im MOSFET). Klar, bezüglich der im anderen Thread diskutierten Überschwinger müssen dann noch andere Maßnahmen herhalten.

Grüße Stefan

***Klar, wenn mit PWM die Leistung reduziert wird, ist selten der volle Motorstrom anzunehmen. Und unter Vollast und hoher Drehzahl kommutiert der Steller vermutlich eh mit 100% PWM.
Aber im Stillstand ("Blockierstrom") und (träger?) Limitierung über Stromsensor trifft das auf den schaltenden Zweig zu - da ist mangels Gegen-EMK nur der ohmsche Widerstand und die Induktivität der Wicklung limitierend.
 
Verlustleistung
Habe jetzt mal eine Leistungsstufe mit MosFets IPP032N06N aufgebaut.
Um die thermische Anbindung zum Windengestell und die mechanische Belastbarkeit zu verbessern habe ich die MosFets inklusive Anschlussbeine zusätzlich untereinander mit einer Mischung aus Wärmeleitpulver und Uhu Plus verklebt.

20201123_142231.jpg



Sobald alles fertig verdrahtet ist, geht es erst einmal auf den Prüfstand. Bin gespannt, ob alles hält und ob sich die Wärmeentwicklung ändert.
Gruß Peter
 

S_a_S

User
Peter,
das Problem ist auch der Wärmeleitwiderstand zwischen Silizium und Kühlkörperfahne. Selbst wenn die optimal am Kühlkörper angebunden ist, reicht ein zu großer Leistungspuls, um das Silizium lokal zu überhitzen. Wenns mal durchgebrochen ist (Avalanche=Lawine), raucht der Rest auch mit ab.

UHU plus isoliert ganz gut, weniger ist oft mehr. Mechanisch macht das durchaus Sinn.
Aber genug schwarz gemalt, warten wir den Erprobungsbricht ab.

Grüße Stefan
 
Verlustleistung

Um es noch einmal zu verdeutlichen.
Es geht mir jetzt nicht mehr um die plötzliche Zerstörung der MosFets, was durch Stillstand der Winde hervorgerufen wurde.
Der Stillstand wird ja jetzt sicher durch ein Software Update verhindert.
Vielmehr geht es um die übermäßige Erhitzung des Reglers am Ende des Startvorgangs unter hoher Last.
Ich hoffe, das durch den geringeren Innenwiderstand der neuen MosFets sich die Verlustleistung und somit die Temperatur verringert.

Gruß Peter
 
Peter,
dein Ziel ist mir noch nicht so richtig klar.
Um die Stufe zu prüfen wann sie thermisch zerstört wird, sage ich dass man so vorgehen kann.
Ziel: Ermittlung des thermischen Todes der Endstufe und die Messung des maximalen Stromes zur Zerstörung.
Ergebnis wäre eine obere Stromgrenze, die man ermittelt hätte.
Bei solchen Versuchen rate ich dazu die gesamte Elektronik in einer Temperurumgebung von 30 C° zu betreiben. Das ist im Sommer realistisch!
Also nicht vergessen vorwärmen! Wir machen das immer in einem Klimaschrank.
Du wirst sehen, wie schnell die Stufe dann abraucht.
Wenn ich meine Winde ansehe, würde ich die heutige Holzplatte unter dem U Profil mit eine Alu Kühlkörper versehen und die Fets mit Wärmeleitpaste dort verschrauben. Vielleicht kann man die Holzplatte aussparen und die Kühlrippe ebenfalls den Erdboden berühren lassen.
Ich würde nicht die Holzpatte durch ein Aluteil ersetzen, da ich im Sommer gesehen habe, daß die Sonne richtig schöne Wärme auf die Winde bringt.
Ich hatte die zeitweise mit einem Tuch abgedeckt, da sonst das Display nur noch schwarz zeigte!
 
Zuletzt bearbeitet:
Hallo Dieter

Eins vorweg, alle Winden die ich bis jetzt weitergegeben habe sind von dem hier Diskutiertem nicht betroffen. Sie laufen sicher und störungsfrei da sie in der Leistung so begrenzt sind, das sich niemand Sorgen machen muss.

Es geht einzig und alleine um meine Testwinde, die ich zur Feststellung der Leistungsgrenze deutlich mehr belaste (überlaste).

Das Problem des Totalausfalls des Reglers wurde durch den sehr unwahrscheinlichen Stillstand meiner Winde ausgelöst. Dies wird durch ein Software Update in Zukunft verhindert.

Auch ein Überhitzen des Reglers wird rechtzeitig durch Leistungsrücknahme bei allen Winden verhindert.

Wenn ich meine Winde zu Testzwecken aber deutlich mehr belaste (überlaste) erreicht der Regler diese Temperaturen früher und die Leistung wird deutlich vor Startende zurückgenommen. Das betrifft aber wie gesagt nur meine Testwinde und stellt auch keine Gefahr für den Regler dar. Die Kühlfläche selber ist dann aber noch deutlich kühler, da in der kurzen Zeit die Wärme nicht schnell genug von den MosFets abgeführt werden konnte. Darum wird eine Vergrößerung des Kühlkörpers bei diesen Bedingungen sich kaum auswirken.

Besser, die Verlustwärme entsteht gar nicht erst. MosFets mit geringeren Innenwiderstand würden die Verlustwärme sicher mindern, darum möchte ich das erst mal versuchen. Muss nicht unbedingt sein, macht mir aber Spaß.

Sollte das gelingen, würde der Einsatzbereich der Winde sich erweitern.

Gruß Peter
 
Diagramme sagen vielleicht mehr als 1000 Worte

2020-11-29 8kg.png


Ein Start mit 8kg Seilzug. Die grüne Linie bildet die Seilspannung ab. Die rote Linie das PWM Signal des Reglers. Die ersten 3 Sek Softanlauf, dann 100% PWM. Der Seilspannungseinbruch ist die Freigabe des Seglers. Dann Seilzugaufbau bis 8kg und anschließende Verringerung auf 75%. Bei 18Sek Startende, 0% PWM und Entspannung des Seils. Temperaturerhöhung von 30 auf 55 Grad.

2020-11-29 10kg.png

Ein Start mit 10kg Seilzug. Temperaturerhöhung von 26 auf 70 Grad.

2020-11-29 12kg.png


Ein Start mit 12kg Seilzug. Temperaturerhöhung von 40 auf 95 Grad. Der Temperaturschutz greift ab Sekunde 13. PWM Signal wird auf 0% zurückgeregelt. Die Seilspannung verringert sich und wird nur noch durch Seildehnung und Gegenwind gespeist. Nach etwa 20 Sekunden ist der Start mit etwas weniger Höhe aber sicher beendet. Man sieht hier auch, dass obwohl PWM bei 0% die Temperatur durch die Trägheit der Abführung immer noch steigt. Ein größerer Kühlkörper hätte hier wahscheinlich nicht viel verbessert.
PS: Ein Test mit den neuen MosFets kann in Kürze erfolgen.

Gruß Peter
 

S_a_S

User
Ok, dann fehlt Wärmekapazität am Kühlkörper oder Rth zur Umgebungsluft ist zu hoch -> Zwangslüfter

Was passiert denn bei 8kg um1250 rum?

Grüße Stefan
 
Hallo Stefan

Bevor ich die Wärmekapazität am Kühlkörper erhöhe (so klein ist er ja nicht und wird auch nicht übermäßig heiß) teste ich erst mal die neuen MosFets. Das geht jetzt auch erst mal am schnellsten. Vielleicht heute noch. Habe schon alles vorbereitet ist mir nur zu kalt.

Die kleinen Spitzen (8kg 1250) sind Störungen in der Datenaufzeichnung der SD-Karte.

Gruß Peter
 
Hallo Hardcore Windenstarter

Es war so kalt wie ich es befürchtet habe. Als die Sonne verschwand hatte ich deutliche Schwierigkeiten die Winde abzubauen. Aber es hat sich gelohnt.

Nach dem Aufbau der Winde und vor dem ersten Start habe ich durch mehrmaliges Anlaufen den Regler auf eine realistische Anfangstemperatur gebracht. Wie immer war mein Aspire mein Testsegler. Der Wind war schwach, aber meine Hände schon kalt. Trotzdem hat es sich gelohnt neue Erkenntnisse zu sammeln. 5 Starts mit sofortiger Landung habe ich ohne Probleme (abgesehen von den kalten Händen) absolviert. Werde ich wohl nicht wieder machen.

2020-11-29 14kg.png



Wie aus dem Diagramm ersichtlich bin ich mit 14kg Seilzug gestartet. Kurz vor erreichen der 14kg Seilspannung regelt die Strombegrenzung (60A) das PWM Signal zurück. Danach regelt die Seilspannung das PWM. Da die Verlustleistung wie erhofft deutlich geringer ist, muss der Temperaturschutz nicht eingreifen. Temperaturerhöhung von 30 auf 62 Grad. Und das bei 14kg Seilzug!!!

Das wäre mit den IRFB4110 nicht möglich gewesen.

Ich habe jetzt noch zwei Winden in Arbeit. Sobald die fertig sind, und die Temperaturen angenehmer (2021) , gibt es beim Testen weitere Diagramme. Werde die Belastung (Strom und Seilzug) meiner Testwinde weiter erhöhen. Habe dann ja Reserve, falls etwas abbrennt.

Gruß Peter
 
Hallo Stefan, Kai und Dieter und weitere Elektroniker

Nachdem der Einsatz neuer MosFets mit niedrigerem Innenwiderstand sich ganz gut ausgewirkt hat, habe ich mich auf die Suche nach weiteren MosFets gemacht.
Verwendet hatte ich ja erst IRFB4110 100V 180A 370W 0,0045 R dann mit gutem Erfolg IPP032N06N 60V 120A 188W 0,0029 R.

Nun habe ich noch den IRLB3034 40V 195 A 375W 0.0014 R und den IRFB3006 60V 195A 375W 0,0025R gefunden.

Frage an euch, was haltet ihr von den MosFets, könnten sie für mein Vorhaben geeignet sein?

Gruß Peter
 

S_a_S

User
Hallo Peter,

also der IRFB3006 ist deutlich schneller (182ns rise) als der IRLB3034 (827ns), aber immer noch langsamer als die beiden anderen bisher verwendeten.

IRLB hat Schwerpunkt auf direkte Logik-Ansteuerung, da Du eh Treiber verwendest, sollte das nicht ausschlaggebend sein. 40V scheinen mir auch etwas knapp, Überschwinger wird es auch mit Kondensatorbänken geben.

Grüße Stefan
 
Danke Stefan für deine Beratung.

Dann bleibe ich erst mal bei dem IPP032N06N . Scheint im Moment die beste Lösung zu sein. Es sei denn mir kann noch jemand einen besseren MosFet empfehlen.

Was sagt ihr denn zum Diagramm mit 14kg Seilzug.

Gruß Peter
 
Hallo Seilstarter

Heute mal ein wenig weiter gelötet, denn einige Kabel suchen Anschluss.

20201204_165640.jpg


Arduino, Brushless-Steuerplatine und die Kondensator-Platine sind gut zu sehen. Unter den Kondensatoren sind die Mosfets (natürlich IPP032n06n) verbaut. Der gesamte Alugrundkörper dient als Kühlfläche und sollte groß genug sein. Ein Umbau mit einem separaten Kühlkörper oder/und Kühllüfter wäre sehr aufwendig. Darum bin ich auch froh, dass ich die Verlustleistung mit den neuen Mosfets verringern konnte.

Gruß Peter
 
Hallo Peter,

sieht wie immer Klasse aus, da bekmme ich doch gleich wieder Lust meine Winde die über den Lauf der Saison oft im Einsatz war und etwas gelitten hat wieder auf Vordermann zu bringen.
Mal ne ganz andere Frage, hast du ein Gefühl dafür wie viel Verluste in dem Riementrieb stecken? Bin am Überlegen meine Winde auf Strinräder umzubauen (kann den Motor bei mir sehr nahe an die Trommel rücken). Hintergrund, mich stört das Spannen des Riemens, dadruch brauche ich eine Gegenlagerung an der Motorwelle zudem habe ich den Eindruck dass es mit einem Stirnradgetriebe leichtgängiger ist.

Grüße

Felix
 
Hallo Felix
Schön mal wieder etwas von dir zu hören. Ich glaube der Unterschied in der Leichtgängigkeit zwischen Zahnriemen und Stirnrad Getriebe ist nur gering zu Gunsten des Stirnradgetriebes. Ich habe auf Grund meiner Konstruktion nur Zahnriemen verwendet und bin immer ohne zusätzliche Lagerung der Motorwelle ausgekommen. Auch die Belastbarkeit des Zahnriemens war für meine Winde bisher ausreichend.

Gruß Peter
 
Hallo Windenstarter
Heute mal ein wenig weiter gemacht. Verkabelung fertig. Logik mit Spannung versorgt. Display und Menüführung geprüft. Regler mit 2V Testspannung versorgt und Sensoren justiert.

20201213DS1Z_QuickPrint1.png


Sensoren mechanisch so justiert, das für jede Phase ein symmetrischer Verlauf entsteht. Gelbes Signal direkt am Motoranschluss gemessen.


20201213_162943.jpg


Damit sich nichts mehr verstellen kann, werden die Sensoren anschließend verklebt . Die blaue Folie dient als Abstandshalter zu den Magneten und ist mit Trennmittel versehen, damit nichts festklebt.
Dann kann die Winde komplett montiert auf dem Prüfstand unter Last getestet werden. Temperatur, Strom und Spannungssensoren werden dann auch noch kallibriert.

Gruß Windnbauer
 
Hallo Mitleser

Da es hier doch eigentlich recht ruhig ist, wollte ich einmal hören, ob es überhaupt interessierte Mitleser gibt und ob die Mühe lohnt hier zu berichten. Hat vielleicht jemand Interesse selbst eine Winde zu bauen, oder ist er schon dabei? Gerade jetzt müsste doch die Zeit für solche Vorhaben sein.

Ich selbst habe immer wieder viel Spaß etwas zu probieren oder gar zu verbessern. Gerade jetzt, wo Modellflugplätze und Kontakte doch sehr eingeschränkt sind, bietet sich der Bastelkeller für neue Projekte an.

Solltet Ihr auch etwas in Planung haben, dann berichtet doch einfach hier mal von euren Windenprojekten.


Gruß Peter
 
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