Motoranlaufstrom begrenzen

Begonnen von picass, 11.01.2025, 13:59:50 CET

Vorheriges Thema - Nächstes Thema

picass

Bei meinem Keller-Entwässerungs-Projekt wird in einem gut einem Meter langen Rohr, welches vom Kellerboden in den Untergrund getrieben ist, das sich ansammelnde und übergriffige Grundwasser hoch gesaugt und entsorgt. Die Pumpe ist eine handelsübliche Pumpe, welche in Sportbooten dafür sorgt, u.a. die Bilge (tiefste Stelle) zu entleeren. Sie wird mit 12 Volt und 4 Ampere als Betriebsparametern angegeben. Und die haut mir eine Schmelzsicherung nach der anderen raus. 4-A-SI's werden nur 3 Sekunden alt, aber auch "Festere" gingen schon über den Rhein und danach über den Jordan. Diese SIs sind teuer. Die Pumpe und ihre Einsatzumgebung gibt keinen Anlass für Überstrom, es bleibt nur die Anlauf-Problematik.
Gesucht wird eine möglichst einfache Begrenzung für den Anlaufstrom.
Grüße, picass

^Cobra

Über eine pwm und mosfet könntest du die erste Sekunde langsam hochrampen.

picass

Das klingt für mich wieder verdächtig nach Assembler-Programmierung - pfui bäh - und wenn schon nicht Tabellen-Kalkulation, dann doch nach solcher T-Anwendung. Überlege über mein Mittagsschläfchen hinweg, ob ich das als einfach durchgehen lassen kann.
Grüße, picass

^Cobra

Zunächst mal musst du das nicht in Assembler oder mit ein PIC machen.
Und sehr viele Controller haben PWM on Board, also als Hardware modul.
Wenn du es also in einer Art Hochsprache machst, wirst du da ebenfalls eine Bibliothek haben, wo du dann einstellst welcher Pin welche Frequenz ausgibt.
Dazu dann noch ein Takt von 100ms o.ä. und bei jeden Takt wird die PWM angehoben.
In Assembler schreibst du auch "nur" in die Register für Frequenz, Ausgang, Verhältnis. Ist also Überschaubar würde ich sagen.

Kannst dir das auch über Hardware aufbauen, ob das leichter ist weiß ich aber nicht :D Oder du nimmst ein Widerstand der den Strom sicher auf 3,9A Begrenzt und nach einer Zeit wird der Widerstand überbrückt. Der Widerstand müsste aber auch mal eben 4A abkönnen.


pic18

ich würde eine einfache Strombegrenzung mit einem NPN Transistor nehmen. Einfach die Eingangsspannung am Kollektor anlegen und einen Widerstand zwischen Basis und Emitter legen. Ausgangsspannung ist am Emitter. Den Widerstand so auslegen, dass zwischen Basis und Emitter ca. 0,7V beim Nennstrom (4A) abfällt. Die Leistung am Widerstand würde ich mit der Formel P=i²*R bzw. P=U²/R auslegen, wobei auch ein Teilstrom über den Transistor fließt. Wenn du möchtest, dann kannst Du vor dieser Schaltung noch eine Spannungsbegrenzung mit Z-Diode, Vorwiderstand und einem NPN Transistor schalten.
Alternativ kannst Du auch einen einfachen Motorschutzschalter verwenden. Ich weiß nicht wie deine Versorgungsspannung aussieht.

picass

#5
Zitat von: ^Cobra in 11.01.2025, 14:42:36 CETKannst dir das auch über Hardware aufbauen, ob das leichter ist weiß ich aber nicht :D Oder du nimmst ein Widerstand der den Strom sicher auf 3,9A Begrenzt und nach einer Zeit wird der Widerstand überbrückt.
Als einfacher Mann des Volkes und der Elektronik - siehe anderen, aktuellen Fred - werde ich zu meinen Elektronik-Wurzeln zurück kehren und habe eine Hardware-Lösung gesucht. Und die sieht exakt so aus, wie von dir beschrieben: Über einen Widerstand, welcher genau den "normalen" Betriebsstrom für die Pumpe (muss noch gemessen werden) zulässt, wird der Pumpenmotor gestartet, wobei ein darüber hinaus schießender Strom schlicht nicht durchs Nadelöhr gelangen kann. Weil an so'nem Lastwiderstand aber doch dauerhaft Hitze entstehen würde, ist angedacht, diesen nach einer Verzögerungszeit zu überbrücken. Die dazu geeignete Verzögerungsschaltung wird so ähnlich aussehen, wie im anderen Fred dargestellt: ein Lasttransistor schaltet erst verzögert durch, weil sein Basis-Strom über ein RC-Glied geladen werden muss. Ist noch in Arbeit, die Parameter liegen noch nicht vor.
@pic18 : angedacht ist der Einsatz eines pnp-Darlingtons, ein "TIP147". Den fand ich gaaaaanz tief in meinen teils uralten Vorräten.
Grüße, picass


pic18

geht auch mit zwei pnp Transistoren, der Widerstand wird nur benötigt um einen Spannungsabfall zu erzeugen, diesen führst Du auf die Basis eines Tranistor, welcher den anderen Tr. dämpft und somit den Strom begrenzt.

picass

Habe heute Nachmittag mal Parameter-Suche betrieben, will sagen: ein analoges 10 A - Messgerät eingeschleift. Das Gerät wird beworben mit 12 Volt/ max. 45 Watt. Tolle Wurst, tatsächlich saugte der Motor gute 6 Ampere anstelle der Herstellerangabe von 3,75 A aus dem  Netzteil ! Verstehe langsam, warum es schon eine 10 A -Sicherung raus gehauen hatte. Die Begrenzung ist also echt notwendig. Werde heute mal das Basteln aufnehmen. Freundlicherweise ist es nicht mehr dringend, denn die Beschau heute ergab, dass in der Tiefe des Sammel-Rohres nur noch geringe Restfeuchte zu sehen ist, aber kein "echtes" Wasser mehr hoch gestiegen ist.
Grüße, picass

picass

#8
Basteln ist aufgenommen, das erste Ergebnis liefert eine gut erkennbare Verzögerung von ca. einer Sekunde. Die abgebildete Schaltung ist als erster Testversuch mit einem Lämpchen als Last - anstelle der Pumpe später - ausgerüstet, welches 0,5 A zieht bei 12 Volt Betriebsspannung. Es reicht ein Kondensator von 100 µF. Beim ersten Anlauf hatte ich gleich einen 1.000 µF drin und glaubte schon, die Schaltung wäre irgendwie falsch verkabelt, weil sich überhaupt nichts tun wollte!
Für die Pumpe mit ihren 6 A muss der zeitbestimmende Zweig natürlich angepasst werden. Aber die P ist weit weg und wird vorsorglich dort noch benötigt. Eine Last von genau 6 A künstlich zu erzeugen...., mal sehen, was ich da an Hochlast-R's noch so rum liegen habe. Sonst hole ich mir in den nächsten Tagen die P und plantsche hier noch mit Wasser rum! Wenn's der elektronischen Wahrheitsfindung dient, dann soll es so sein. >:D
Zurück zu den Anfängen!  War mal wieder schön, u.a. auch deswegen, weil es im Gegensatz zum Anfang nun um einige Stunden schneller und besser ablief.
Grüße, picass
anzugs-verzögerung2.jpg

pic18

Wenn ein Motorschutzschalter nicht ausreicht, dann würde ich die Leistung immer noch mit einem Transistor schalten, dadurch hast Du keine so hohe Verlustleistung am Widerstand und somit muss dieser kleiner ausgelegt werden.
Ich bin auf der Arbeit und kann hier leider kein Plan zeichnen. Sehe dir doch mal den Link an. https://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/0204132.htm
Parallel zur Z-Diode könntest Du noch einen Kondensator schalten, dann hättest Du beim Einschalten eine kleinere Ausgangsspannung. Bei Zeitverzögerungen wie oben würde ich den guten alten NE555 Timer IC nehmen. Für die Strombegrenzung kannst Du dir auch mal den Spannungsregler L200 anschauen, dieser hat auch eine Strombegrenzung, ich meine er macht aber nur 2A Strom, diesen kannst Du ja mit einem Transistor verstärken.

picass

Mist, Flixter! Sehe gerade, dass in dem obigen Schaltplan die Hälfte vergessen wurde: der Lastwiderstand, über den anfangs der normale Betriebsstrom (nBS) fließen soll. Das also jetzt nachgeholt.
Bei 6 A nBS möchte ich aber ungern mit getunten Festspannungsreglern experimentieren. Die verlinkte Strombegrenzung müsste zwecks des hohen Stromes auch erst noch aufgepeppt werden müssen. So wie in meinem ergänzten Schaltplan dargestellt, würde ja alles passen. Allerdings sehe ich auch andere Lösungen, wer weiß, vielleicht komme ich auf genau die Verzögerungsschaltung mit Relais zurück, welche im anderen Fred als meine allererste Elektronik-Bastelübung dargestellt ist.
Grüße, picass
anzugs-verzögerung3.jpg

picass

#11
Nicht zu fassen: bin tatsächlich wieder ganz an meinen elektronischen Anfang zurück gekehrt. Bitte zuerst eine Blick auf die Schaltung unten werfen.

Diese micromalistische Schaltung könnte das Non-Plus-Ultra sein !

Sie erfüllt diese Bedingungen:
- sie funktioniert, generiert also eine Strombegrenzung beim Einschalten !
- sie besteht aus wenigen, aus einfachen, aus preiswerten Bauteilen ;

Sofort beim Einschalten wird die Pumpe über den Last-R so ausreichend mit Strom versorgt, dass sie anläuft. Der R wird dabei so berechnet, dass er genau den benötigten Dauerstrom durchlässt, mehr aber nicht, wodurch die Strombremse bereits schon realisiert ist.
Über das grauenhaft einfache RC-Netzwerk werden die für das Durchschalten des Transistors benötigten 0,7 Volt bei Bestückung mit 100 kO u. 100 µF nach ca. 0,5 sec erreicht, bei 200 µF halt dann bei ca. 1 sec. Dann schaltet das Relais durch, schließt den R kurz und der volle Saft läuft über das Relais. Was bedeutet, dass keinerlei andere Verlustleistung  im Stromkreis mit der Pumpe mehr anliegt: keine unnötige Energie-Verbräterung, alles für die Pumpe, nix Kühlung nötig. Weiter erbaulich: das kleine Relais muss sich ja nicht mit höchsten Ein- und Aus-Schaltströmen plagen, denn es übernimmt die Leistung ja erst, wenn das Meiste schon getan ist. Kontaktprellen und/oder Funken-Belastung können so gar nicht erst auftreten.

Der Effekt wird wirksam bei ansprechender Wahl der Bauteile. Das Relais ist ein ziemlich winziges. Es verkraftet zwar 5 A Dauerstrom, benötigt aber nur 20 mA zum eigenen Betrieb. Deshalb reicht ein Kleinsignal-Transistor wie ein BC547, allerdings in der C-Version, also derjenigen mit einer Verstärkung deutlich über 100. Somit ist es auch einfach, im zeitbildenden Zweig mit schlichten Bauteilen auszukommen. Solch tolle Bauteile hatte ich bei  meinem Start dunnemals nicht zur Verfügung, weshalb es zu einer echten Bastel-Orgie kam. Heute ist das so einfach, dass man sich schon Gedanken macht, ob man sich wegen der Schlichtheit genieren sollte.

Gelobt sei es, wenn man Wurzeln hat, zu denen man ggf. zurück kehren kann. Und: Tusch ! Es funktioniert, auch wiederholbar ! Problem gelöst !
Grüße, picass
anzugs-verzögerung4.jpg

^Cobra

Schön zu hören das es funktioniert.
Gibt kein schöneres Gefühl als diesen was erreicht zu haben :D

Ottmar

Hi picass
Mal eine Bemerkung zu Deinem Vorhaben:
Beim Motorstillstand/ -anlauf ist nur der ohmsche Widerstand von Kommutator und der
durchgeschalteten Motorwicklung wirksam.
Der erste Stromstoss baut das Magnetfeld auf und dabei beginnt der Motor ab einem bestimmten Wert (Anlaufspannung) zu rotieren. Erst jetzt bildet sich die EMK-Gegenspannung, welche dem Stromfluss entgegenwirkt und bei Nenndrehzahl den Nennstrom fliessen laesst.
Insofern nichts Neues.

Die Annahme/Messung von 12A Anlaufstrom erscheint reallitaetsnah. Ich würde von 15A ausgehen.
Das ergaebe einen Ri des Motors von ca. 12V/15A = 0,8 Ohm.
Als Vorwiderstand zur Strombegrenzung wuerde ich eine 12V-Biluxbirne (= PTC-Widerstand) verwenden. Damit entfaellt ein (teurer) Hochlastwiderstand. Der Fernlicht- bzw. der Fahrlichtfaden kann dazu getrennt verwendet werden. Zum "Probieren" stehen also zwei begrenzte Stromwertezur Verfuegung.

mfG Ottmar

Ottmar

Einfacher gestufter Motoranlauf (LTspice-Simulation)
Verzögerungszeit: ca. 0,165s. In dieser Zeit steigt der Motorinnenwiderstand von 0,8R bis 2R an.
Damit wird die mit der Drehzahl ansteigende EMK-Generatorspannung nachgebildet, welch dem
Motorstrom entgegenwirkt, solange die Lampe als Vorwiderstand zum Motor geschaltet ist.
Dies ist nur ein prinzipielle Darstellung. Die realen Schaltungswerte müssen angepasst werden!
Natürlich kann auch eine andere Verzögerszeit
beschaltet werden.
Ottmar

picass

Wahnsinn, Ottmar, was du dir für eine Mühe mit deinem Test-Equippment machst!
Den Anlaufstrom von 15 A hast du - will nicht sagen: frei erfunden -, aber wohl aus Erfahrung interpoliert...,oder?! Nach meiner jüngsten Messung genemigt sich der Motor 6 A im Dauerbetrieb. Den notwendigen (Vor-Last-) Widerstand würde ich dann von diesem Wert ausgehend ermitteln wollen.
Der Tipp mit einer Auto-Glühlampe zwecks Geld-Einsparens ist sicher ein echter Praktikertip, aber im Moment bezweifel ich, dass ich so'n olles, altes Glühobst noch rumliegen habe. So teuer ist ein Hochlastwiderstand von - sagenwermal - 20 Watt nicht. der soll ja nur 'ne Sekunde durchhalten. Zudem hab' ich im hintersten Regal noch ein wahrscheinlich geeignete Keule rum liegen, mit welcher man auch ein Zimmer heizen könnte.
Grüße, lippe1audi

^Cobra

Der Anlaufstrom wird grade bei einer Pumpe deutlich über den Nennstrom liegen. Da sind 5 bis 7 fache durchaus realistisch denke ich.
Hoffe nur deine Pumpe wird auch anlaufen wenn du den Strom am Anfang so argh begrenzt 

picass

Zitat von: ^Cobra in 16.01.2025, 13:25:35 CET.....wird auch anlaufen, wenn du den Strom am Anfang so argh begrenzt.
Arg (=Stöhn)!
 :-[
Da sagst du was !
Es kann wohl nur ein Test Klarheit bringen oder derer gleich mehrere. Eine weitere Verzögerung beim Anlaufen wegen zu großen, vorgeschalteten Last-R's könnte ein verstecktes Prob ans Licht zerren. Die so genial-einfache Schaltung hat eine Schwachstelle. Transistoren mögen es nicht, wenn das Umschalten vom Sperren zum Leiten langsam vonstatten geht. Wobei "langsam" wohl eine Sache fürs Datenblatt ist. In dem Übergangszeitraum wirken die als ohmsche Bremse, wofür sie nicht gedacht sind, diese Kleinsignal-Transitoren schon eh' nicht. Überlege schon, ob eine Schmitt-Trigger-Schaltung (SMS) da doch angeraten wäre, um solche Materialüberlastung zuverlässig zu verhindern. Aber dann bleibt es nicht mehr so simpel. In reiner Transitoren-Ausführung würden wohl 3 TR's fällig nebst 4 Widerständen. Hatte auch schon nach SMS in smd-IC-Technik geschaut. Klar, gibt es alles, aber dann werden 5-V-Regulator und ein Ausgangstreiber fällig und beim Einschalten können die an ihrem Ausgang unerwartete Effekte generieren. Es hilft wohl nichts, es muss getestet werden. Hochlastwiderstände kosten 90 Cent in 17 Watt-Ausführung, wäre also nicht das Prob.
Grüße, picass



picass

Die Sache mit einem Schmitt-Trigger, um den Kleinsignal-Trst. zu schonen, siehe Bild.
Warum auf so urtümliche Weise mit diskreten Transistoren und ohne SMD? Eine Ausführung in smd-IC-Technik bedarf eines nicht geringeren Aufwandes, was die Zahl der Bauteile anbelangt. Und Diskretes liegt noch genug im Regal und ist vor allem leichtens austauschbar. Diese Ausführung hat noch einen echten Vorteil: sie ist schmerzfrei, was die Betriebsspannung anbelangt: keine 5-Volt nötig, exakte Einhaltung von Werten auch unnötig.
Geschaltet wird bei 1,3 Volt am Eingang. Wenn man den an einen niederohmigen Spannungsteiler legen würde, sagen wer mal: so 1 kO, dann könnte man von dessen Abgriff bei meinethalben 2 V mit noch kleineren Kondensatoren auskommen und da genügt auch eine Spannungsfestigkeit von 6 Volt.
Grüße, picass
anzugs-verzögerung5.jpg

Ottmar

Hi,
Mit 4A, bzw.ca 5-6 läuft der Motor an, ausser er hat beim Anlauf eine sehr hohe Last. Trifft bei so 'ner Bilgenpumpe wohl nicht zu.

Schmitt-Trigger bei Relais wohl nicht nötig. 12V Relais Anzugspannung ca. Urel*0.8 Abfallspannung ca. Urel*0,4. Bietet also ausreichende Hysterese.

Mein Tip Halogenlame als Rv 12V35W bei Reichelt 1,48€. im Handwerker/Elektromarkt noch billiger. Der Kaltwiderstand gibt den richtigen Stromstoß ;)
Ottmar

Schnellantwort

Name:
Verifizierung:
Bitte lassen Sie dieses Feld leer:
Geben Sie die Buchstaben aus dem Bild ein
Buchstaben anhören / Neues Bild laden

Geben Sie die Buchstaben aus dem Bild ein:

Tastenkürzel: Alt+S Beitrag schreiben oder Alt+P für Vorschau