Zwei 24V Motoren, beide Richtungen

rukenshia · February 20, 2015, 9:40am

Hallo!

Ich bin derzeit an einem Schulprojekt dran. Wir haben zwei Förderbänder, die mit 24V Motoren betrieben werden (Datenblatt, es handelt sich um das Modell 111 3763 30 00). Dieser hat im Normalfall eine Stromaufnahme von 2A, jedoch einen Anlaufstrom von 8A. Die Motoren werden nicht gleichzeitig laufen.

Nun habe ich mehrere Fragen: Wie genau muss ich jetzt meine Spannungsversorgung auswählen? Der Anlaufstrom fließt ja nicht lange, bräuchte ich nicht theoretisch "nur" eins, dass mir durchgehend die 2A auf jeden Fall geben kann?

Zur Motorensteuerung: Das ist für mich noch Neuland. Wie realisiere ich es, dass der Motor in beide Richtungen angestuert werden kann? Ich dachte zuerst einen MOSFET zu verwenden, jedoch habe ich gelesen, dass man dann keine beidseitige Steuerung realisieren kann. Wie geht das dann?

Als Arduino verwenden wir einen Mega 2560. Ich darf bei den größeren deutschen ELektronikmärkten einkaufen (Conrad, Reichelt, Farnell, etc).

Vielen Dank im Vorraus,
Jan

uwefed · February 20, 2015, 11:01am

Du brauchst eine H-Brücke pro Motor. Wähle eine die überdimensioniert ist (würde 15A Anlaufstrom oder mehr wählen) zB von Pololu.
Das Netzteil muß die 8A liefern können da ansonsten entweder die Spannung einbricht oder das Netzteil ausschaltet. Also Ein Netzteil zu 10 bis 12A für beide Motoren.

Grüße Uwe

combie · February 20, 2015, 11:11am

Wo sollen die 8A herkommen, wenn das Netzteil doch nur 2A liefert.
Je elektronischer das Netzteil, desto eher geht es in die Notabschaltung.

äuchte ich nicht theoretisch "nur" eins, dass mir durchgehend die 2A auf jeden Fall geben kann?

2*8A = 16A
Wäre schon nett, wenn es wenigstens diesen Impuls liefern kann.
Dazu wirst du den Hersteller befragen müssen.
Oder Datenblatt lesen.

Zur Motorensteuerung: Das ist für mich noch Neuland. Wie realisiere ich es, dass der Motor in beide Richtungen angestuert werden kann? Ich dachte zuerst einen MOSFET zu verwenden, jedoch habe ich gelesen, dass man dann keine beidseitige Steuerung realisieren kann. Wie geht das dann?

FET geht nicht?
Ist mir neu!
Google mal nach "Motor H Brücke"

rukenshia · February 20, 2015, 11:18am

Motoren starten wie gesagt niemals gleichzeitig und laufen auch niemals gleichzeitig, also nehm ich eins mit >8A. Habe extra so doof gefragt, auch wenn die Antwort ja mehr oder minder klar war. Dann informiere ich mich mal über H-Brücken.

uwefed · February 20, 2015, 11:20am

combie:
FET geht nicht?

1 MOSFET bei Drehrichtungswechsel geht nicht.
Grüße Uwe

sschultewolter · February 20, 2015, 11:43am

Eine Steuerung für beide Richtungen geht auch mit Mosfets -> Diskrete H-Brücke. Aber die ist nicht zu empfehlen, da bei falscher Auslegung dir alles um die Ohren fliegt. Sowas sollte man in keine Projekte einbauen. Motoren mit ~50W sind kein Spielzeug mehr, da kann bei falscher Beschaltung zu einiges passieren. Für kleine Spielzeugmotoren könnte man die diskrete H-Brücke einbauen.

rukenshia · February 20, 2015, 5:57pm

Also ich habe mich jetzt etwas umgeguckt und bin bisher bei dieser H-Bridge stehengeblieben: L 6203: DMOS-Vollbrückentreiber, 12 - 48V, 60V - 4A, Multiwatt-11 bei reichelt elektronik

Habe in der Tabelle auf mikrocontroller.net nachgeguckt. Im Datenblatt steht jedoch nur ein 5A peak current, das wäre ja wieder schlecht für mich.
Die H-Bridge sollte schon zum Löten auf einer rasterplatine sein, ich glaube nicht, dass man die anderen Ausführungen so einfach festgelötet bekomme.
Da wäre dann auch noch die nächste Frage: darf ich meine Streifenrasterplatine überhaupt so hoch belasten? Wir haben 2,54mm streifenrasterplatinen.

sschultewolter · February 20, 2015, 8:48pm

H-Brücke mit integrierter Mosfets wird schwierig sein zu finden. Denn die meisten Hersteller bieten in den meisten Fällen keine Dip-Packages mehr an. zB. Texas Instrument mit der moderenen Motortreiber-Palette DRV88xx.

Zur Leiterbahnbreite, ob das passt kann man das nicht zu 100%. Das hängt von der Leiterbahndicke und breite ab. Ausgehend davon diese ist 1,5mm breit und 0,35µm dick, kannst du dein Vorhaben nicht realisieren. Erlaubt sind ca 3A. Für deine bis zu 8A bedarf es bereits bei 0,35µm eine Leiterbahn von 8mm oder größer. Das beißt sich komplett mit dem RM254. Abhilfe könnte blanker Kupferdraht (~ 1- 1,5mm²) bringen. Das ist aber keinesfalls eine Lösung, die du irgendeinem Prüfer vorbringen kannst -> Pfusch.

Sinnvoller wäre es, das ganze mit 2 Relais zu machen. Grundlagen zur richtigen Schaltung sollten vorhanden sein (Thematik: Schaltkontaktzeiten bei Öffnern gegenüber Schließern). Des weiteren darf eine Umschaltung nicht direkt erfolgen.

uwefed · February 20, 2015, 8:58pm

Grüße Uwe

Serenifly · February 20, 2015, 9:06pm

Einzelne ICs mit der Stromstärke gibt es soweit ich weiß nicht. Das macht einfach kein IC Gehäuse mit. Was es gibt sind sind Treiber die nur die Ansteuerung enthalten, aber Anschlüsse für externe FETs haben. z.B.:
http://cache.freescale.com/files/analog/doc/data_sheet/MC33883.pdf

Damit ist sicher gestellt, dass die FETs richtig schalten. Die ICs haben FET Treiber, damit sie vollständig und schnell durchsschalten (letzteres ist bei PWM sehr wichtig). Und Ladungspumpen für die High-Side FETs.
Die FETs kann man dann auf Kühlkörper kleben.

Was das ICs aber nicht hat was ich sehe ist eine Verriegelung der Eingänge gegeneinander um ein shoot-through zu verhindern wenn beide Transitoren einer Halb-Brücke an sind. Da muss man immer noch aufpassen. Das könnte man aber ich in Hardware machen damit die Richtung mit nur einem Pin umschalten kann.

Es gibt natürlich auf fertige Module. Generell geht das bei dieser Stromstärke ins Geld.

combie · February 20, 2015, 9:24pm

Interessant ist in dem Zusammenhang der BTS7970

Siehe dazu auch: http://www.ebay.de/itm/191234139563

Serenifly · February 20, 2015, 9:29pm

Das ist schon wieder überdimensioniert. 15-20A geht sogar ohne Kühlkörper mit den richtigen FETs. Sieht man auch bei den Pololu Treibern die Uwe verlinkt hat.

Preislich aber trotzdem sehr interessant.

rukenshia · February 23, 2015, 10:14am

Soweit ich sehe, kann bzw. darf ich hier verlinkte Sachen von uns aus nicht einkaufen. Deshalb habe ich mal nach Schützen geguckt, die die Anforderungen erfüllen. Jedoch gestaltet sich die Suche recht schwer. Ich war am suchen nach 24V Schützen, die eben die Last von bis zu 8A schalten (und wieder abschalten ) können. Das Steuersignal auf 24V zu kriegen ist ja nicht schwer, da nehme ich einfach einen Transistor. Jedoch habe ich gleichzeitig die Begrenzung auf eine Höhe von ca 80mm, da alle Bauteile unter einem Gestell Platz finden müssen.

Ich habe beispielsweise folgendes Kleinschütz gefunden:
http://www.conrad.de/ce/de/product/507239/Kleinschuetz-DILER-Eaton-DILER-22-G24VDC-2-Schliesser2-Oeffner-24-VDC?ref=searchDetail

Im Datenblatt werden nur Grenzwerte für 220V AC angegeben, wie schaut es nun bei meinen 24V DC aus?
Kann ich nicht auch beispielsweise beide Schließer verwenden, um den Strom auf zwei Kontakte aufzuteilen?

combie · February 23, 2015, 11:18am

rukenshia:
Ich habe beispielsweise folgendes Kleinschütz gefunden:
http://www.conrad.de/ce/de/product/507239/Kleinschuetz-DILER-Eaton-DILER-22-G24VDC-2-Schliesser2-Oeffner-24-VDC?ref=searchDetail

Im Datenblatt werden nur Grenzwerte für 220V AC angegeben, wie schaut es nun bei meinen 24V DC aus?
Kann ich nicht auch beispielsweise beide Schließer verwenden, um den Strom auf zwei Kontakte aufzuteilen?

Komisch, ich lese da 2,5A .....
Ist ja auch ein Hilfsschütz.
Kein Leistungsschütz.

rukenshia:
Soweit ich sehe, kann bzw. darf ich hier verlinkte Sachen von uns aus nicht einkaufen.

Witzig....
Wieso darfst du 4 Schütze kaufen, aber nicht 4 BTS7970 ?
Wer hat denn da solche Schmerzen?
(oder stellt so verrückte Regeln auf?)

Serenifly · February 23, 2015, 11:36am

DC Motor Treiber (auch die von Polulu) gibt es auch hier:

Ist eine deutsche Firma, aber aber auch relativ teuer gegenüber ausländischen

Die ganz billigen kannst du aber allesamt bei dem Strom vergessen

Das wäre vielleicht was:
http://www.exp-tech.de/shields-module/motorsteuerung/gleichstrommotor/pololu-vnh5019-motor-driver-carrier

rukenshia · February 23, 2015, 12:06pm

combie:
Komisch, ich lese da 2,5A .....
Ist ja auch ein Hilfsschütz.
Kein Leistungsschütz.
Witzig....
Wieso darfst du 4 Schütze kaufen, aber nicht 4 BTS7970 ?
Wer hat denn da solche Schmerzen?
(oder stellt so verrückte Regeln auf?)

Hab ich da etwa den falschen Link kopiert?
Zuletzt bin ich bei solchen Kompaktschützen stehengeblieben, hier ist jedoch nur die Schaltleistung angegeben: http://www.conrad.de/ce/de/product/502560/Kompaktschuetz-CWC-WEG-CWC07-10-1-Schliesser-24-VDC?ref=searchDetail - aber ich habe ja auch keine 3kW Motoren

Die Vorgaben sagen mir, dass ich nur bei bestimmten Händlern einkaufen darf. Fragt mich nicht, warum das so ist.

rukenshia · February 23, 2015, 12:14pm

Serenifly:
Das wäre vielleicht was:
http://www.exp-tech.de/shields-module/motorsteuerung/gleichstrommotor/pololu-vnh5019-motor-driver-carrier

Wird der Motor da direkt an den Schraubklemmen angeschlossen?

Ich frag mal nach, ob man da bestellen dürfte.

//Edit: Könnte ich dann nicht auch gleich den nehmen? Passt das vom Layout auch auf den Mega 2560?

Serenifly · February 23, 2015, 12:29pm

Und wie willst du mit dem Schütz die Richtung umschalten? Hast du an eine H-Brücke aus Schützen gedacht?

Einfacher wäre da vielleicht die Schaltung die ich in einem Thread schon mal verlinkt hatte:

(nur den rechten Teil. Das links ist ein PWM Generator). Den braucht man nicht.

Da bräuchte man nur 2 Wechsler (oder 2 Öffner + 2 Schließer). Das ist da eigentlich als Handschalter gedacht, den man selbst umlegt. Aber würde theoretisch auch mit einem Schütz gehen. Wie gut das praktisch geht kann ich aber nicht sagen.

Wird der Motor da direkt an den Schraubklemmen angeschlossen?

Ja. Die Pin-Belegung sieht du wenn du bei den Bildern auf das ganz rechte gehst

Das Ding macht 12A Dauerstrom und 30A Peak. Das würde gut passen und ist relativ billig für diese Größenordnung.

Außerdem kann man direkt PWM machen (aber leider nur bis 20kHz. Den Arduino kann man ganz leicht auf 31kHz stellen) und den Strom messen.

Details zum Betrieb im Datenblatt des Treibers.

//Edit: Könnte ich dann nicht auch gleich den nehmen? Passt das vom Layout auch auf den Mega 2560?

Ja. Das ist der gleiche. Nur mal zwei und als Shield

rukenshia · February 23, 2015, 12:34pm

Serenifly:
Und wie willst du mit dem Schütz die Richtung umschalten? Hast du an eine H-Brücke aus Schützen gedacht?

Einfacher wäre da vielleicht die Schaltung die ich in einem Thread schon mal verlinkt hatte:
http://www.talkingelectronics.com/projects/H-Bridge/images/PWM-MOSFET.gif
(nur den rechten Teil. Das links ist ein PWM Generator). Den braucht man nicht.

Da bräuchte man nur 2 Wechsler (oder 2 Öffner + 2 Schließer). Das ist da eigentlich als Handschalter gedacht, den man selbst umlegt. Aber würde theoretisch auch mit einem Schütz gehen. Wie gut das praktisch geht kann ich aber nicht sagen.

Ich hätte 2 Schütze pro Motor verwendet, da ich dachte, dass ich keinerlei dieser Boards bestellen kann...

Aber!

Serenifly:
Ja. Die Pin-Belegung sieht du wenn du bei den Bildern auf das ganz rechte gehst

Das Ding macht 12A Dauerstrom und 30A Peak. Das würde gut passen und ist relativ billig für diese Größenordnung.

Außerdem kann man direkt PWM machen (aber leider nur bis 20kHz. Den Arduino kann man ganz leicht auf 31kHz stellen) und den Strom messen.

Details zum Betrieb im Datenblatt des Treibers.
Ja. Das ist der gleiche. Nur mal zwei und als Shield

Habe ebend nachgefragt und ich kann auch bei EXP GmbH bestellen, dann werde ich das darüber tun. Ist wahrscheinlich die deutlich einfachere Lösung (und kostengünstiger).

Vielen Dank an alle.

Serenifly · February 23, 2015, 12:55pm

Ja, das Shield sieht gut aus.

Das ist aber leider nicht 100%ig Mega kompatibel. Die PWM Geschichte ist das Problem. Alles andere geht glaube ich.

Die Library macht PWM auf zwei Arten:
1.) über analogWrite() was standardmäßig sehr langsam ist (kann man zwar leicht erhöhen, aber auf 31kHz und der Treiber macht nur 20kHz)
2.) Über einen Timer mit richtigen 20kHz

Das ist aber für den UNO gemacht und der Mega hat die Timer-Ausgänge auf anderen Pins.

Die PWM Pins für das Shield sind 9 und 10. Also OC1A und OC1B. Auf dem Mega ist das aber 11 und 12

Nachtrag:

Ist doch kein großes Problem, da man das direkt in der Hardware anpassen kann:

Es ist also kein Problem das anders zu verdrahten. Man kann die Verbindungen von 9, 10 und 12 auftrennen. Dann legt man PWM auf 11 und 12 und M2EN/DIAG auf 9 oder 10 (vorher Pin 12)

Dann muss man noch die Library anpassen. Also aus dem hier:

#if defined(__AVR_ATmega168__)|| defined(__AVR_ATmega328P__) || defined(__AVR_ATmega32U4__)

Macht man das:

#if defined(__AVR_ATmega168__)|| defined(__AVR_ATmega328P__) || defined(__AVR_ATmega32U4__) || defined(__AVR_ATmega2560)

Dann wird dieser Code auch auf dem Mega ausgeführt.

PWM geht dann automatisch auf 11 und 12 und die restlichen Pins muss entweder programmatisch über den Konstruktor definieren:

DualVNH5019MotorShield::DualVNH5019MotorShield(unsigned char INA1, unsigned char INB1, unsigned char EN1DIAG1, unsigned char CS1,
unsigned char INA2, unsigned char INB2, unsigned char EN2DIAG2, unsigned char CS2)

Oder man passt das im Header fest im Default-Konstruktor an:

DualVNH5019MotorShield::DualVNH5019MotorShield()
{
  //Pin map
  _INA1 = 2;
  _INB1 = 4;
  _EN1DIAG1 = 6;
  _CS1 = A0;
  _INA2 = 7;
  _INB2 = 8;
  _EN2DIAG2 = 12;
  _CS2 = A1;
}

Letzteres ist weniger Arbeit

Aber probiere es ruhig erst mal normal. Dann kann man es immer noch ändern. Diese niedrigen PWM Frequenz hört man allerdings i.d.R. Deshalb die 20kHz

Und generell mal die Seite gründlich durchlesen:

Da steht auch was zur Wärmeentwicklung:

Each VNH5019 motor driver IC has a maximum continuous current rating of 30 A. However, the chips by themselves will overheat at lower currents. In our tests on a sample unit, we were able to deliver 30 A for a few milliseconds, 20 A for several seconds, 15 A for over a minute, and 12 A for around five minutes. At 6 A, the chip just barely gets noticeably warm to the touch. The actual current you can deliver will depend on how well you can keep the motor driver cool. The shield’s printed circuit board is designed to draw heat out of the motor driver chips, but performance can be improved by adding a heat sink.