EMotor-Typ und Dimensionierung für zugkraftgeregelte Bremse

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EMotor-Typ und Dimensionierung für zugkraftgeregelte Bremse

Neuer Beitragvon NoWHere am Freitag 14. Juni 2013, 20:32

Hallo zusammen,

ich suche nach der passenden Bauart/Dimensionierung/Anschaltung eines DC-Motor/Generator für eine batteriebetriebene Windenanwendung.
Da die Komponenten doch teuer sind, kann ich leider keine Tests machen und brauche eure theoretische Erfahrung. Desto mehr ich lese, desto verwirrter bin ich...

Das Besonderen an dem Vorhaben:
- Ich erwarte die mit Abstand größten Verluste beim Bremsen (Generatorbetrieb).
- Bremsenergierückgewinnung spielt keine Rolle => kann verheitzt werden
- Motorbetrieb mit minimaler Last muss möglich sein
- Zugkraftgeregelt; einstellbar von 500N - 1000N; konstante Zugkraft wichtiger als exakter absoluter Wert
- kostengünstig, da Hobbyprojekt (daher keine Rekuperation - Ideen zur Kostenreduktion willkommen:)

Welche Leistung / Drehzahl werden ca. benötigt:
- Max. Drehmoment M_max: 200Nm bei Drehzahl n_min: 600
- Min. Drehmoment M_min: 133Nm bei Drehzahl n_max: 900
- Mechanische Leistung 12,5 kW (OhOhhh) über eine max Bremsdauer von 2-3 min (wenn's "nur" 11kW sind auch ok :)

Ausgehend von der benötigten mechanisch entstehenden Leistung habe ich folgende Motoren angeschaut:
BDC-Permanent-Magnet-Motor (dauerhaft 11,5kw und 200A bei 12-72V): http://www.electricmotorsport.com/store/ems_ev_parts_motors_me1003.php
BLDC-Permanent-Magnet-Motor (dauerhaft 12 kW und 180A bei 24-96V): http://www.electricmotorsport.com/store/ems_ev_parts_motors_pmac-ds.php
Reihenschluss-Motor (Dauerhaft 26 kw und 200A bei 48-144V): http://www.electricmotorsport.com/store/ems_ev_parts_motors_me1002.php

Fragen:
- Wie kann ich aus den Datenblättern abschätzen mit welcher Drehzahl ich ganz grob zu rechnen habe bei einem Lastwiderstand X?
- Liefern die Motoren mehr Leistung als benötigt wird? Schließlich kann ich einen Teil der Leistung doch über einen Widerstand verheitzen.
- Welcher Motortp wäre eure Wahl?
- Kennt ihr alternative, besser passende Motoren?


Ich würde gerne einen Teil der Leistung verheitzen und nur das benötigte Delta für die Zugkraftregelung über einen Regler zuführen. Folgender Regler sollte passen, oder?
Welcher Regler mir gefallen würde: http://roboteq.com/brushed-dc-motor-con ... controller
- 200A über 3 min
- Unterstützt Bremsenergierückgewinung - auch wenn nicht benötigt
- Programmierbar

Die Übersetzung wegen der Drehzahl kann beeinflusst werden.
Ich habe mir auch Hysteresebremse/kupplung, Retarder, hydralische Bremse angesehen, aber bin aus Preis/Größe/Gewichtsgünden immer wieder zurück zum E-Motor.

Bin euch für jede Hilfe unendlich dankbar!!!
Zuletzt geändert von NoWHere am Freitag 14. Juni 2013, 20:33, insgesamt 1-mal geändert.
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Re: EMotor-Typ und Dimensionierung für zugkraftgeregelte Bre

Neuer Beitragvon anders am Samstag 15. Juni 2013, 22:39

200A über 3 min
Ich lese da nur 100A für 3min.
Da fehlt wohl noch ein bischen an 15kW.
Die Motoren die du ausgesucht hast, vertragen vermutlich auch nicht den vollen Nennstrom im Stillstand, sondern sind auf die Kühlung durch den eingebauten Ventilator angewiesen.
Solche Steuerungen entwicklt und baut man nicht mal eben so 5 Minuten vor Feierabend. Besonders nicht mit diesen Randbedingungen.
An was für Batterien hast du denn da gedacht, und was ist mit dem Sicherheitsaspekt?
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Re: EMotor-Typ und Dimensionierung für zugkraftgeregelte Bre

Neuer Beitragvon der mit den kurzen Armen am Sonntag 16. Juni 2013, 14:09

Bei derartigen Strömen wirst du schon eine Staplerbatterie brauchen und für die Steuerung und die Motoren schaue mal da nach. Die Bremsenergie zu Verheizen ist völliger Blödsinn wenn du diese durch Generatorbetrieb wieder der Batterie zuführen kannst. Gegen den Selbstbau einer Winde mit diesen Spezifikationen sprechen außer dem Aufwand für die reine Steuerung auch die erforderlichen Sicherheitserfordernisse. Dazu kommt die Pflege der Batterie die nicht ohne ist.
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Re: EMotor-Typ und Dimensionierung für zugkraftgeregelte Bre

Neuer Beitragvon SAD am Mittwoch 19. Juni 2013, 02:35

Also bei Wikipedia steht:
kN, Kilonewton (1000 Newton) ist die übliche Einheit im Bauwesen für Kräfte (1 kN entspricht etwa der Gewichtskraft, die auf eine Masse von 100 kg wirkt), außerdem der Schubkraft von Strahl- und Raketentriebwerken für Flugzeuge und große Raketen sowie Zugkraft bzw. Bremskraft für Lokomotiven und Eisenbahn-Triebfahrzeuge.

Frage mich ob der TE überhaupt ahnt was 1000N oder 1kN darstellt.
Was will er damit abbremsen 'n Tanker? :shock:

Wie mein Vorredner schon schrieb,benötigt man eine Staplerbatterie bei diesen Strömen,
NUR,eine reicht da nicht aus,um auch die nötigen Spannungen zu erreichen.

Zitat." Desto mehr ich lese, desto verwirrter bin ich..."

Ich empfehe einen Hydraulikkran,der hat alles was man benötigt oder besser einen Sanatoriumsauffenthalt.
Gruß SAD
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Re: EMotor-Typ und Dimensionierung für zugkraftgeregelte Bre

Neuer Beitragvon BernhardS am Mittwoch 19. Juni 2013, 08:35

Hallo,

für den der in der Sache drinsteckt ist alles klar - das ist im Moment nur eine Person.

Eine Seilwinde, die mit Kraft abgerollt wird soll so gebremst werden, daß die Kraft einigermaßen konstant bleibt. Schön und gut, man kann einen Motor auch zum Bremsen verwenden.
Da ja wohl ein Getriebe dazwischen ist und eine Seilrolle, beides mit unbekannten Reibwerten. Auch weiß man nicht, bei welchem Stromfluss der Motor die, nach Abzug der oben genannten Verluste, gewünschte Bremswirkung aufbaut.
Soll heißen: Da muss erst mal ein Maschinenbauer dran, dann erst der Elektroniker.

Grundsätzlich ist es kein unüberwindliches Problem eine Schaltung aufzubauen, die den Stromfluss über den Bremswiderstand konstant hält. Das ergibt aber eher eine Wirkung, die die Drehzahl in etwa konstant hält - ginge das auch?

Wie ist das überhaupt? Die Kraft, die am Seil zieht, hört die zwischendurch mal auf? Wenn das was am Haken hängt eine bestimmte Position erreicht hat, beispielsweise. Soll die Winde dann wieder anziehen und das Seil straff halten? Aus der Drehung heraus bremsen kann ein Elektromotor einigermaßen, aber auf Position halten nur ganz, ganz schlecht.
Und: Was ist die gewünschte Wirkung wenn das Seilende auf der Rolle erreicht ist?

Bernhard
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Re: EMotor-Typ und Dimensionierung für zugkraftgeregelte Bre

Neuer Beitragvon der mit den kurzen Armen am Mittwoch 19. Juni 2013, 15:22

Nana Sad die 500N bzw 1000 N entsprechen gerade mal 50-100Kg und das schafft sogar mein 3 Jähriger Enkel mittels Flaschenzug zu halten bzw zu heben. :sm12: Und um die Zugkraft zu regeln reicht es diese mittels Dehnungsmessstreifen zu erfassen und den Motor entsprechend zu Steuern. Das dabei die Drehzahl schwankt lässt sich auch ausregeln!
Bernhard läuft das Seilende an die Winde reicht ein Endschalter aus :-) .
Allerdings frag ich mich ob der NoWHere den Unterschied zwischen Newton und Newtonmeter kennt?
Wie du auf 15kW bei 200Nm kommst ist mir rätselhaft :mrgreen:
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Re: EMotor-Typ und Dimensionierung für zugkraftgeregelte Bre

Neuer Beitragvon BernhardS am Freitag 21. Juni 2013, 16:25

Ich denke von dem hören wir nichts mehr.
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Re: EMotor-Typ und Dimensionierung für zugkraftgeregelte Bre

Neuer Beitragvon anders am Freitag 21. Juni 2013, 17:08

Wie du auf 15kW bei 200Nm kommst ist mir rätselhaft
Aus der Luft gegriffen, das ist letztlich eine Frage der Geschwindigkeit.
Der TE selbst hatte
Mechanische Leistung 12,5 kW (OhOhhh)
geschrieben.
Dazu noch ein bischen den Wirkungsgrad gewürfelt, und schon sind wir bei 15kW.

Ich denke von dem hören wir nichts mehr.
Dieser Überzeugung bin ich schon seit längerem.
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Re: EMotor-Typ und Dimensionierung für zugkraftgeregelte Bre

Neuer Beitragvon NoWHere am Dienstag 25. Juni 2013, 12:40

Bitte vielmals um Entschuldigung, das ich mich noch nicht gemeldet habe. Ich musste in's Krankenhaus (hatte aber nichts mit Bastelprojekten zu tun :). Danke erstmal für den Input. Hier die Antworten auf die aufkommenden Fragen:

Ich lese da nur 100A für 3min.
Den Controller gibt es in 2 Varianten. Variante 1 kann zwei Motoren mit 100A für 3min bestromen. Variante 2 einen Motor mit 200A für 3min.

Die Motoren die du ausgesucht hast, vertragen vermutlich auch nicht den vollen Nennstrom im Stillstand
Nennstrom wird im Stillstand nicht benötigt. Nur beim Abrollen

An welche Batterien hast du denn da gedacht
Favorit momentan LiPos (Lithium Polymer oder Lithium Phosphat) mit BMS (Batterie Management System) - leider teuer. Ich denke die verkraften noch die größten Ströme sowohl beim Laden wie auch beim entladen. Ja, ich kenn die Gefahren von LiPos (Lithium Polymer) Wenn's anders geht - um so besser. [/quote]

Die Bremsenergie zu Verheizen ist völliger Blödsinn

Naja, und was tun wenn die Batterie voll geladen ist? Spätestens dann muss sie verheitzt werden. Ansonsten gehen die Akkus hops. Minimum-Anforderungen ist Verheitzen - wenn man noch mit begrenztem finanziellen Aufwand die Batterie laden kann, cool! Schön wäre: Nur das Delta zwischen der gewünschten Zugkraft der Widerstandsbremse soll aus Batterien eingespeist werden.

Frage mich ob der TE überhaupt ahnt was 1000N oder 1kN darstellt

Bin ich mir sehr wohl im klaren. 1000N wirken bsw. wenn ein etwas Beleibterer sich an ein Seil hängt.

Da ja wohl ein Getriebe dazwischen ist und eine Seilrolle, beides mit unbekannten Reibwerten.

Noch nicht :). Übersetzung kann frei gewählt werden.

Auch weiß man nicht, bei welchem Stromfluss der Motor die, nach Abzug der oben genannten Verluste, gewünschte Bremswirkung aufbaut.

Die Verluste erzeugen nur eine zusätzliche Bremswirkung und die Belastung für das restliche System nehmen ab! Daher für die Diskussion erstmal vernachlässigbar. Beim Abrollen muss gebremst werden.
Der Controller arbeitet als 4-Quadranten-Steller.

Grundsätzlich ist es kein unüberwindliches Problem eine Schaltung aufzubauen, die den Stromfluss über den Bremswiderstand konstant hält. Das ergibt aber eher eine Wirkung, die die Drehzahl in etwa konstant hält

Drehzahl konstant halten reicht nicht. Der genannte Controller kann im Closed-Loop-Modus für Zugkraftregelungen verwendet werden.
http://roboteq.com/how-to/using-closed- ... on-systems

Soll die Winde dann wieder anziehen und das Seil straff halten?

Nein, Position halten ist nicht erforderlich. Verwendung eines Positionsgebers aber möglich (ähnlich wie Rad-Encoder)

Allerdings frag ich mich ob der NoWHere den Unterschied zwischen Newton und Newtonmeter kennt? Wie du auf 15kW bei 200Nm kommst ist mir rätselhaft

2*Pi*f*M = 6,28 * 10Umdrehungen/sec * 200NM = 12,5kw mechanisch eingespeiste Leistung. Ich habe doch nichts von 15kw geschrieben.
Zuletzt geändert von NoWHere am Dienstag 25. Juni 2013, 12:45, insgesamt 2-mal geändert.
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Re: EMotor-Typ und Dimensionierung für zugkraftgeregelte Bre

Neuer Beitragvon anders am Dienstag 25. Juni 2013, 13:58

Naja, und was tun wenn die Batterie voll geladen ist?
Die wird nicht mehr voll sein, wenn sie erstmal den Panzer, oder was immer du da abbremsen willst, hochgehoben hat.

Wenn es aber nur um die Bremserei geht, weshalb dann nicht gleich eine Wirbelstrombremse verwenden?
http://hummert-antriebstechnik.de/anwen ... rombremsen
http://www.coastersandmore.de/rides/brake/brake.shtml
http://www.wlw.de/treffer/wirbelstrombremsen.html
http://de.wikipedia.org/wiki/Wirbelstrombremse

Meines Wissens gab es die auch für LKW (-Anhänger?). Vielleicht wirst du sogar auf einem entsprechnden Schrottplatz fündig, oder bekommst bei einem der Hersteller ein ausgemustertes Exemplar.

P.S.: Auch Drehstromasynchronmotoren, die ja immer wieder aus irgendwelchen Anlagen ausgebaut und verschrottet werden, bremsen sehr effizient, wenn man sie mit Gleichstrom beaufschlagt.
Man müsste sich dann nur mal überlegen, wie heiß der Rotor dabei wird und wieviel Zeit zur Abkühlung zur Verfügung steht.
Zuletzt geändert von anders am Dienstag 25. Juni 2013, 14:06, insgesamt 1-mal geändert.
anders
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Re: EMotor-Typ und Dimensionierung für zugkraftgeregelte Bre

Neuer Beitragvon der mit den kurzen Armen am Dienstag 25. Juni 2013, 16:03

: http://www.electricmotorsport.com/store ... me1002.php
Dieser Motor hat bei 144V Betriebsspannung eine Drehzahl von 4550 U/min
Die technischen Daten zu den Motoren stehen übrigens im Datenblatt, welches bei den Motoren auch zum Herunterladen vorhanden sind.
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Re: EMotor-Typ und Dimensionierung für zugkraftgeregelte Bre

Neuer Beitragvon NoWHere am Dienstag 25. Juni 2013, 18:34

Die wird nicht mehr voll sein, wenn sie erstmal den Panzer, oder was immer du da abbremsen willst, hochgehoben hat.

Es geht um einen Teststand. Ich möchte ein Objekt mit einer bestimmten Zugkraft ziehen können bsw. hinter einem Auto. Nach dem Test soll die Verbindungsleine wieder eingeholt werden - ohne Testobjekt (Motorbetrieb mit geringer Leistung). Somit wird die Batterie durchaus voll.

Wenn es aber nur um die Bremserei geht, weshalb dann nicht gleich eine Wirbelstrombremse verwenden?

Wie ich geschrieben habe, geht es nicht nur um die Bremserei. Ich habe Wirbelstrombremsen durchaus in Betracht gezogen und bin auch schon auf die Hummert-Datenblätter gestoßen.
Ist keine schlechte Lösung, nur:
- brauche ich zusätzlich auch einen Motor (Wenn auch nur mit geringer Leistung) => Komplexer und vermutlich teurer
- Die größte Hummert-Wirbelstrombremse bremst max 11kw => absolut am Limit
- Über einen Lastwiderstand an einem Generator könnte ich einen Teil der Leistung außerhalb des Generators vernichten => Teil der Wärme entsteht nicht im Generator => Ausreichend Temperaturreserve, kleinere Bauform. Nur wie kombiniere ich das am Besten mit dem Controller für die Zugkraftregelung?
- Die Systeme für LKWs, die ich gefunden habe wiegen >150kg und ich bremse keine Tonnen an Gewicht :)

Auch Drehstromasynchronmotoren, die ja immer wieder aus irgendwelchen Anlagen ausgebaut und verschrottet werden, bremsen sehr effizient, wenn man sie mit Gleichstrom beaufschlagt.

Hmm, das wußte ich nicht. Da mach ich mich mal schlau. Gibt es da entsprechende fertige batteriebetriebene Regler, um bsw das Drehmoment während des Bremsens zusteuern? Ist mir noch nichts über den Weg gelaufen. Bin weggegangen von den Drehstromasynchronmotoren, da die Frequenzumrichter + Motoren aus dem Automotive-Bereich deutlich teurer sind.

Dieser Motor hat bei 144V Betriebsspannung eine Drehzahl von 4550 U/min

Das ist der Motor, den ich im ersten Post genannt habe und kenne das Datenblatt. Was möchtest du mir sagen?
Was für mich dagegenspricht:
- Der Motor kann ohne Last sich selbst zerstören, da die durchgehen. Der Motor versucht ein Drehmoment zu erreichen, das durch den Strom vorgegeben wird. Ohne Last...
- Reihenschlussmaschinen haben ein stark drehzahlabhängiges Drehmoment
- Das Datenblatt gibt keine offensichtliche Auskunft, wie der Motor sich im Generatorbetrieb verhält. Genau hier ist eine Wissenslücke...


Eine meiner Fragen kann ich jetzt teilweise selbst beantworten:
"Wie kann ich aus den Datenblättern abschätzen mit welcher Drehzahl ich ganz grob zu rechnen habe bei einem Lastwiderstand X? "

Die maximale Generatorleistung bei BDC-Motoren erreicht man, wenn der Lastwiderstand dem Innenwiderstand des Motors entspricht. Nur wie kombiniere ich das geschickt mit der PWM-Steuerung des verlinkten Controllers?!?

Besten Dank für die Infos!
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Re: EMotor-Typ und Dimensionierung für zugkraftgeregelte Bre

Neuer Beitragvon der mit den kurzen Armen am Dienstag 25. Juni 2013, 19:12

Ersten hat der Motor eine Nenndrehzahl von 5000 U/min du möchtest aber nur 500 U/min das ist eine Drehzahlreduzierung um den Faktor 10. Dazu ist ein Getriebe nötig! Das Getriebe verhindert einen Leerlauf des Motors und verringert die Drehzahl! Zweitens lässt sich auch ein Reihenschlussmotor über den Strom steuern.
Einziger Nachteil dieses Motors ist die Erregerwicklung muss von außen zugänglich sein .
Drittens ist der Generatorbetrieb gerade bei einem Reihenschlußmotor problemlos möglich! Dazu kommt noch das bei höherer Drehzahl das Drehmoment abnimmt.
Um ein Durchgehen des Motors zu Verhindern reicht es die Drehzahl zu überwachen und dem Motor den Strom zu kappen bzw ihn sogar umzupolen dann bremst der sogar gewaltig!
Was denkst du warum gerade zB bei Strassenbahnen Reihenschlussmotoren verwendet wurden?
Mit sinkender Drehzahl steigt das Drehmoment am Abtrieb. Eine höhere Betriebsspannung senkt zudem den Stromverbrauch bei gleicher Leistung!

Wenn du allerdings hauptsächlich bremsen willst solltest du dir Überlegen ein Getriebe mit höherer Übersetzung zu Wählen und rein mechanisch zu bremsen. Scheibenbremsen lassen sich sehr feinfühlig dosieren!
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Re: EMotor-Typ und Dimensionierung für zugkraftgeregelte Bre

Neuer Beitragvon NoWHere am Dienstag 25. Juni 2013, 20:46

Ich habe mich wohl in meinem ersten Post etwas ungenau ausgedrückt, obwohl ich mir Mühe gegeben habe (kann ihn aber nicht editieren):
Das genannte Drehmoment, die Umdrehungszahl und mechanische Leistung sind auf die Windenanwendung bezogen - nicht auf den Motor!!! Eine Übersetzung ist schon geplant. Wenn man so in seinem Gedankengang drin hängt...


Ersten hat der Motor eine Nenndrehzahl von 5000 U/min du möchtest aber nur 500 U/min das ist eine Drehzahlreduzierung um den Faktor 10. Dazu ist ein Getriebe nötig! Das Getriebe verhindert einen Leerlauf des Motors und verringert die Drehzahl!

Daher habe ich geschrieben: Die Übersetzung kann frei gewählt werden. Außerdem ist es doch nett, wenn ich noch Reibungsverluste durch das Getriebe hab - entlastet schon die Widerstandsbremse/Motorbremse.

Zweitens lässt sich auch ein Reihenschlussmotor über den Strom steuern.

Ja, aber bsw. wenn das Seil reist geht die Drehzahl extrem nach oben und ruck-zuck war's das mit dem Motor.
Es ist beherschbar, aber halt kein fehlertolerantes Verhalten (Programmierfehler, Ausfall Drehgeber, Ausfall Controller, schlecht testbar...).

Drittens ist der Generatorbetrieb gerade bei einem Reihenschlußmotor problemlos möglich! Dazu kommt noch das bei höherer Drehzahl das Drehmoment abnimmt.

Ich habe nichts anderes behauptet, aber da nach meinem aktuellen Kenntnisstand die Lösung mit dem BDC-Motor und verlinktem Controller ausreichen müsste, warum davon abweichen? (Der Controller unterstützt u.a schon Zugkraftregelung, regeneratives Bremsen, liefert den notwendigen Strom und Motor+Controller sind bezahlbar)
Hilf mir doch bitte und sag mir mit welchem batteriebetriebenen Controller die beschriebenen Funktionalität realisieren kann.

Wenn du allerdings hauptsächlich bremsen willst solltest du dir Überlegen ein Getriebe mit höherer Übersetzung zu Wählen und rein mechanisch zu bremsen.

Die Zugkraftregelung über mechanische Bremsen ist nicht konstant genug.

Um das Problem einzugrenzen: Was spricht gegen den Controller und den BDC-Motor?

Prost!
Zuletzt geändert von NoWHere am Dienstag 25. Juni 2013, 20:57, insgesamt 1-mal geändert.
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Re: EMotor-Typ und Dimensionierung für zugkraftgeregelte Bre

Neuer Beitragvon der mit den kurzen Armen am Mittwoch 26. Juni 2013, 15:03

Also mal Klartext : Wenn du 12,5kW Leistung am Getriebe abnehmen willst musst die auch ans Getriebe liefern!
Daraus folgt dein Motor braucht dann mindestens 12,5 kW Leistung! Ob das Getriebe nun am Ausgang mit 10 U/min oder mit 1000 U/min dreht spielt da gar keine Rolle.
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