BLDC Kompressor Ansteuern

Der chaotische Hauptfaden

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Alexander470815
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Re: BLDC Kompressor Ansteuern

Beitrag von Alexander470815 »

Der Asynchronmotor braucht eben Strom um im Rotor ein Feld aufzubauen damit da ein Drehmoment dabei herum kommt.
Der Kurzschlusskäfig dreht sich dabei langsam durch dieses Feld was dann dem Schlupf entspricht.

Beim Synchron hat man ja dauerhaft ein Feld, man muss also nur Strom reinschicken der Drehmoment bildend ist(Strom auf der q-Achse).
Natürlich kann man einem Synchron auch einen Feldstrom(Strom auf der d-Achse) aufdrücken um das Magnetfeld zu verstärken oder abzuschwächen um höhere Drehzahlen zu erreichen.
Für den Grunddrehzahlbereich reicht der Strom der Drehmoment bildend ist, der kann dann je nach Last sehr gering ausfallen, viel geringer als bei gleich großen Asynchronmotoren.
Und diese ganze Geschichte braucht eben passende Software im Hirn vom FU, sonst wird das nichts.
Silvio hat geschrieben: Mi 2. Nov 2022, 20:41 Gibt es auch Kompressoren mit asynchronem Motor drinne?
In den typischen Inverter Klimaanlagen nein. Teilweise sind da sogar noch exotischere Motoren drin wie Permanent Magnet Synchron Reluktanz Motoren(PMSynRM).
Generell gibts natürlich schon Verdichter mit Asynchronmotoren, alles was keinen Umrichter dran hat für gewöhnlich.
Viele Kühlschränke haben heute auch schon geregelte Verdichter, die haben auch PM Motoren.
Warum auch nicht, wenn man schon einen FU einbaut dann nimmt man gleich die effizienteren Motoren dazu.
Silvio
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Re: BLDC Kompressor Ansteuern

Beitrag von Silvio »

Kann man sich das elektrisch beim Synchronmotor so vorstellen, dass er im korrekten Betrieb rein ohmsch ist?

Kann man sich das so vorstellen?: Der FU hat einen einzigen Freiheitsgrad: Die Spannungsamplitude. Frequenz ist Vorgabe. Ausgangsspannungsform ist Sinus (PWM modulierter Sinus). Der Strom stellt sich ein aus Lastverhalten etc.
Wenn Spannungsamplitude stimmt, dann Phasenstrom inphase zur Spannung. Wenn sie nicht stimmt, dann Blindanteil (induktiv oder kapazitiv). Die Spannungsamplitude muss in der Höhe geregelt werden, was die einfachen FUs nicht können.
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Alexander470815
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Re: BLDC Kompressor Ansteuern

Beitrag von Alexander470815 »

Silvio hat geschrieben: Mi 2. Nov 2022, 22:48 Kann man sich das elektrisch beim Synchronmotor so vorstellen, dass er im korrekten Betrieb rein ohmsch ist?
Nein, siehe das Ersatzschaltbild.
Silvio hat geschrieben: Mi 2. Nov 2022, 22:48 Die Spannungsamplitude muss in der Höhe geregelt werden, was die einfachen FUs nicht können.
Doch das können sie, aber nicht in der weise wie es nötig ist.
Schau mal nach Feldorientierter Regelung oder Vektorregelung, da gehört schon einiges dazu und das einige ist eben nicht identisch für Asynchron und Synchron.
Ein Asynchron läuft noch passabel mit einem konstanten U/f Verhältnis, bei einem Synchron versagt diese Methode ziemlich schnell.
Deswegen eben Feldorientierte Regelung und die muss für den entsprechenden Motortyp geeignet sein.
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Bastelbruder
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Re: BLDC Kompressor Ansteuern

Beitrag von Bastelbruder »

Der Synchronmotor läßt sich magnetisch mit einem Waschbrett vergleichen, welches mit Hilfe eines Löffels in Bewegung versetzt wird. So lange der Löffel das Wellental nicht verläßt, funktioniert alles wunderbar.
Die Mitnahmekraft ist allein vom Strom abhängig, der durch die Wicklung fließt und den Löffel in die Welle drückt.
Mit zunehmendem Widerstand blidet sich eine Phasenverschiebung bis maximal 90° aus, dann gleitet der Löffel über den Berg. Er schnappt dann ins nächste Tal ein, das ist der berüchtigte Schrittverlust.
In der Praxis ist bereits eine Phasenverschiebung über 45° unbrauchbar, weil die Mitnahmekraft ab da schon wieder abnimmt.

Die EMK wird von Geschwindigkeit und Permanentmagnetfeld (Höhe der Wellen) bestimmt, sie ist unabhängig von Last und Phasenwinkel. Intelligente Treiber können allerdings den Phasenwinkel des Antriebs mit dem der EMK einer nicht bestromten Wicklung vergleichen und daraus den benötigten Strom errechnen.
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Alexander470815
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Re: BLDC Kompressor Ansteuern

Beitrag von Alexander470815 »

Phasen unbestromt lassen ist jedoch ungünstig aufgrund von Drehmomentwelligkeit und verringerter Effizienz.
Deswegen macht man das meist auch anders, mittels der Phasenströme und einem Software Modell des Motors berechnet man einfach den Polradwinkel.
Silvio
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Re: BLDC Kompressor Ansteuern

Beitrag von Silvio »

Es war jetzt länger ruhig, aber es geht weiter. Ich hatte ja versehentlich den Kompressor, gleichen Typs wie vom Threadstarter, für defekt befunden und mit der Flex zerlegt. In Tonis BHKW-Thread ist der Wunsch nach einem permanent erregten Synchrongenerator entstanden und ich kam auf die glorreiche Idee den zerlegten Kompressor zu recyceln und zu einem Motor/Generator umzubauen. Hier ein paar Fotos. Ich hoffe, dass ich diesen Motor für Frequenzumrichterexperimente nutzen kann, um die Unterschieden zum Asynchronmotor, wie oben besprochen zu verstehen.
klein-20230319_203234.jpg
klein-20230319_202900.jpg
klein-20230317_145727.jpg
Vor einer Weile (5,5 Jahre) habe ich einen kleinen Frequenzumrichter mit einem STM32-Eval-board testweise aufgebaut und asynchrone Motoren liefen damit auch. Mal sehen wo die Reise hingeht. Das Leben ist kurz, die Zeit knapp und viel zu viele Projekte...
Silvio
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Re: BLDC Kompressor Ansteuern

Beitrag von Silvio »

Zwischenstand. Ich fand die Zeit mich mit Frequenzumrichtern erneut zu beschäftigen, im speziellen mit dem Antrieb von PMSM/BLDC-Motoren. Wie man es richtig machen kann man hier erahnen: https://www.youtube.com/watch?v=cdiZUszYLiA
Ich war natürlich zu faul, um die ganze Theorie bis ins kleinste Detail zu verstehen, ...
klein-20230724_082744.jpg
Wie weit ich bin:

Schritt 1:
Ich habe angefangen mit dem PMSM aus dem Kompressor, den ich zerlegt habe. Im ersten Schritt habe ich einen Encoder an die Welle gemacht und versucht, den Strom so einzuprägen, dass das Magnetfeld ein maximales Drehmoment erzeugt. Das ging auch recht schnell. Der Synchronmotor lief dann schon mal. Wenn man den Encoder im Betrieb verdreht hat, verdrehte sich auch der Ansatzwinkel zwischen Magnetfeld und Rotor. DC-Stromaufnahme der Brücke stieg in beiden Fällen. Auf dem Oszilloskop konnte ich den Strom beobachten, wie er aussah, wenn ich den Winkel verstellte. Mit perfekter Ausrichtung des Encoders war der Strom in Phase mit der PWM-Sinus-Spannung. Mit der Drehung kam ein induktiver bzw. kapazitiver Anteil dazu, je nachdem in welche Richtung man das Magnetfeld verstellte.

Schritt2:
Meine Grundidee. Die Elektronik nimmt den Strom an einer der drei Phasen auf und schaut auf dem Blindstrom. Der Blindstromanteil wird für die Regelung der geschätzten Winkelgeschwindigkeit und des Winkels selbst benutzt. Tatsächlich funktioniert das ab einer gewissen Geschwindigkeit recht gut. Ab ca. 4.5 U/s bzw 9 U/s elektrisch, läuft das okay. Der Encoder wird nicht mehr gebraucht.

Schritt3:
wie kommt der Motor vom Stillstand auf diese Mindestgeschwindigkeit? Das läuft noch nicht automatisiert. Die Software prägt mit 3 U/s-elektrisch ein Drehfeld auf dem Motor. Mit einem Potentiometer steuere ich per Hand, wie viel Spannung die Brücke raus gibt. Die Software springt in der Phase ein bisschen hin und her und bleibt dort, wo der DC-Strom an geringsten ist. Die Winkelgeschwindigkeit wird langsam gesteigert. Ist man schnell genug, springt die Software in den Schätzmodus und ab da läuft der Motor rund.
klein-20230724_082754.jpg
klein-20230724_082800.jpg
Hardware: STM32F411 Discovery-Board, L298-Dual-Vollbrücken-Board, chinesischer Drehgeber (der nun nicht mehr benutzt wird), AC-Stromtransformator, DC-Stromsensor ACS712-5A, Relaiskarte
Software: ISR läuft mit 500 Hz, PWM 12 kHz,
Soweit der Zwischenstand
Silvio
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Re: BLDC Kompressor Ansteuern

Beitrag von Silvio »

Kleiner Nachtrag zum gerade eben verfassten Beitrag...
Interessanterweise läuft auch ein Kompressor damit. Für ein Anlaufen und drehen im Leerlauf reicht die L298 Brücke aus.
Wenn ich 2 Polpaare annehme, dann
dreht er mit 12.6 U/s .. ca. 750 U/min, bei 33V und 0.63A.
Der große Kompressor läuft mit 21 Watt. Das hat mich verwundert.
klein-20230724_083652.jpg
Ausblick:
Größere Brücke + Höhere ISR-Frequenz. Hoffentlich kann dann der Kompressor auch unter Last und hoher Drehzahl laufen. Wir schauen mal..

Hat jemand von euch das Datenblatt von diesem Kompressor 5CS102XFA ?
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ferdimh
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Re: BLDC Kompressor Ansteuern

Beitrag von ferdimh »

Der Kompressor ist sicher ein vierpoliges Exemplar. Damit wären das nur ca. 375 U/min. Außerdem hätte der unter sinnvoller Last ungefähr 10 bar auf der Saugseite, würde also 10x mehr Gas fördern, als jetzt, wo er aufm Tisch steht. Da der Scroll eine innere Verdichtung hat, wird der fehlende Gegenruck am Auslaß nicht so viel Energie sparen.
Das Ding sollte also 1/10(Gasfüllung)*1/7(Drehzahl) seiner Nennleistung abgeben. Der Wirkungsgrad der Synchronmaschine ist relativ unabhängig von der Last, also sollte das auch für die Leistungsaufnahme gelten.
21W*70 sind 1,47 kW. Ich würde sagen: Jackpot.
Silvio
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Re: BLDC Kompressor Ansteuern

Beitrag von Silvio »

Hi Ferdim,
danke für deine Antwort. Es ist interessant wie du die max. Leistung abschätzt. Du hast vollkommen recht mit der Annahme von ca. 10 Bar Ansaugdruck, der Kompressor ist für R410A ausgelegt und aus einer Klimaanlage entnommen. Wie du auch, bin ich der Meinung, dass der Kompressor 4 Pole hat (2 Polpaare). Die aus dem ersten Test angegeben mechanischen 750 U/min resultieren aus 1500 U/min elektrischer Frequenz bzw. 25 Hertz. Da der Kompressor aber sicher für um die 6000 U/min (100 U/s.. 200 Hz elektr.) ausgelegt ist, passt deine Rechnung trotzdem ungefähr.
Ein paar Daten zu dem Kompressor muss ich aber noch sammeln. Die elektrischen Daten ergeben sich im Betrieb. Nur die nicht-elektrischen Daten brauche ich.
Alexander470815 hat geschrieben: Fr 3. Sep 2021, 12:56 Ich habe ... einen 5CS102 hier zum probieren...
Alexander470815, vielleicht kannst du mir da helfen!?. Gerne auch jeder andere :
  • Ölmenge. Das Öl möchte ich wechseln. Der Kompressor steht schon lange im feuchten Keller offen im Regal und das Öl ist hygroskopisch. Denke, es ist mit Wasser gesättigt und die Esteröle machen bekanntlich Probleme bei Feuchtigkeit. Da ich keinen Kältemittelschein habe, geht es in Richtung R290 und mineralisches Öl
  • Fördervolumen / Umdrehung. Wenn die die Nomenklatur richtig deute, müsst der 5CS102XFA 10.2 ccm/rev haben..
  • Drehzahlbereich. Wegen Ölförderung. Ich schätze mechanische 20-100 U/s. Wissen tue ich es aber nicht.
  • grob die Druckverhältnisse. Meine Annahme: 9 Bara (4 Grad) auf 30 Bara (50 Grad). Das sind doch ungefähr die Temperaturen einer Klimaanlage oder?
Momentan wird sich auf eine größere 3-Phasen-Brücke konzentriert. Ich gucke mir die Inverter-Leistungselektronik aus den recycelten Klimaanlagen an. Vielleicht kann ich da was nutzen, ohne gleich eine eigene Leiterplatte machen zu müssen. Eine weitere Variante wäre auch noch, einen billigen FU zu kaufen und nur die Endstufe zu nutzen. Vielleicht gibt es auch noch andere Ideen, wo man eine dreiphasige Vollbrücke her entnehmen kann.
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ferdimh
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Re: BLDC Kompressor Ansteuern

Beitrag von ferdimh »

Oh, da hats einige Missverständnisse:
Ich habe die Daten aus dem Typenschild des Kompressors vom Ursprungsbeitrag gezogen. Da standen "1,41 kW".
Darauf bezog sich auch mein "Jackpot": Die Rechnung kommt tatsächlich aus - Nur ist das Ganze ja ein anderer Kompressor, und damit ist meine Rechnung für den Aufbewahrungszylinder...
Auf so eine Abschätzung verlassen würde ich mich eher nicht. Allerdings zieht der Motor am Ende die Leistung, die er zieht. Die wird er schon ungefähr verkraften.

Und, Ich könnte schwören, dass du "2 Pole" statt "2 Polpaare" geschrieben hast...

Aber egal.
Zur Bestimmung des Hubvolumens würde ich bei gegebener Drehzahl den Auslass durch einen Schlauch in eine kopfstehende Flasche voll Wasser leiten. Damit die voll bleibt, wird sie in einen Eimer getunkt. Jetzt den Kompressor laufen lassen (dabei die Umdrehungen zählen, das kriegst du deiner Software sicher beigebogen) und gucken, wann die rauspurzelnde Luft das Wasser verdrängt hat.
Silvio
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Re: BLDC Kompressor Ansteuern

Beitrag von Silvio »

ferdimh hat geschrieben: Mi 26. Jul 2023, 12:31 Und, Ich könnte schwören, dass du "2 Pole" statt "2 Polpaare" geschrieben hast...
Du kannst nicht erahnen, wie oft ich etwas falsch lese/nicht verstehe/falsch in Erinnerung habe/ etc :D
ferdimh hat geschrieben: Mi 26. Jul 2023, 12:31 Allerdings zieht der Motor am Ende die Leistung, die er zieht. Die wird er schon ungefähr verkraften.
Richtig! So sehr ich die Synchronmaschinen anfangs verflucht habe, so sehr sehe ich jetzt auch die Vorteile. Das gehört dazu
ferdimh hat geschrieben: Mi 26. Jul 2023, 12:31 Zur Bestimmung des Hubvolumens ...dabei die Umdrehungen zählen ... das Wasser verdrängt hat.
Nice ;) Ich wäre über konstante Drehzahl und Zeit gegangen, aber die Umdrehung zählen!? Nice.

Als ich heute früh mein Aufbau eingeschaltet habe, hat sich der L298 zischend verabschiedet. Ich war traurig. Naja. Das währte nur kurz. Die letzten Tage habe ich überlegt, wo ich schnell und günstig eine 3-Phasen-Vollbrücke herbekomme. Ich habe mir die originale Inverter-PCB von der Klimaanlage angeguckt, aus der ich auch den Kompressor habe. Die Leiterplatte hatte ein paar Probleme, u.a. war das IGBT-Modul defekt. Ein FSBB20CH60 von damals noch Fairchild. Zufälligerweise hatte ich genau diesen Baustein hier und habe ihn gewechselt. Was ein Krampf.
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Nach dem IGBT-Modulwechsel, lief die Brücke. Mit 65 V Brückenspannung läuft der Testmotor bis 1620 U/min, bei 1000 ISR-Aufrufen pro Sekunde (Der elektrische Sinus hat dann 18.5 Stützstellen pro Periode).
Mit den 500 ISR-Aufrufen lief er nur bis 1100 U/min. (13.6 Stützstellen), dann wurde es instabil.
Der Kompressor läuft mit ca. 1500 U/min bei 1,5 Bar Überdruck. Dann zieht es ein ganzes Amperé.

Jetzt wird es langsam spannend.
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Alexander470815
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Re: BLDC Kompressor Ansteuern

Beitrag von Alexander470815 »

Silvio hat geschrieben: Mi 26. Jul 2023, 05:45 Ölmenge. Das Öl möchte ich wechseln.
Gucken ob in einem Datenblatt einer Anlage die diesen Verdichter nutzt eine Ölmenge angegeben ist.
Problematisch ist dass das öl sich nicht gut wechseln lässt da der Sauggasstutzen ein Stück in das Gehäuse hineinragen wird.
Alles raus bekommt man wohl nur durch anbohren und wieder zu schweißen.
Silvio hat geschrieben: Mi 26. Jul 2023, 05:45 müsst der 5CS102XFA 10.2 ccm/rev haben
Das wird auch so sein.
Silvio hat geschrieben: Mi 26. Jul 2023, 05:45 Ich schätze mechanische 20-100 U/s. Wissen tue ich es aber nicht.
Auch hier bleiben nur die Datenblätter von den kompletten Anlagen in denen vielleicht etwas drin steht.
Sonst kann man da wohl nur raten.
Silvio hat geschrieben: Mi 26. Jul 2023, 05:45 grob die Druckverhältnisse. Meine Annahme: 9 Bara (4 Grad) auf 30 Bara (50 Grad). Das sind doch ungefähr die Temperaturen einer Klimaanlage oder?
Das kommt natürlich immer auf den Betriebsmodus, Außentemperatur etc. an.
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Re: BLDC Kompressor Ansteuern

Beitrag von Silvio »

Danke.
Alexander470815 hat geschrieben: Mo 31. Jul 2023, 12:27 Problematisch ist dass das öl sich nicht gut wechseln lässt da der Sauggasstutzen ein Stück in das Gehäuse hineinragen wird.
Ich habe den Kompressor eine Weile, überkopf hängend, abtropfen lassen. Es sind ganze 27g zusammengekommen. Das sind im besten Fall, laut Dichteangaben für POE, 29 ml, die rausgekommen sind. Das überrascht mich sehr. Ich dachte, da wären einige 100 ml drin.
Ich würde gerne viel mehr als die 30 ml Öl einfüllen. Was passiert mit so einem Scrollkompressor, wenn zu viel Öl drin ist, also überfüllt ist mit Öl? Die Kapsel ist die Hochdruckseite, also Öl kann nicht direkt angesaugt werden. Geht da nur der Stromverbrauch und Temperatur hoch, oder gibt es noch andere Gefahren?
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Alexander470815
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Re: BLDC Kompressor Ansteuern

Beitrag von Alexander470815 »

Silvio hat geschrieben: Mi 2. Aug 2023, 09:00 Ich habe den Kompressor eine Weile, überkopf hängend, abtropfen lassen. Es sind ganze 27g zusammengekommen.
Das wundert mich nicht, der Ölsumpf ist auf der Niederdruckseite und mit dem großen Anschluss an der Seite verbunden, nicht mit dem zentralen Stützen oben drauf.
Anders wäre es bei einem Rollkolben Verdichter, hier ist der Ölsumpf idR. auf der Hochdruckseite so wie auch das Gehäuse.
Aber auch hier wird die Problematik sein dass das Rohr etwas in das Gehäuse hinein steht und man damit nicht alles rausbekommt.
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Re: BLDC Kompressor Ansteuern

Beitrag von Silvio »

Der Niederdruckanschluss geht meiner Meinung nach direkt auf die Scrollschnecke. Also man könnte auf die Schnecke gucken, wenn der Rohr nicht gebogen wäre. Jedenfalls ist das beim Schwesternmodell, wie beim Threadstarter und bei meinem zersägten Kompressor, so. Unter Ölsumpf stelle ich mir sowas wie eine Ölwanne beim Automotor vor. Aber ich mag falsch liegen.
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Re: BLDC Kompressor Ansteuern

Beitrag von Silvio »

Ein kleines Update zur Entwicklung des FUs für Synchronmotoren. Ich bin zwischenzeitlich doch auf die Transformation Clarke/Park umgestiegen, weil die Berechnung der Stromphasenlage ohne Totzeit erfolgt, was günstiger für eine Regelung ist. An zwei der 3 Phasen hängen nun Stromtrafos, die auf den ADC gehen.

Signalpfad: (2x Strom der 3 Phasen) - (ADC) -> (Clarke-Transformation ins 90°-System) -> (Park, für stehende Phasoren) -> (kleiner Tiefpass gegen das Zappeln) -> (Phasen und Geschwindigkeitsschätzung, PI-Regler)
-> 3x sinus() des nächsten Phaseninkrements. -> PWM

Des weiteren haben ich mir 3 Netzteile á 60 V besorgt und kann Gleichspannung bis 180V erzeugen. Momentan nutze ich für die synchronen Experimente nur 120 V. Damit komme ich bei dem Inverter-Kompressor auf 2900 U/min ohne Last. Wahrscheinlich explodiert alles, wenn der Kompressor in einer Kälteanlage hängt und Arbeit verrichten muss.
klein-20231006_075912.jpg
Eine Interruptroutine für 1-phasige asynchrone Motoren (Rollkolbenverdichter mit Kondensator) ist auch in Entwicklung, scheint aber problemlos.
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