Ansteuerung von BDC Motoren (Scheibenwischer) für Nähmaschinen

[Flickflak]

Hallo Achim

Vielen Dank, dass Sie diesen BDC-Motor getestet und bewertet haben. Es hört sich nicht so an, als wäre der Motor besonders geeignet. Aber ich habe noch nicht versucht, Gleichstrommotoren dieser Größe zu bekommen und es wäre toll, wenn du sie mir schicken könntest, also werde ich dir eine PM schicken.

Zumindest habe ich einen Testaufbau, mit dem ich die Drehmomentcharakteristik des Motors testen kann. Sie und andere haben wahrscheinlich auch mein Video vom Testaufbau gesehen, und wenn andere sehen möchten, welche Achsdrehmomente andere ähnliche Motoren bereitstellen können, habe ich die Möglichkeit, dies auch aus eigenem Interesse zu messen.

https://youtu.be/60Q4WAO9lyU

Grüß, Viggo

[Flickflak]

Ich habe bisher ein Experiment mit einem kleinen 5-W-Gleichstrommotor durchgeführt, um zu sehen, ob einige Prinzipien zur Steuerung eines solchen Motors mithilfe eines Arduino-Mikrocontrollers und einer H-Brücke angewendet werden können. Der Motor ist offensichtlich zu klein, um sinnvoll für eine Nähmaschine eingesetzt zu werden. Aber ich habe ein kleines Video zu diesem Experiment gemacht:

https://youtu.be/mmy6z2qqFD4

Im Experiment wurde ein weiterer kleinerer Gleichstrommotor verwendet, um die Drehzahl zu messen und ein Rückkopplungssignal bereitzustellen. Darüber hinaus wird die Messung des Motorstroms zur Rückführung in einen internen Regelkreis genutzt. Dadurch entstand ein Arbeitsbereich von ca. 40 U/min bis 11.000 U/min für diesen Motor, also 1:275. Es ist ein größerer Drehzahlbereich, als ich ihn bisher auch bei Servomotoren für Nähmaschinen gesehen habe.

Der Vorteil der Verwendung eines Gleichstrommotors für die Rückmeldung anstelle eines digitalen Encoders besteht darin, dass Sie mit einer schnelleren Regelung arbeiten können, wobei die Regelung in einer Geschwindigkeitsschleife erfolgt, die alle 0,5 ms oder bei 2 kHz arbeitet. Meine Experimente zeigten, dass es tatsächlich eine deutlich bessere Regelung ergab, als wenn die Regelschleife mit 3 ms oder 333 Hz arbeiten würde. Wenn Sie beispielsweise einen digitalen Encoder mit 100 Impulsen pro Umdrehung verwenden, erhalten Sie bei 40 U/min 67 Impulse/Sek. Das bedeutet, dass Sie nicht schneller regulieren können, d. h. 15 ms oder 67 Hz.

Aber ich muss das Prinzip natürlich mit einem größeren Gleichstrommotor an einer Nähmaschine testen. Ich bevorzuge es, einige Prinzipien erst einmal im Kleinen auszuprobieren. Selbstverständlich gehört auch die Arbeit mit Software für den Arduino dazu.

Grüß, Viggo

[js_hsm]

Hallo Viggo,

das sieht gut aus.
Ich reduziere bei solchen Anwendungen die AD Auflösung auf 8 Bit so kann ich schneller auf die Analogwerte zugreifen.
Du auch ?

Gruß, Achim

[Flickflak]

Hallo Achim

Ich habe nicht darüber nachgedacht, den ADC auf 8 Bit herunterzufahren. Bei Arduino Nano und Uno arbeitet der ADC normalerweise mit einer Taktfrequenz von 125 kHz, was bedeutet, dass eine ADC-Wandlung etwa 0,108 ms dauert. Allerdings habe ich herausgefunden, dass man nicht viel an Auflösung verliert, wenn man diese Frequenz um das Achtfache auf 1 MHz erhöht, und das verwende ich. Hier können Sie etwas mehr darüber sehen:

https://forum.arduino.cc/t/arduino-nano ... or/1204040

Bei einem Arbeitsbereich von 1:275 bei Gleichspannung dieses zusätzlichen Tachogenerators ist jedoch eine hohe Auflösung erforderlich. Wenn man die vollen 10 Bits nutzt, um die volle Geschwindigkeit messen zu können, dann hat man bei der niedrigen Geschwindigkeit eine eher grobe Geschwindigkeitsauflösung, bei der man zwischen einem Messwert von 3 und 4 kommt. Deshalb habe ich tatsächlich zwei Eingänge verwendet das Arduino, wo man ein 4,5-mal stärkeres Signal hat. Bei niedriger Geschwindigkeit ergibt sich dann eine bessere Auflösung. Es bedeutet aber auch, dass Sie zwischen der Verwendung des einen oder anderen Signals wechseln müssen.

Durch die Verwendung der H-Brücke, die Messung des Motorstroms und die Umstellung auf 20-kHz-PWM am Motor verwende ich nicht nur die reguläre Standard-Arduino-Software für den ADC und den Timer1. Dieses Diagramm zeigt ein wenig, wie H-Brücke und Strommessung für meinen Test funktionieren:

Curves Arduino motor drive2.png

Hier gibt es viele Details. Bei Arduino wird Mode 10 für Timer1 gemäß Datenblatttabelle 16-4 verwendet. Für den ADC wird zur Strommessung der Trigger von Timer1 gemäß Tabelle 24-6 Bit 110 verwendet. Diese Methode bedeutet, dass ich keine Interrupt-Routinen für den Arduino verwenden muss, und das vermeide ich lieber.

Grüß, Viggo

[js_hsm]

Soviel zur Theorie
In der Praxis werden die letzten 2 Bits wahrscheinlich durch Rauschen unbrauchbar. Dann nutze ich lieber dem Mittelwert aus schnellen 8 Bit AD Daten
Und 256 Stufen sollten bei der Geschwindigkeit reichen

Gruß, Achim

[Flickflak]

Ich hatte gehofft, bald einen Test eines Gleichstrommotors meiner Pfaff 230 präsentieren zu können. Leider habe ich gerade einen Motor aus China erhalten, der aufgrund zu hoher Reibung fehlerhaft ist. Ich habe ein kleines Video gemacht, in dem ihr ein Gefühl für die Verpackung und die Reibung bekommen könnt:
https://youtu.be/NIy1haaBrpA

Der Motor wurde hier gekauft:
https://vi.aliexpress.com/item/1005003579267272.html

Ich habe den Lieferanten gerade über Aliexpress kontaktiert und möchte nun einfach von Ihren Erfahrungen damit hören. Ich stimme zu, dass der Kauf in China mit Risiken verbunden ist. Es gab mehrere Anbieter des gleichen Motortyps, und ich wählte in erster Linie danach aus, wie lange das Unternehmen schon auf Aliexpress existierte, wie viele es geliefert hatte und wie hoch der Preis war.

Um den Lieferanten über Aliexpress zu benachrichtigen, stellte sich heraus, dass es nicht möglich war, einen Link zu YouTube hinzuzufügen, da ich dann eine Nachricht erhielt, dass meine Nachricht nicht gesendet wurde. Wenn ich in einer Nachricht nur den Namen YouTube erwähnt habe, wurde die Nachricht nicht weitergeleitet. Natürlich könnte es hier alle möglichen politischen Gründe für die Blockierung von Aliexpress geben. Daher musste ich dem Lieferanten das Problem im Klartext mitteilen. Jetzt muss ich schauen, was dabei herauskommt. Aber leider werde ich mich wohl damit begnügen müssen, noch einmal einen anderen Motor zuschicken zu lassen.

Glauben Sie, dass das Problem nur daran liegen kann, dass die Kugellager ab Werk nicht geschmiert sind?

[gadai]

Ich nehme an, daß der Rotor an den Permanentmagneten streift, an den Kugellagern wird es nicht liegen.
Sollte man aber von außen sehen können.
Rentiert sich überhaupt eine Rücksendung ?
Leider ist der Motor etwas umständlich zu öffnen wegen der Einbördelungen.

[gadai]

...Ich würde ihn kurz unter Spannung setzen (falls er sich unter Strom dreht) um zu sehen ob er leichtgängiger wird.

[Flickflak]

Ich nehme an, daß der Rotor an den Permanentmagneten streift, an den Kugellagern wird es nicht liegen.
Sollte man aber von außen sehen können.
Rentiert sich überhaupt eine Rücksendung ?
Leider ist der Motor etwas umständlich zu öffnen wegen der Einbördelungen.

Danke für die Info zu Kugellagern.

Bei näherer Betrachtung halte ich es für den Kunststofflüfter des Motors, der seitlich auf die Permanentmagnete trifft. Es ist mir gelungen, einen dünnen Nähfaden durch die Lüftungsöffnungen des Motors an diese Stelle zu ziehen, und hier ist der Nähfaden stark eingeklemmt. Es ist auch ein Gefühl von Kunststoff auf Metall, das ich verspüre, wenn ich den Rotor drehe. Auch der Klang passt dazu. Es ist nicht das Metall des Rotors, das auf den Magneten trifft.

Eine eventuelle Reparatur erfordert das Öffnen des Motors.

Nein, ich glaube auch nicht, dass der Lieferant eine Rücksendung des Motors vorschlagen wird. Aber ich bin mir über das Ergebnis nicht sicher. Der Lieferant hat meine Nachricht noch nicht gelesen.

Die Reibung ist groß und bei Bedarf wäre ein sehr großer Strom nötig, um den Motor in Bewegung zu setzen. Es macht für mich keinen Sinn, es zu versuchen.

[Flickflak]

Es ist mir gelungen, ein Foto des Problems zu machen.

Defective motor with hard friction.jpg