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Synchronmotor mal anders...

Klar, die Synchron-Funkenstrecke ist mit das Beste, was man seinem Tesla geben kann.
Aber - Synchronmotoren sind teuer, zumindest wenn sie brauchbare Torque-Werte haben.
 
Andererseit gibt es "normale" Gleichstrommotoren wie Sand am Meer. Und trotz guter mechanischer Kenndaten oft zu sehr günstigen Preisen. Oder man kann sie irgendwo ausschlachten...
 
Warum also nicht mal versuchen, ob man.....
 
Deshalb entstand diese Studie. Mehr soll es auch vorerst nicht sein. Wichtig war mir auch, daß es mit Billigteilen funktioniert, die jeder in der Schublade hat. Sonst kann man ja doch einen echten Sync kaufen.
Einige Versuche habe ich durchgeführt. Mit Ergebnissen, die zeigen, daß es geht, daß aber freilich Verbesserungen möglich und nötig sind.
 
Hier erstmal die Testschaltung:

Regeln heißt ja "Ist" mit "Soll" vergleichen und notfalls reagieren. Hier brauchen wir also einen Vergleich zwischen dem optimalen Zündzeitpunkt und dem Funken in der Realität.
Da der Kondensator bei beiden Halbwellen entladen wird, benötigt man als Vergleich 100 Hz. Diese werden durch die Gleichrichtung ohne Siebung erzeugt. Sie werden mit dem Tiefpaß gut gesäubert, damit der Triggerpunkt nicht "flattert". Freilich könnte man auch mittels Nachlauf-Komparator und Flipflop den Spitzenwert selektieren, kann dann allerdings nicht "verschieben".
Ein RC-Glied filtert den Impuls vom Funken. Hier kann es evtl. nötig sein, auch etwas mehr Aufwand zu treiben und ebenfalls ein Monoflop nachzuschalten.
Die 100 Hz Impulse triggern einen 4538. Mit dem ersten Monoflop kann mittels Verschiebung um die 5 mS herum das "Auf Maximum drehen" des Synchron-Motors simuliert werden. Dadurch ist es auch leicht möglich, mit einem Potentiometer mal zu Testzwecken die Leistung herunterzufahren.
Das zweite MF erzeugt den Vergleichsimpuls. Dessen Breite ist (vorerst) ein Kompromiß zwischen Stabilität und Einrast-Sicherheit. Verglichen wird mit einem RS-Flipflop. Hier wird einfach durch den jeweils "früheren" Impuls die Lage bestimmt.
Ein einfaches Ein/Aus des Motors brachte kein gutes Ergebnis. Besser ist es, den Motor mittels Brücke umzuschalten. Dazu wird der Abtastpunkt auf einer "Rampe" verschoben. Diese Rampe erzeugt ein Dreieck-Generator, der trotz der einfachen Schaltung ein ordentliches Dreieck abliefert. Die Frequenz sollte natürlich kein Vielfaches von 50 Hz sein, ist aber ansonsten unkritisch. Ich habe sie hier auf ca 320 Hz gelegt.
Die Variante Dreieck + 2030-Brücke ergab sich aus den reichlich vorhandenen Bauteilen. Ähnlich Funktionierendes kann natürlich auch mit anderen Bauteilen aufgebaut werden. Die Motoransteuerung ist halt dem jeweiligen Motor entsprechend auszulegen. Ich habe einen Motor aus einem gestorbenen Drucker verwendet, da genügten z.B. die 2030. Angetrieben wird ein Kupferkreuz mit Wolfram-Kontakten, Achse in Kugellagern.
 
Das » erste Video « (260kB WMV) zeigt links den Impuls vom Fototransistor, daneben den Synchronimpuls. Der schwankende Abstand dazwischen zeigt den Betrag der Regelabweichung.
 

Hier eine Erläuterung zum zweiten Video      
 
» hier « das 2. Video (230kB WMV)
 
 
und » hier « das 3. Video (400kB WMV)
 
 
Für die Praxis würde es ja genügen, wenn die Regelschwingungen innerhalb von
diesem markierten Bereich bleiben. Das wurde annähernd erreicht. Verbesserungen sollten jedoch möglich sein.
 
Wichtiger wäre jedoch noch eine Verbesserung der Einrast-Sicherheit. Der Motor läuft zwar problemlos hoch, rastet aber hin und wieder auch bei anderen Drehzahlen ein.
 
Sicher ist das Problem auch mit einem Microcontroller zu lösen. Das hängt halt von den jeweils vorhandenen Bauteilen des Interessierten ab.
Fakt ist - es ist nicht unmöglich.

Da ich jetzt aber erstmal einen echten Synchronmotor verbauen will, lege ich das Projekt eine Weile auf Eis. Wer mag, kann gern weiterexperimentieren...

02.08.2009

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