Vorschaltdrossel zur Begrenzung des Motorstroms?

Kurze Frage : Wäre es möglich, eine Vorschaltdrossel zu verwenden, um den Einschaltstrom beim Einschalten (oder kurzzeitigen Laden) eines Gleichstrommotors zu begrenzen?

Längere Frage : Ich habe ein batteriebetriebenes motorisiertes Spielzeug, das ich der Einfachheit halber stattdessen über eine Steckdose betreiben möchte (um das Aufladen und Ersetzen von Batterien zu vermeiden). Derzeit verwendet es 4 1,5-V-Batterien und wenn ich es im Dauerzustand messe, zieht es etwa 0,8 A bei etwa 6 V. Das Spielzeug funktioniert so, dass der Motor normalerweise ständig mit sehr geringer Last läuft und gelegentlich kurzzeitig etwas Last auf den Motor bekommt. Ich weiß nicht genau, welche Art von Motor verwendet wird, gehe aber davon aus, dass er billig und einfach ist.

Ich habe ein (billiges) 6V-Netzteil gekauft, das angeblich 1,2A liefern kann, aber dessen Stromschutz beim Einschalten des Motors eingreift. So wie ich es verstehe (bitte verzeihen Sie hier mein sehr grundlegendes Wissen!), weist der Motor beim Starten einen extrem niedrigen Widerstand auf und versucht daher, viel mehr als seine üblichen 0,8 A zu ziehen. Wenn sie mit Batterien betrieben werden, haben sie vermutlich einen maximalen Strom, den sie liefern können, sodass alles automatisch begrenzt wird. Wenn der Motor auf Drehzahl ist, steigt sein "effektiver" Widerstand aufgrund seiner Bewegung und er erreicht seinen stationären Zustand von 0,8 A. Ich gehe davon aus, dass bei mechanischer Belastung des Motors auch der aufgenommene Strom vorübergehend ansteigt, aber auch hier können die Batterien nur das liefern, was sie liefern können.

Wenn es an das Stromnetz angeschlossen ist, versucht der Motor, viel mehr als 0,8 A zu ziehen (ich bin mir nicht sicher, wie viel mehr), löst den Schutz des Netzteils aus und das Netzteil schaltet ab. Der Motor wird wieder langsamer, die Stromversorgung erholt sich und schaltet sich wieder ein, aber dann versucht der Motor erneut, zu viel zu ziehen, und schaltet erneut aus.

Ich habe über "Motoreinschaltstrom" und "Strombegrenzung" gelesen, aber für dieses einfache Spielzeug hoffe ich, dass es nicht notwendig sein wird, eine benutzerdefinierte Treiberschaltung mit Transistoren oder Mosfets zu bauen, und ich kann nicht glauben, dass eine Temperatur- Thermistor-basierte Lösung ist ideal (teils wegen Abwärme, teils weil meine Aussetzlast nicht temperaturabhängig ist). Nach dem (sehr) wenig, was ich über Induktivitäten weiß, scheint es, dass eine der in Reihe geschalteten Spulen gegen die plötzliche Stromänderung "kämpfen" und beim Start eine Spannung über sich selbst entwickeln würde. Ich hoffe also, dass dies den Strom vorübergehend auf 1A begrenzen würde. Im stationären Zustand würde diese Spannung über der Induktivität auf Null abfallen und sie würde dann als reiner niedriger Widerstand wirken, was meiner Meinung nach genau das ist, was ich will.

Es muss nicht superpräzise sein oder eine perfekt flache Strombegrenzung von 1 A haben, es wäre in Ordnung, sich um 0,9 A oder 1,1 A zu krümmen, aber ich kenne keinen einfachen Weg, um zu messen, was los ist ein einfaches DC-Amperemeter.

Könnte das der richtige Weg sein, oder ist es zu einfach? Und wie würde ich berechnen, welche Art von Induktor geeignet wäre?

Ein Induktor mit einem Gewicht von weniger als 10 kg wird den Strom wahrscheinlich nicht ausreichend begrenzen.
Was @Jasen zu sagen versucht, ist: Ja, theoretisch ist dies möglich, aber der Induktor, der benötigt wird, um das zu tun, was Sie wollen, wird riesig sein. Auch wenn Sie es nicht wollen, eine elektronische Lösung ist die einfachste.
Die andere Sache wäre, den Innenwiderstand der Batterien mit einem Vorwiderstand vor dem Motor zu simulieren. Es ist verschwenderisch, aber vielleicht die einfachste Lösung.
Sehr interessant, danke @Jasen, Oldfart. Ich hatte erwartet, dass es (sehr, sehr viel) kleiner ist, da nur wenige Volt beteiligt sind. Gut zu wissen!

Antworten (3)

Ich würde einen handelsüblichen DC-DC-Wandler mit eingebauter Strombegrenzung verwenden und diesen von einem Plug-Pack mit einer höheren Spannung speisen

z.B:

https://www.aliexpress.com/store/product/DC-DC-CC-CV/1326062_32803647489.html

Die drei Messingschrauben steuern die Ausgangsparameter, eine stellt die Spannung ein, eine stellt den Ausgangsstrom ein und die andere stellt den Eingangsstrom ein, stellen Sie die Spannung auf 6 V ein und stellen Sie dann den Eingangsstrom so ein, dass die Überstrombegrenzung des Netzteils nicht aktiviert wird.

Sie müssen dieses Ding jedoch mit mehr als 6 V speisen, der Ausgang ist immer kleiner als der Eingang, 9 V oder 12 V usw. würden gut funktionieren.

Du brauchst ein Voltmeter, damit du die Spannung einstellen kannst.

Die Zeit ist zu lang für einen brauchbar kleinen Induktor.

Ein großer Elektrolytkondensator über der Stromversorgung kann den Startstoß liefern. Versuchen Sie es mit 4700 uF oder 10000 uF.

Sie können auch einen Softstarter mit einem Power Fet machen. Passen Sie R und C an, um die richtige Rate zu erhalten.

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Wenn ich einen großen Kondensator über die Stromversorgung lege, würde das beim Start nicht noch mehr Strom ziehen, um den Kondensator aufzuladen? Und die "Softstarter" -Schaltung würde eine erhöhte Last nicht bewältigen, oder?
Es wird an die Stromversorgung angeschlossen, bevor Sie die Stromversorgung einschalten. Die meisten Netzteile sind damit zufrieden (einige Geizhälse nicht). Der Softstarter macht Wärme, aber nicht sehr lange.

Sie könnten einen einfachen Einschaltstrombegrenzer (ICL) in Reihe mit der Stromversorgung einbauen. Dies sind im Grunde Widerstände mit negativem Temperaturkoeffizienten - wenn Sie das Gerät mit Strom versorgen, hat der ICL bei = 0 einen hohen Widerstand, der den Strom begrenzt. Da die kleine Strommenge die ICL langsam erwärmt, nimmt ihr Widerstand ab. Dies führt schließlich dazu, dass der Widerstand nahe Null ist, wenn sich die ICL bei einer bestimmten Temperatur stabilisiert.

Der Effekt ist, dass es Einschaltströme unterdrückt und den Impuls ausdehnt, und sobald es stabil ist, hat es fast keine Auswirkungen auf die Schaltung.

Zusätzliche Boni, es ist ein kleines, billiges 2-Pin-Gerät.

Obwohl es möglich ist, das Verhalten von ICL-Geräten zu modellieren und nur durch Simulation ein geeignetes auszuwählen, ist es unglaublich schwierig. Es spielen viele Faktoren eine Rolle (Kühlung der ICL auf der Platine, Umgebungstemperatur, Form des Stromimpulses, Wiederholung usw.). Meiner Erfahrung nach ist es am besten, einfach eine Auswahl an Werten zu kaufen und sie auszuprobieren. Im Labor teste ich sie mit einem Oszilloskop und einer Stromsonde, aber das Testen nur funktioniert / funktioniert nicht, ist auch in Ordnung.

Das klingt nach der Thermistor-basierten Lösung, die ich in der Frage erwähnt habe - meine Sorge ist, dass die intermittierende Belastung des Motors auftritt, wenn die ICL bereits warm ist und die Hochstromabschaltung immer noch ausgelöst wird.
Anscheinend habe ich die Frage damals nur überflogen. Sie brauchen die Stromversorgung, um wirklich in einen Konstantstrommodus zu wechseln, was Ihren Motor wahrscheinlich nicht glücklich machen wird. Entweder Sie speichern etwas Energie, um Bursts (Big Caps) abzugeben, oder Sie verwenden eine bessere Stromversorgung.