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Versuchsbau

Die Vorrichtung zur Drehzahlmessung ist recht übersichtlich.

Ein alter Fräser wird mit einer Fahne aus Isolierband beklebt. Diese wird mittels einer LED beleuchtet. Beim Drehen der Fräse reflektiert diese Fahne bei jeder Umdrehung einmal das Licht auf einen Fototransistor.

Die Frequenz der Beleuchtungsänderung wird mit einem Multimeter gemessen. Zur Umrechnung in Umdrehungen pro Minute muss die Frequenz mit 60 multipliziert werden.

LED und Fototransistor wurden mit etwas Schrumpfschlauch und  Isolierband miteinander verbunden. Beide werden von einer "dritten Hand" in der richtigen Position gehalten. Die Stromversorgung und den Kollektorwiderstand sind auf einem Bradboard montiert  Die Stromversorgung für beide erfolgt ebenfalls über das Breadboard.

Messungen (Potentiometer-Regelung)

Zunächst einmal habe ich die Drehzahl allein durch Regelung des Einstellknopfes am Gerät gemessen und war überrascht.

Regler	f [Hz]	U [1/min]
5	171	10.260
6	181	10.860
8	195	11.700
9	205	12.300
11	223	13.380
16	263	15.780
20	325	19.500

Eigentlich sollte die Drehzahl zwischen 5.000 und 20.000 Umdrehungen / min regelbar sein. Die Messung zeigt jedoch: die kleinste einstellbare Drehzahl liegt bei etwa 10.000.

Messungen (PWM-Regelung)

In einer zweiten Messreihe wurde das Verhalten der Drehzahlregelung bei verschieden PWM-Parametern durchgemessen. Variiert wurden die Pulsfrequenz und das Tastverhältnis. Die Variation der Pulsfrequenz wurde über Prescaler-Einstellungen realisiert. Die Messung erfolgte bei voll aufgedrehtem Potentiometer (Stellung "20"):

Bei den gelb hinterlegten Feldern lief die Fräse unruhig. Bei den grau hinterlegten stand sie.

Bei den Messungen wurde bei 180 Pulsweiten-Einheiten aufgehört, da danach keine wesentlichen Änderungen zu verzeichnen waren.

Die besten Kurven ergaben sich bei den Pulsfrequenzen 305 Hz und 2440 Hz. Bei 305 Hz lief die Fräse durchgehend unruhig, so dass für die endgültige Lösung eine Pulsfrequenz von 2440 Hz gewählt wurde. Bei dieser Frequenz wurde die Kurve im unteren Bereich noch einmal genauer durchgemessen. Details können der angehängten Excel-Mappe entnommen werden.

Bei den niedrigen Drehzahlen (<10.000) war außerdem festzustellen, dass ein erheblicher Drehmoment-Verlust eintrat.

Alles in allem ist die Regelleistung –sowohl die eingebaute per Potentiometer als die der hinzugefügten PWM-Regelung– recht bescheiden. Für eine bessere Regelung wird es ohne eine Rückkopplung der tatsächlichen Drehzahl nicht funktionieren.

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