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CityEl Motorsteuerung / Pulsweitensteller / Curtis

Bearbeiteter Artikel aus www.ralfwagner.de/mini.htm > Technik > Motorsteuerung

Kurzbeschreibung:

Beim CityEl wird der Gleichstrommotor durch einen Pulsweitensteller der Firma Curtis geregelt. Ein Steller kann den Strom nur ein- oder ausschalten. Um dennoch eine stufenlose Geschwindigkeitssteuerung zu bekommen, taktet man den Motorstrom. Kurze Einzeiten und lange Auszeiten zum Langsamfahren und umgekehrt. Die Frequenz der Impulse liegt bei 15 kHz. Das Ganze stellt im Prinzip einen Tiefsetzsteller dar, dadurch ist es auch möglich, daß ein höherer Motor- als Batteriestrom fließen kann. der Motorstrom ist bei etwa 200 Ampere, der Batteriestrom bei etwa 130 Ampere abgeregelt. Die Nennspannung des Stellers beträgt 24-36 Volt, deshalb kann das El mit diesem Steller nicht (ohne diesen modifizieren zu lassen) auf 48 Volt Fahrnennspannung umgebaut werden.

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Ausführliche Beschreibung der Motorsteuerung, des Curtis

Die im CityEl eingebaute Steuerung ist ein Standardprodukt, das auch in vielen anderen Elektrofahrzeugen zu finden ist.

Funktion

Die Motorsteuerung wird auch Chopper oder Pulsweitensteller genannt. Bei Gleichstrom gibt es eigentlich nur die Schaltzustände EIN oder AUS. Alle anderen Schaltzustände würden in der Motorsteuerung Wärme erzeugen (P=Ua x I). Der Steller schaltet also nur Ein / Aus. Um eine variable Geschwindigkeit zu erreichen wird die Leistungsendstufe im Chopper mit einem Rechtecksignal mit variablen Ein- und Auszeiten angesteuert. Bei langsamer Fahrt werden nur kurze Ein-Pulse gegeben. Der Motor kann nicht beliebig schnell hochdrehen. Die Massenträgheit und die Induktivität des Motors verhindern dies - der Motor dreht langsam. Bei schnellerer Fahrt werden die Ein-Pulse immer länger, bis schließlich bei „Vollgas“ die Transistoren voll durchgesteuert werden. Zusätzlich ist eine Stromüberwachung eingebaut, die den Ankerstrom im Motor überwacht (275A), sowie eine Temperaturüberwachung, so daß die Leistungsendstufe keinen Schaden nimmt.

Technische Daten (Angaben ohne Gewähr)

Nennspannung 24-36V / Maximalstrom 275A / Unterspannungsabschaltung 21V / Potiwert 5kOhm (0k=Stop/5k=max)/ bestückt mit 20 Transistoren á 20A / Taktfrequenz ca. 15kHz

Ausführungen

Je nach Baujahr des El's gab es verschiedene Steller. Vom Nennstrom waren alle Steller gleich, jedoch war die Anzahl der zugänglichen Regler unterschiedlich.

Einstellmöglichkeiten

Das Motordrehmoment hängt direkt proportional vom Ankerstrom ab. Die Einstellschraube dazu befindet sich an der Seite des Motorstellers unter einer Inbusmadenschraube. Eine Einstellung ist nur bei der Drei-Poti Version möglich!

Der Steller ist gut für 275 Amp, ab Werk wird er für das City El knapp über 200Amp. eingestellt. Bei Rechtsanschlag werden über 300 Amp freigegeben, der Steller kann sich selbst zerstören.

Beim Erhöhen dieses Wertes erhöht sich das Drehmoment so, daß die Mechanik im El (Riemenantrieb) überlastet wird, da sie ja nicht für diese Belastung gerechnet wurde. Unter anderem geht gewaltig der Riemenverschleiß in die Höhe - in meinen besten Zeiten hielt der Riemen 1000km. Ein weiterer Effekt ist, daß man die Motorwelle ganz locker durch die Drehmomentspitzen abreißen kann. Die Elektrik siegt deutlich über die Mechanik. Ein Maschinenbauer rauft sich eh die Haare, wenn er sieht was für Momente hier der Riemen übertragen muß.

Stromanstiegsgeschwindigkeit

Mit dem rechten Poti am Steller kann die Stromanstiegsgeschwindigkeit (Rampe) eingestellt werden, d.h. die Zeit in der der Ankerstrom von 0 bis max. ansteigt. Durch verkürzen dieser Zeit wird vor allem das Anfahren am Berg erleichtert.

Nominal steht diese Zeit bei ca. 5 Sekunden was sehr lang ist, schon mit 3 Sekunden gehts ziemlich flotter los.

Service + Reparatur

Normalerweise ist der Curtis sehr zuverlässig, so daß hier wenig. Probleme auftauchen.

Wenn tatsächlich Probleme daran auftauchen, würde ich den Steller austauschen. Bei einer Reparatur sollte man die Vergußmasse entlang des Aluminiumgehäuses mit einer kleinen Fräse öffnen. Zwischen den Anschlüssen kann die Vergussmasse stehen bleiben (anders als hier im Bild). Beim Zusammenbau des Stellers muß dann nur der kleine aufgefräste Spalt wieder vergossen werden.

Die Schrauben auf der Unterseite des Stellers müssen herausgeschraubt werden. Die Elektronik kann man dann aus dem Aluminiumgehäuse herausnehmen. Bei einem konkretem Fall bei mir, war ein Kontaktproblem zwischen zwei Platinen aufgetreten. Nachdem ich diese nachgelötet habe, funktionierte wieder alles. Das neue Vergießen des Stellers war eine „Sauerei“ ob's dicht ist, weiß ich nicht - bis jetzt geht er.

Fehler

Ein bekannter Fehler ist der Stellerausfall, bei Fahrzeugen vor Seriennummer 3006. Dort steht der Steller senkrecht mit den Anschlüssen nach oben. Wassereinbruch kann die Folge sein. Haben Sie so ein Fahrzeug, empfehle ich die Anschlüsse nochmals abzudichten (Silikon o.ä.).

Weiter gab es Probleme bei Fahrzeugen die sehr lange gestanden sind und dann wieder in Betrieb gingen.

Ein Stellerausfall kann sich neben dem Totalausfall auch so äußern, daß das Fahrzeug nur noch Schrittgeschwindigkeit fährt oder ruckelt.

An heißen Tagen bei langsamer Bergfahrt kann es auch sein, daß der Steller temperaturbedingt runterregelt oder abschaltet: Einfach abkühlen lassen…

www.ralfwagner.de_mini_bilder_komponenten_curtis_anschluss.jpg

Kontakte ...

aus: http://forum.mysnip.de/read.php?363,264800,page=2

hier mal ein paar Tips, wie man den Fehler eingrenzen kann: Ihr benötigt eine Reihe Halogenbirnen (4stk.) in Serie geschaltet und mit Krokoklemmen versehen.

Klemmt diese an den Curtis an.
Zunächst an B+ und B-. Hier sollten die Leuchten an gehen. Wenn nicht, dann ist wahrscheinlich die Sicherung deffekt.

Dann dann B+ und M-. Hier sollten die Leuchten mit dem Gaspedal „gedimmt“ werden können. Wenn nicht, regelt der Curtis nicht auf.

Mit einem Multimeter am roten Stecker die beiden Adern Gelb und Rot messen. Gaspedal oben = 0V Gaspedal unten= ~2,7V. Wenn nicht, dann bekommt das Fahrpoti kein Signal.

Dann zwischen E1D1 und A1 mit den Leuchten. Hier sollte ebenfalls die Helligkeit über das Gaspedal gestellt werden können. Wenn nicht, dann sind die Schütze die Ursache.

Zusatz Freilaufdioden

Beschaltung zum Curtis und Thrige beim Cityel

von Josef Fenk 85386 Eching

Seit 1993 habe ich mein Cityel SNr. 3005. Der Original eingebaute Curtis

Model: 1204X-4201 Voltage: 24 – 36V Serial: 68410 Current: 275A

funktionierte bis Mitte 2004. Ersetzt wurde dieser durch einen weiteren, älteren Curtis aus einem Unfall Cityel

Model: 1204X-4201 Voltage: 24 – 36V Serial: 67193 Current: 275A

Im August 2009 trat nun auch bei diesem Curtis ein defekt auf. Den Curtis habe ich komplett ausgebaut, geöffnet und am Labortisch getestet. 2004 hatte ich den gleichen Test mit diesem Curtis durchgeführt, damals funktionierte der Curtis noch einwandfrei. Nun drehte mein Test-Motor nur noch ganz langsam u. zieht nur 220mA. Der Ruhestrom des Curtis liegt noch bei 70mA, identisch zu damals.

In meinen elweb Einträgen unter Foren/City el/mini el im August /September 09 habe ich zum Curtis Ausfall durch kurzgeschlossene Freilaufdioden zwischen Motor - und B+ schon einige Kommentare abgegeben. Zum Glück konnte ich den älteren Curtis selber reparieren, da die restliche Elektronik auf beiden Seitenplatinen einwandfrei war und nur die Diode D5 kurzgeschlossen war.

1b_freilauf.jpg

Bild 1: Platzierung der Freilaufdiode im Curtis, in der Nähe des M- Anschlusses; hier bereits die Ersatz Dioden eingebaut

Diese und 2 weitere Dioden (D1, D3) auf der gleichen Montageseite mit hohem Sperrstrom habe ich ausgebaut und durch gleiche Dioden mit geringem Sperrstrom von der anderen Curtis-Steuerung ersetzt. An der Diode D5 war am Anschluss „B+“ auf der Kathodenseite die Kupferkaschierung über eine Breite von 5 mm aufgetrennt (bzw. durchgebrannt). Diese Unterbrechung habe ich überbrückt durch zusätzliches auflöten von Lötzinn. Bei Diode D5 hatte ich noch einen 15 mm verlängerten Kathodenanschluss mit 1,2mm Drahtquerschnitt eingefügt, um eine bessere Stromverteilung innerhalb der 6 Freilaufdioden zwischen M- und B+ zu erzielen.

Warum weist nun der Curtis bei den Freilauf Dioden zwischen M- und B+ ein solche ungünstige Stromverteilung auf?

2b_aufba.jpg

Bild 2: Prinzipielle - Beschaltung Motorsteuerung und Motor

Der Curtis weist 2 Freilauf Dioden Kreise auf. Den Freilauf-Strom der Ankerwicklung von A2 nach B+ übernehmen die im Curtis eingebauten 3 Einpressdioden. Deren Einbau ist hervorragend gelöst, so das diese kaum kaputt gehen. Den Freilaufstrom der Serienschaltung aus Feldwicklung und Ankerwicklung über M- nach B+ übernehmen die 6 parallel geschalteten Dioden SR4110RD. Durch die mechanische Anordnung des Gesamtaufbaus der Steuerung und den verteilten Einbau der Dioden ergibt sich eine relativ ungünstige Stromaufteilung zwischen den 6 Dioden im Curtis, außerdem ist die Wärmeableitung bei diesen Dioden geringer, wie bei den Einpreß-Dioden. Im nächsten Bild 3 gehe ich darauf im Detail ein. Da die Anschlüsse von B+ und M- auf einer Seite der Curtis Steuerung heraus gehen, ergibt sich das im Bild 3 links gezeigte Prinzipschaltbild. Fließt z.B. in den N-Fet’s ein Gesamtstrom von 100A u. die Fets werden abgeschaltet, so fließt dieser Strom kurzfristig durch die Freilaufdioden weiter. Nimmt man für RM1…6 bzw. RB1…6 einen realistischen Wert von z.B. 2mOhm an, so ergibt sich folgende Stromverteilung

Diode Stromaufteilung im Curtis; Bild 3 links Optimale Stromaufteilung, Bild 3 rechts D1 4A 16,66 D2 5,6 16,66 D3 7,8 16,66 D4 13 16,66 D5 18,6 16,66 D6 51 16,66

3b_prinzi.jpg

Bild 3: Prinzipschaltbilder bei Curtis und optimale Lösung für gleichmäßige Stromaufteilung

Durch die ungleichmäßige Stromverteilung, welche zu Hochstrom-Überlastung und Übererwärmung der Diode D5 im Curtis führt, verändert sich die Diffusion der Diodensperrschicht allmählich und von einer idealen Diode verwandelt sich diese in einen Kurzschluss (bei ca. 20…30000 km Laufleistung kann das auftreten, dies entspricht ca. 1000 Betriebsstunden bzw. 54 Milliarden Abschaltvorgänge); dies dürfte eine der Hauptausfall Ursachen des Curtis sein. Wenn man das Pech hat, dass die Cu-Leitbahn bei einer Anschlussseite dieser Diode nicht durchbrennt, dann fallen auch die N_Fets aus. Da man im Curtisgehäuse innen wenig Möglichkeiten hat, das zu optimieren habe ich folgende externe Beschaltung ergänzt, dazu auch Bild 4…7.

4b_einpressd.jpg

Bild4: Kupferschienen mit 4 Einpress Dioden.

Zusätzlich habe ich am D1/E1 (⇒ geht zu M-) Anschluss des Thrige ein 2*20*100mm (H/B/L) breite Kupferschiene angeschraubt. In diese sind 4 Einpress-Dioden (Pollin B.Nr. 140622/100V/35A; www.pollin.de) eingepresst (12,7mm Bohrung).

5b_loetse.jpg

Bild 5: „B+“ Anschluss und Kathodenlötpunkte

Von den Mittelanschlüssen (Kathoden) dieser Dioden geht dann ebenfalls eine Cu Schiene mit je 4 Bohrungen, Durchmesser 2 mm in die andere Richtung weg (im Bild 5 nach links) und daran ist ein „B+“ Anschluss befestigt.

6b_seitena.jpg

Bild 6: Seitenansicht des Freilaufdioden-Aufbaus

Durch diese Anordnung werden alle 4 Dioden völlig gleichmäßig belastet und übernehmen den größten Teil des Freilaufstromes. Diese Dioden haben auch eine geringere Schwellenspannung als die im Curtis eingebauten Dioden, so das die internen Dioden kaum mehr belastet werden.

7_einbau.jpg

Bild 7: Einbau der ext. Freilaufschaltung außen am Thrige Anschluß D1/E1

Ich hoffe, daß durch diese Anordnung mein im Cityel eingebauter Curtis in Zukunft weniger Probleme macht.

Durch die Beschreibung hier sollte ein Nachbau gut durchführbar sein, falls es Unklarheiten gibt kann ich eventuell weiterhelfen. Meine e-mail Adresse: josef.fenk@t-online.de

Haftungsausschluß Dieser Bericht, mit allen Schaltungen, Beschreibungen, Hinweisen, Tipps, usw., ist völlig unverbindlich und ohne jegliche Gewähr. Ich mache keine Zusage für eine sichere Funktion und schließe eine Haftung, gleich welcher Art, ausdrücklich aus. Die Schaltungen habe ich nicht unter Beachtung der VDE-, CE- oder den sonstigen zwingend vom Gesetzgeber vorgeschrieben Normen entwickelt und getestet. Die Umsetzung der Tipps, den Nachbau, Umbau und die Inbetriebnahme darf nur ein Fachmann unter Einhaltung der gesetzlichen Vorschriften vornehmen. Er wird mit dem Nachbau/Umbau Ersteller der Anlage, trägt das gesamte Risiko und haftet für sämtliche Schäden und Verluste. Eine gewerbliche Nutzung, auch auszugsweise, untersage ich hiermit ausdrücklich. Eching, Oktober 2009

Siehe auch

Links

Reparaturen und Umbauten

* www.gk-anlagentechnik.de

Neuteile * www.heftruck-systemen.de/ Hersteller von Teilen und Kompletten Steuersystemen * www.atech-antriebstechnik.de/index2.html Komplettsysteme * Mittnacht.net

cityel_curtis.txt · Zuletzt geändert: 2010/08/08 17:51 von sonnenaufgang