Brushless Motoren

[Pumba]

Hallo zusamen,

ich habe zwar schon oft hier gelesen, aber heute schreib ich auch mal.
Seit kurzem interessiere ich mich für brushless Motoren. Ist ja schon interessant, was für eine Leistung aus den kleinen Dingern zu holen ist.
Die (Traum)anwendung soll der Antrieb eines Fahrzeugs sein.
Das Thema war hier schonmal vor ein paar Wochen. Aber meine Ansprüche sind da etwas geringer. Ich denke mit 5-10kW Leistung komme ich hin.
Aber nun zu den Motoren:
In den Herstellerdaten bestimmt die Spannung die Drehzahl. Liegt diese Spannung über die gesamten 120Grad an der jeweiligen Spule an? Also ein Rechtecksignal? Oder reicht auch ein (oder mehrere) kurzer Puls, so das der Effektivwert für die 120Grad der jeweiligen Spannung entspricht? Oder sollte es gar ein Sinus sein?

Die meisten Daten fangen bei höheren Drehzahlen an. Was ist beim Anlaufen? Hat der Motor da auch volles Drehmoment?
Wie genau muß ich die Ankerposition wissen, um die jeweiligen Sulen zu beschalten? Reichen ein paar Grad aus? Ich frage weil von optischen Sensoren abgeraten wird. Es währe doch einfach über eine Lochscheibe und eine (oder zwei) Gabellichtschranke die Position auf 5 Grad zu erfassen.

Währe nett wenn Ihr mir bei diesen Grundlegenden Sache helfen könntet.

Gruss,

Achim

[MeckPommER]

Es gibt sehr gute, fertige Brushless-Regler für die BL-Motoren. Die Regelung solcher Motoren ist eine echte Wissenschaft für sich.

Ich würde aber mal aus Neugierde gerne wissen, was du anzutreiben gedenkst mit 5-10kW und woher die Energie kommen soll?

[Pumba]

Es gibt sehr gute, fertige Brushless-Regler für die BL-Motoren. Die Regelung solcher Motoren ist eine echte Wissenschaft für sich.

Ich würde aber mal aus Neugierde gerne wissen, was du anzutreiben gedenkst mit 5-10kW und woher die Energie kommen soll?

Ein Fahrzeug. Gebaut ähnlich einem Quad oder KraKa (Bundeswehr). Die Energie soll aus 4 oder 5 Stück 12V-100Ah-Bleiakkus kommen. in der Annahme, das ich nicht nur Vollast fahre, könnte ich dann eine Stunde fast lautlos durch mein Jagdrevier "tuckern".

Ein weiterer Gedanke ist, das ich beim Bremsen die Energie wieder in die Akkus laden kann. Da es sich bei Brushless-Motoren ja eigentlich um Syncronmotoren handelt, müssten sie ja auch als Generator zu betreiben sein.

[Hessibaby]

BLDC werden mit einer Treppenspannung bestromt. Für die Rotorpositionsabfrage werden üblicherweise Hall-Sensoren eingesetzt.
Schau mal auf der Seite www.teslamotors.com vorbei. Die Motoren sind von Samsung entwickelt. Auf der Semiconductorsite von Samsung findest Du auch komplette Treiberbrücken.
Gruß

[sigo]

Hi, eine einfache Blockkommutierung reicht aus. Wenn du die Antriebe über einen schnellen PWM - Drehzalregler (mit Inkrementalgeber am Motor) betreibst, kann sich die PWM ständig an den unterschiedlichen Strombedarf der Spulen, je nach Drehwinkel anpassen.

Eine Rückspeisung ist recht einfach machbar und auch unbedingt zum Schutz der Endstufe erforderlich, das ist bei einer Brückenendstufe mit Freilaufdioden aber eh schon der Fall. Spezielle Zusatzteile brauchst du dazu nicht.

Sigo

[PasstScho]

Hallo,
Ich finde, bei der Leistung solltest du deinen Antrieb etwas optimieren.
Ideal (aber aufwendig) wäre Field Oriented Control.
Einfacher aber etwas schlechter wäre eine Sinus-Regelung.

Letzteres könnte man wahrscheinlich auch mit einem AVR realisieren.

MfG Alex

[Pumba]

Also, wenn ich das jetzt richtig verstanden habe:
Ich gebe Spule 1 ein PWM-Signal. Ist der Motor langsamer wie erwünscht, mache ich die Pulse länger. Im Prinzip aber über die gesammten 120 Grad gleichbleibend lang.
Wenn ich mit Spule 1 fertig bin, also nach 120 Grad, mache ich das selbe mit Spule 2, usw. Oder sollen die Ansteuerungen überlappen?

Die Rückspeisung speist mir wieder Strom in die Batterie? Die müßte ich mir dann regelbar bauen. Je nach dem, wie stark ich bremse.

[sigo]

Pumba, mit einem Drehzahlregler auf Inkrementalgeberbasis meine ich einen schnellen Drehzahlregler. Dem gibtst du dann die Solldrehzahl vor, und der Regler sorgt dafür, dass der Motor die Drehzahl auch dreht. Dabei passt der Regler die PWM an.

Der Regler soll deshalb schnell sein, weil er dann auch innerhalb der 120° (die übrigens nur 60° sind, weil die BLDCs meist so gebaut sind, dass man in einer Umdrehung 6 Kommutierungszustände hat) die Drehzahl ausregelt. Wenn der Motor jetzt beschleunigt oder zu schwach wird (je nach Winkel des Rotors zum Stator) passt sich die PWM auch dann automatisch so an, dass die gewünschte Drehzahl gefahren wird. Auch Lastschwankungen werden so natürlich ausgeregelt.

Damit der Regler das kann bräuchtest du in diesem Fall einen Inkrementalgeber mit mind. 100, besser 500 Impulsen /U. die dann noch von der Auswertung vervierfacht werden.

Für eine langsame Drehzahlregelung reichen auch die Hallimpulse. Nur kann man damit nicht innerhalb einer Kommutierung regeln..

Sigo

Gruß Sigo

[Pumba]

Erstmal danke für eure Antworten.
Habe mich probiert nochmal ein bisschen schlau zu machen. Ganz so einfach scheint das mit den Reglern doch nicht zu sein. Mit fast keinen Englischkenntnissen wirds noch schlimmer.
Aber trotzdem will ich mich (vorerst) mal an der Planung eines Reglers versuchen.

Gesteuert werden sollen sie durch einen PIC. Der sollte wohl schnell genug sein.

Wieviel PWM-Pulse pro "Halbwelle" sind denn empfehlenswert? Von meinem jetzigen Verständnis würde ich sagen, das ich mit 10 Impulsen schon was erreichen kann. Wenn es zu viele sind würde ich zuviel Energie beim Schalten der FET´s verbraten. Außerdem kommen irgendwann die Induktivitäten der Spulen zum Tragen.

Wie werden die FET´s gesteuert? Pro Brücke habe ich zwei in Reihe zwischen Plus und Minus. Wenn ich den "Plus-FET" takte, dann kann ich doch die"Minus-FET´s" der beiden anderen Spulen dauernd leitend lassen, oder? Wenn ich es umgekehrt mache würde ich allerdings nur den halben Strom schalten. Hätte vielleicht auch was.

Zur Positionsbestimmung des Rotors dachte ich an eine Gabellichtschranke mit einer Strichscheibe. Ich stoppe mit dem PIC die Zeit zwischen zwei Strichen und weiß dadurch, ob der Motor im Soll-Drehzahlbereich liegt. Ansonsten wird er durch leichte Pulsänderung nachgeregelt.

Irgendwie soll es auch ohne Sensoren gehen. Das hab ich aber noch nicht ganz verstanden.

[avion23]

Hallo Puma,
mit null Englischkenntnissen wird das natürlich schwer Du solltest dir schon die Fachwörter aneignen.

Unter http://aquaticus.info/bldc_controller gibt's einen schönen Schaltplan. Hier http://mikrocontroller.cco-ev.de/ucwiki/BrushlessCtrl findest du eine bessere Zero Cross Detection. Mit den beiden Schaltplänen kannst du hoffentlich etwas anfangen

Du kannst die PWM erstmal weglassen, also die Spannung hart durchschalten. Das ist zwar nicht optimal, aber es sollte funktionieren. Die PWM kannst du später noch dazu schalten.

So ein Brushless regler ist eigentlich ein Frequenzumrichter mit Rückkopplung. Es wird ein Drehfeld erzeugt. Die drei Phasen sind 60° bzw. 120° zueinander verschoben und bestromen jeweils eine Wicklung. Dann befindet sich immer nur zwischen zwei Wicklungen Spannung, die dritte hängt frei im Raum.
Das ist der Trick: Die dritte frei hängende befindet sich immer noch im Motor, der sich dreht. Er wirkt also auch als Generator. In der freien Wicklung wird ein Strom induziert. Dieser Strom bzw. die Spannung kann man messen, genau das wird in der Zero Cross Detection gemacht. Dazu ist noch ein Tiefpass geschaltet, damit die PWM Pulse herausgefiltert werden können.
Über diese Zero Cross Detection (Nullpunkterkennung) kann dann die Position des Rotors mit leichter Verzögerung durch den Tiefpass erkannt werden. Danach richtet man das Drehfeld, lässt es entweder schneller oder langsamer werden. Und damit kann man dann die Drehzahl steuern

Was ich noch nicht ganz verstanden habe, aber trotzdem mal versuche: Die Geschwindigkeitsänderung. An sich versucht der Rotor immer dem Drehfeld zu folgen bzw. wird vor diesem weg getrieben. Wenn die Last an der Welle zu groß ist, "rutscht" er durch, das soll u.a. durch die freihängende Wicklung erkannt werden. Aber wie kriege ich den Rotor schneller? Meine Theorie ist, dass die PWM, d.h die Leistung durch die Spulen erhöt wird. Der Rotor bewegt sich dadurch ein Stück weiter als vorher vor dem Drehfeld. Das Drehfeld kann dann angepasst werden.


ABER: Ich traue es mir nicht zu so etwas zu bauen. Du musst
3 Halbbrücken steuern, mit richtig hohen Frequenzen und Strömen
Analoge Signalverarbeitung für Zero Cross
Aktiver Freilauf, Rückspeisung, Wirbelstrombremse
µC programmieren
die Theorie dahinter verstanden haben.

Und was ich überhaupt nicht verstehe; Warum suchst du nicht erstmal im Internet? Ist doch eigentlich sinnlos schonmal dagewesenes wieder zu kauen, informier dich doch erst. Gerade dazu gibt es tausende gute Seiten.
Z.B. solltest du das hier komplett gelesen haben, damit du nicht die selben Fehler machst:
http://www.mikrocontroller.net/topic/76166#new

EDIT: Direkt noch ein Link hinterher http://www.mikrocontroller.net/topic/45405#new
EDIT2: Ich bin über noch einen schönen link mit bunten Bildern gestolpert. Hier wird das mit PWM, ob sinus, etc erklärt: http://www.aerodesign.de/peter/2001/...SPEEDY-BL.html