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Forum: Offtopic Unterschied "Brushless DC" und "Synchronmaschine"


Autor: Markus (Gast)
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Hallo!

Bei uns an der Hochschule spricht man von Synchronmaschinen, "da 
draußen" heißt es immer wieder "Brushless DC".

Wo liegt genau der Unterschied, gibt es überhaupt einen? Ich habe mich 
letzte Tage mit jemandem unterhalten, der sich mit Antrieben eigentlich 
ganz gut auskennt, aber mehr als "Gedruckse" konnte ich dem Typen nicht 
entlocken.

Liegt es etwa an der Ansteuerung dieser Motoren? Verwendet man bei den 
Synchronmaschinen Arten wie Blockkommutierung und Sinuskommutierung und 
bei den Brushless-DC-Motoren eine Zustandssteuerung via der 
Hallsensoren. Ich meine damit, dass der aktuelle Rotorstand von den 
Hallsensoren übermittelt wird und die Steuerung dann das passende 
"PWM-Paket" auf die Reise schickt?!

Ich wäre euch für eine qualifizierte Antwort sehr dankbar, bis jetzt 
habe ich leider noch absolut nichts gefunden.



Markus

Autor: Andreas W. (Gast)
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schrittmotor kannst du gleich mit dazu zählen.

der unterschied liegt darin wo die elektronik sitzt, ein reiner 
synchronmotor hat keine elektronik, diese werden meist mit 
frequenzumrichter betrieben. ein bürstenloser gleichstromotor betreibst 
du mit "gleichstrom" :)
in dem gebiet gibt es viele namen für eigendlich das selbe :) oder hast 
du dir noch nie gefragt ob ein schrittmotor nicht vieleicht acuh ein 
synchronmotor ist? oder was ist ein AC-Servo?

sind halt nur verschiedene namen für den gleichen motortyp, aber mit 
verschiedenen Eigenschaften :)
einen synchronmotor als schrittmotor zu benutzen wird nicht 
funktionieren.

Autor: Nicht_neuer_Hase (Gast)
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Andreas W. schrieb:

"einen synchronmotor als schrittmotor zu benutzen wird nicht
funktionieren."

=> Selbstverständlich funktioniert das, die Schritte sind halt relativ 
gross ...

Gruss

Autor: Franz (Gast)
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Meines erachtens liegt der Unterschied (Brushless/Synxhronmotor) nur in 
der Ansteurung. Bei einem Brushless wird die Rotorposition von einem 
Sensor erfasst und die Feldspulen angesteuert. Der Brushless hat (durch 
die Ansteuerung) ein Verhalten wie ein Gleichstrommotor. u

Gruß  Franz

Autor: Johannes M. (johnny-m)
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Der sog. "brushless DC motor" ist vom grundsätzlichen Aufbau her 
tatsächlich identisch mit einer permanenterregten Synchronmaschine. Nur 
sind BLDC-Motoren i.d.R. (muss aber nicht) für deutlich niedrigere 
Spannungen ausgelegt und besitzen einen Geber für die Positionserfassung 
des Rotors. Eine Synchronmaschine wird an dreiphasiger Wechselspannung 
betrieben (Netz oder Umrichter, je nach Anwendung, wobei beim Betrieb am 
starren Netz grundsätzlich irgendeine Vorkehrung vorhandensein muss, mit 
der die Maschine aus dem Stand hochlaufen kann, z.B. Anfahrumrichter 
oder asynchroner Hochlauf über Dämpferkäfig oder separate ASM auf der 
Welle...). Ein BLDC-Motor wird mit Gleichspannung betrieben, wobei die 
Erzeugung des Drehfeldes durch eine entsprechende elektronische 
Kommutierung über Halbleiterschalter geschieht (deshalb auch die von 
vielen Herstellern benutzte alternative Bezeichnung "EC-[Electronically 
Commutated] Motor"), und zwar anhand der Geberdaten. Es wird also durch 
eine "trapezförmig" geschaltete Gleichspannung die ansonsten 
erforderliche Sinuswechselspannung ersetzt.

Autor: 3354 (Gast)
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Die 3 Motoren : Stepper, BLDC, Synchron nach der Spannung zu 
unterscheiden macht wenig Sinn. Eine 50 polige (??) Maschine, dh die 50 
Vollwellen pro Umgang hat ist ein ?, wenn wir nun festlegen, dass die 
Phasenspannung 15kV und der Phasenstrom 2000A ist, so ist es eine ?. Ab 
DC kann ich alle 3 betreiben, die passende Elektronik vorausgesetzt. 
Wenn man die Erregung mit einem Steuerstrom macht, bekommt man einen 
zusaetzlichen Freiheitsgrad. Mit Permanentmagneten wird's guenstiger. 
Daher sind die 3 Maschinen im Wesentlichen dasselbe.

Autor: Christof Müller (kryss)
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Hallo,

1. brushless ist bürstenlos, es handelt sich um ein Asynchronmotor mit 
Käfigläufer. (3 Phasen Drehstorm o. 1 Phase Wechslstrom)
Elektrisch gesehen entspricht die Asynchronmaschine einem Transformator. 
Die Ständerwicklung ist dabei die Primärseite und der Kurzschlussläufer 
(Käfig) die Sekundärseite. Der sich einstellende Strom hängt von der 
Drehzahl ab. Der Läufer des Asynchronmotor dreht sich immer langsamer 
als das Drehfeld an den Spulen der Primärseite:
Solange der Rotor des Motors (am Anfang) steht, ist ein Transformator 
mit sekundärseitigem Kurzschluss gegeben. Hierdurch entstehen hohe 
Ströme und starke Magnetfelder. In diesem Anfahrbereich hat der Motor 
einen schlechten Wirkungsgrad und der Motor erwärmt sich stark. Sobald 
sich der Anker dreht und sich dem umlaufenden Drehfeld anpasst, werden 
die Ströme kleiner.
Die hohen Anfahrströme kann man durch vorgeschaltete "Anlasswiderstände" 
mindern. Neben dem Aufwand für zusätzliche Komponenten muss man eine 
größere Anfahrzeit inkauf nehmen. Beim Kurzschlussläufer gibt es hierfür 
keine Anschlusspunkte und daher entfällt diese Möglichkeit.
Der Betriebspunkt wird sich immer um einige Prozente unterhalb der 
zugehörigen Synchrondrehzahl einstellen. Diese Differenz wird als 
Schlupf bezeichnet und ist belastungsabhängig.

2. Synchronmaschine

Die Maschine besitzt eine Statorwicklung (meist außen), die ein 
magnetisches Drehfeld erzeugt bzw. in welcher eine elektrische Spannung 
induziert wird.

Der Rotor (meist innen) (Polrad) trägt zur Felderzeugung entweder 
Permanentmagnete oder eine Erregerwicklung. Im zweiten Fall werden zwar 
Schleifkontakte notwendig, über die jedoch nur ein vergleichsweise 
kleiner Strom fließt. Im Gegensatz zur Gleichstrommaschine erübrigt sich 
hier ein Kommutator, so dass das Bürstenfeuer, mit all seinen 
Konsequenzen für die Lebensdauer, entfällt.

Bei schnelllaufenden großen Turbogeneratoren – u. a. in Dampfkraftwerken 
– sind auch schleifringlose Erregungen über Außenpol-Synchrongeneratoren 
und mitrotierende Gleichrichter (sog. RG-Sätze) Stand der Technik. 
Synchronmotoren sind permanent- oder gleichstromerregte 
Drehfeldmaschinen, bei denen die Drehzahl gleich der 
Wechselspannungsfrequenz, geteilt durch die Polpaarzahl des Rotors, ist.

Autor: Uli (Gast)
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>> 1. brushless ist bürstenlos, es handelt sich um ein Asynchronmotor mit
Käfigläufer.

Wir sprechen hier von einem Brushless DC-Motor. Versuch mal Deine 
Asynchronmaschine an DC laufen zu lassen!!!.

Tatsächlich ist die Synchronmaschine und der BLDC das gleiche, nur dass 
beim BLDC die Elektronik zur Erzeugung des Drehfeldes dazu gehört, so 
dass sich nach außen das gesamte System in etwa wie ein DC-Motor 
verhält.

Der Schrittmotor ist fast das gleiche, aber nicht ganz: Dreh´ mal einen 
Schrittmotor mit der Hand und Du wirst sehen, dass er bei seinen 
Schritten einrastet (Ratsmoment). Das wirst du beim Synchronmotor kaum 
merken. Tatsächlich könnte man sich zwar vorstellen, einen Schrittmotor 
als Synchronmaschine laufen zu lassen, man kämpft dan zwischen den 
Schritten aber immer gegen dieses Rastmoment an.

Autor: Roland (Gast)
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Hallo,

es war bisher fast alles falsch, was gesagt wurde.

Es gibt AC- und DC-Motore.


Zu den AC-Motoren:

Die klassischen AC-Motore sind Synchron und Asynchron-Maschinen. Diese 
Motore müssen mit einer Sinusförmigen Wechselspannung betrieben werden, 
wobei in Abhängigkeit von Frequenz (früher meist 50 Hz) und der Polzahl
eine bestimmte Drehzahl realisiert wird. D.h eine Synchronmaschine läuft 
exakt mit der Frequenz der Wechselspannung, die Asynchronmaschine läuft 
etwas unterhalb der Frequenz der angelegten Wechselspannung, also 
asynchron. Dieser asynchrone Lauf entsteht dadurch, dass das Erregerfeld 
im Rotor erst durch Induktion erzeugt werden muss, und nicht wie beim 
Synchronmotor durch einen Permagnentmagneten, bzw. durch Speisung der 
Erregerwicklung mit einer Gleichspannung bereits vorhanden ist.
Die Frequenzdifferenz zwischen Versorgungsspannung und realisierter 
Drehzahl wird Schlupf genannt, und diesert Schlupf ist abhängig vom 
Drehmoment der anzutreibenden Maschine. Also im Leerlauf -> kleiner 
Schlupf, bei Belastung -> größerer Schlupf.

Und jetzt kommt der große Unterschied zu den Gleichstrommaschinen.

AC-Maschinen funktionieren rückkopplungsfrei. Wenn die Bealstung an der 
Antriebswelle zu groß wird, dann kommen diese Maschienen aus dem Tritt 
und sie bleibt stehen, obwohl die Wechselspannung weiterhin anliegt. 
Diese Maschinen laufen nur ordentlich im Bereich der Frequenz der 
angelegten Wechselspannung, und müssen deshalb beim Anlauf mit techn. 
Unterstützung auf die Betriebsdrehzahl gebracht werden (z.B. 
Anlaufmotor)

Ein Schrittmotor ist ein Synchronmotor mit einem Permagnent-Magneten als 
Rotor. Durch die hohe Polzahl werden die Laufeigenschaften verbessert, 
so daß dieser auch mit einer rechteckförmigen Wechselspannung ordentlich 
läuft, statt mit einer sinusförmigen Wechselspannung.

Damit sich elektrische Maschinen überhaupt drehen. muß immer ein 
Drehfeld erzeugt werden. Bei AC-Maschinen wird das Drehfeld durch die 
angelegte Wechselspannung realisiert. Bei DC-Maschinen, also 
Gleichstrommaschinen, übernimmt diese Funktion der Kommutator. Über den 
Kommutator und den Bürsten werden je nach Stellung des Rotors, die 
Rotorwindungen, so mit Spannung versorgt, daß ein Drehmoment entstent. 
D.h. der Gleichstrommotor erzeugt sein Drehfeld selbst, wobei die 
Frequenz des Drehfeldes, und somit die Drehzahl, von den 
Motorparametern, aber auch von dem Belastungsmoment an der Welle 
abhängig ist. Der Gleichstrommotor funktioniert also mit Rückkopplung.

Einen Gleichstrom-Motor kann ich an der Welle bis zum Stillstand 
belasten.
Je mehr ich ihn belaste, um so mehr Kräfte bringt er auf um dieser 
Belastung zu überwinden. Über die verschiedenen Prinzipien des 
Gleichstrommotors, z.B. Reihenschluß bzw. Nebenschluss, werde ich mich 
hier nicht auslassen.

Jetzt zum BrushlessDC (BLDC):
Der BLDC-Motor ist eine Gleichstrommaschine, nur mit dem Unterschied, 
dass der Kommutator durch Sensorik und Elektronik ersetzt wurde.
Der klassische Kommutator einer Gleichstrommaschine ist eine relativ 
komplizierte Konstruktion und auch ein Verschleißteil. Um diese 
Nachteile zu umgehen, wurde in den letzten Jahrzehnten entsprechende 
Sensorik und Elektronik entwickelt.

Durch die Einführung von Sensorik und Elektronik in den 
Elektromaschinenbau verschmelzen quasi DC- und AC-Motore hinsichtlich 
ihres konstruktiven Aufbaus.

Man nimmt einen Synchronmotor( Statorwicklung mit mehreren Polparen, und 
Rotor als Permagnent-Magneten) und sorgt dafür, dass dieser Motor aber 
sein Drehfeld, wie ein richtiger Gleichstrommotor, selbst erzeugt. Man 
baut in diesem Motor eine Sensorik ein, die in der Lage die Stellung des 
Rotors zu erkennen. Entsprechend dieser Stellungsinformation werden dann 
über ein geeigneten Leistungstreiber (Leistungsschaltkreis) die 
Wicklungspare angesteuert, die ein Drehmoment erzeugen.

Früher waren AC- und DC-Maschinen schon äußerlich leicht zu 
unterscheiden. Durch die moderne Elektronik ist es nicht mehr so 
einfach. Und doch gibt es einen sehr großen Unterschied, zwischen den 
Beiden, der in der Art der Erzeuguzng des Drehfeldes besteht. Und diese 
Erzeugung bestimmt auch die Charakteristik des Motors.

Gruß Roland

Autor: Jutta (Gast)
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Hallo Roland, wie wirkt sich dieser Unterschied denn qualitativ bei 
Sportgeräten wie der Vibration Plate aus. Dort wird nämlich mit dem 
Unterschied "mit AC Motor und nicht mit DC Motor ausgestattet" geworben. 
Gruß Jutta

Autor: Simon Trautmann (almighurt)
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Hallo,
eine sehr gute Erklärung, danke!
Noch eine Frage:

Wieso werden die BL-DC-Motoren so betrieben, dass die Drehzahl per PWM 
(Höhe der Spannung) eingestellt wird (und die Drehfeld-Frequenz 
"nachgeführt" wird) und wieso wird nicht gleich mit dem ohnehin 
vorhandenen BL-Mikrocontroller die Motor-Drehzahl per Drehfeld-Frequenz 
eingestellt (dann würde es intern als echte Synchronmaschine betrieben 
werden)?? Das wäre doch eigentlich einfacher/direkter...

Vielen Dank für Infos,
Gruß Simon

Autor: DerWarze (Gast)
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Das funktioniert bei diesen Motoren nicht bzw nur im Leerlauf.
Da bei wechselnder Belastung ein wechselnder Versatz von Drehfeld und 
Magnetfeld erfolgt kommt der Motor da schnell "ausser Tritt". Mit den 
Sensoren, oder mit den verschiedene Methoden das Sensorlos über die 
Wicklungen zu mache, wird die Rotorposition bestimmt und das Drehfeld 
entsprechend gesteuert. So funktioniert der BLDC Motor von 0 - 
max.Drehzahl was mit 'Synchronmaschinen Ansteuerung' nicht gehen würde.

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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DerWarze wrote:
> Das funktioniert bei diesen Motoren nicht bzw nur im Leerlauf.
> Da bei wechselnder Belastung ein wechselnder Versatz von Drehfeld und
> Magnetfeld erfolgt kommt der Motor da schnell "ausser Tritt". Mit den
> Sensoren, oder mit den verschiedene Methoden das Sensorlos über die
> Wicklungen zu mache, wird die Rotorposition bestimmt und das Drehfeld
> entsprechend gesteuert. So funktioniert der BLDC Motor von 0 -
> max.Drehzahl was mit 'Synchronmaschinen Ansteuerung' nicht gehen würde.

Genau, zweitens kommt noch dazu, dass ein Motor, der mit mehr Spannung 
betrieben wird, als er eigentlich hätte (bei einer bestimmten Drehzahl) 
stark ruckt, weil der Rotor ungleichmäßig beschleunigt (kurz nach dem 
Kommutieren) und abgebremst (kurz bevor der Rotor an dem nächsten 
Magneten ankommt) wird.

Autor: Simon Trautmann (almighurt)
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Vielen Dank!!

Autor: Reneton Reneton (reneton)
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Hallo Zusammen

Ich hatte zuerst die gleiche Frage wie Simon:

Simon Trautmann schrieb:
> Wieso werden die BL-DC-Motoren so betrieben, dass die Drehzahl per PWM
>
> (Höhe der Spannung) eingestellt wird (und die Drehfeld-Frequenz
>
> "nachgeführt" wird) und wieso wird nicht gleich mit dem ohnehin
>
> vorhandenen BL-Mikrocontroller die Motor-Drehzahl per Drehfeld-Frequenz
>
> eingestellt (dann würde es intern als echte Synchronmaschine betrieben
>
> werden)?? Das wäre doch eigentlich einfacher/direkter...

DerWarze hat das super erklärt. Allerdings ist mir noch etwas unklar, 
bitte korrigiert mich, wenn ich da falsch liege:


Ein BL-Motor haben folgende angaben zur Drehzahl: 1000Umin/V d.h. pro V 
nimmt entsprechend die Drehzahl zu. Und über die Ansteuerung des 
BL-Motors mit einem PWM (Blockkommutierung) stelle ich diese Spannung 
ein und somit die Drehzahl?

Wie wähle ich aber die PWM-Frequenz und welchen Einfluss hat die 
PWM-Frequenz?

Vielen Dank
Gruss

Autor: Steffen Warzecha (derwarze)
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Ja die Spannung bestimmt, vereinfacht gesagt, die Drehzahl. Wobei die 
U/V nur wenn die zugehörige Belastung mit angegeben wird wirklich Sinn 
machen. Der BLDC-Motor verhält sich da wie andere DC-Motoren auch, 
Belstungsabhängig geht bei gleichbleibender Eingangsspannung die 
Drehzahl zurück.

Die PWM Frequenz ist für die Drehzahl nicht von Bedeutung. Sie muss 
natürlich um ein vielfaches höher sein als die kleinste vorkommende 
Periode der Kommutierung. Sinnvollerweise nimmt man die PWM Frequenz 
höher als 16 kHz, sonst 'singt' der Motor.

Autor: Reneton Reneton (reneton)
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