Steuerung eines BLDC

Alex C. (alex_c) OP 22.06.2019 00:48 #5883248

Hallo Zusammen,
vielleicht kann mir Jemand helfen zu verstehen, wie ein BLDC Motor 
grundsätzlich angetrieben wird. Es gibt viele Seiten dazu, aber 
nirgendwo wird es wirklich anschaulich erklärt, ich bräuchte nicht jedes 
Detail, sondern eher so ein Big Picture.
Bei einem fremderregten DC Motor wird einfach Gleichstrom auf den 
Kollektor gegeben, wodurch dieser sich anfängt zu drehen. Das habe ich 
schon selbst mit einem kleinen Läufer ausprobiert. Je höher die 
Spannung, desto schneller.
Ich vermute das man einen DC motor auch einfach per PWM steuern kann. Je 
weiter die Pulse, desto höher der Mittelwert der Spannung und desto 
schneller der DV Motor? Richtig?

Nun habe ich schon öfters gehört, dass ein BLDC Motor auch mit einem PWM 
signal versorgt wird, was ich nur leider nicht verstehe. Auf den Seiten 
die ich mir durchgelesen habe waren lediglich Phasendiagramme zu 
erkennen. Der BLDC ist im Starn geschaltet und jede Phase bekommt einen 
konstanten, stufenförmigen Gleichstrom, welcher um 120° Phasenverschoben 
ist. Für mich heißt das, dass sich durch die Phasenverschiebung ein 
Drehfeld erzeugt wird.
Für mich heißt das, je schneller sich diese phasen ändern, desto 
schneller dreht sich das erzeugte Feld und desto schneller der Rotor des 
BLDC, korrekt?

Nun verstehe ich nicht, was das mit PWM zu tun hat? PWM heißt doch 
einfach nur, dass ich eine konstante Spannung für eine definierte 
Pulsweite ein oder ausschalte. Schalte ich bspw. in 50 % der Zeit 10 V 
ein, habe ich einen Mittelwert von 5 V und der Motor würde sich (Bei 
einem herrkömmlichen DC Motor) so schnell drehen, als würde ich eine 
konstante Spannung von 5 V anlegen.

Dann würde ich noch gerne verstehen was Kommutierung genau bedeutet. 
Soweit ich verstanden habe, ist dies einfach nur die Art und Weise wie 
ein Motor elektrisch angetrieben wird. Also z.B. wie oben beschrieben 
mit diesen 3 phasigen Rechtecksignalen. Nun habe ich gelesen, dass es 
z.B. noch eine Sinuskommutierung gibt beim BLDC. Heißt das einfach nur, 
dass statt einer Rechteckspannung, die Kanten abgeflacht werden und mit 
kleinen Treppenstufen ein Sinus nachempfunden wird, damit die Steuerung 
des Motors weicher läuft? Denn oft wird erklärt was es für Arten von 
z.B. Kommutierung gibt, aber nicht wann man welche verwendet, welche vor 
und nachteile es bringt oder wie das ganze nun praktisch umgesetzt wird. 
Dies fehlt mir oft, wenn man sich für die Materie interessiert. 
Vielleicht kann mir auch Jemand ein passendes Buch dazu empfehlen?
Vielen Dank schon mal!!

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Matthias S. (mschoeldgen) (Firma: matzetronics) 22.06.2019 08:11 #5883319

Wie bei einem Gleichstrommotor kommutiert (weitergeschaltet) wird per 
Bürsten und Kollektor, so passiert das auch bei einem 3-Phasen BLDC. 
Nur, das die Kommutierung hier nicht über Bürsten und Kollektor 
passiert, sondern über Sensoren und eine Elektronik.
Die Sensoren erkennen die Position des Rotors und die Elektronik 
bestromt die Spulen im Stator so, das der Motor in den nächsten Sektor 
dreht. Dabei ändert sich wieder der Zustand der Sensoren und die 
Betromung wird zum nächsten Sektor geschaltet, usw.
Wie schnell der Rotor in den nächsten Sektor 'gezogen' wird, hängt 
natürlich von der Stärke des Magnetfeldes ab. Hier kommt die PWM ins 
Spiel. Ist das nur eine PWM mit geringem Tastverhältnis, ist die Kraft 
des Magnetfeldes gering und der Rotor wird eben nur schwach angetrieben.

Der o.a. Fall ist die sogenannte 'Blockkommutierung'. Dabei werden die 
Spulen im Stator mit PWM Blöcken betrieben und hart auf die nächste 
Kombination umgeschaltet, wenn die Sensoren das so melden.
BLDC Motor und Drehstrommotor ist nicht das gleiche. Der normale 
Drehstrommotor wird zwangsweise durch ein angelegtes Drehfeld 
angetrieben. Der Sensor-BLDC macht seine eigene Weiterschaltung.
Eine energie- und lärmsparende Methode ist dann die sogen. 
Sinuskommutierung, aka feldorientierte Regelung aka 
SpaceVektorModulation.
Hier wird das Magnetfeld abhängig von der Rotorposition per PWM so 
moduliert, das sich für jeden Winkel das optimale Drehmoment ergibt. In 
der Praxis sinds dann die bekannten 'Popo' Kurven mit dem Tal auf der 
oberen Rundung.
(siehe z.B. AN AVR447 von Microchip).


Alex C. schrieb:
> Vielleicht kann mir auch Jemand ein passendes Buch dazu empfehlen?

Gibts bestimmt, aber die Application Notes von Freescale, 
Atmel/Microchip und TI sind sehr ergiebige Quellen und dazu noch 
kostenlos. Ohne Englsch gehts hier aber nicht.

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