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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Brushless Motor Steuerung macht Probleme


Autor: ChrisB (Gast)
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Hallo an Alle,

ich versuche gerade einen Brushless Motor in Betrieb zu nehmen. 
Grundsätzlich funktioniert das auch schon sehr gut, nur leider mit 
Spannungen < 7,5 Volt.
Sobald ich die Spannung auf 8 Volt oder 11,1 Volt (spätere 
Betriebsspannung) erhöhe hält der Motor einfach an. Mit ist grade völlig 
unklar warum dies passiert.
Grundsätzliches zum Aufbau:
Der Motor ist ein Brushless Motor ohne Hall Sensoren, ich nutze also die 
Induktion des Motors um dessen Position zu erkennen und entsprechend zu 
kommutieren. Dazu habe ich einen virtuellem Stern (bestehen aus 
Widerständen und Kondensatoren zur Filterung des PWM Signals) aufgebaut 
und dessen drei Phasen mit je einem analogen Comparator mit dem Mittel 
der drei Phasen verglichen. Die Ausgänge des Comparators sind mit einem 
FPGA gekoppelt, der die Steuerung vornimmt. Momentan macht das FPGA 
eigentlich nichts anderes als eine Flanke an den drei analog 
Comparatoren zu erkennen und direkt in die nächste Phase zu schalten. 
Das PWM Signal (15 KHz) wird auch durch das FPGA erzeugt und ist mit den 
einzelnen Ausgängen für die Mosfets verundet.
Als Mosfets benutze ich die BTS7960, da diese sich für diesen Zweck sehr 
gut eignen.

Mich wundert das sehr, dass der Motor einfach stehenbleibt, sobald ich 
die Spannung erhöhe. Vor allem ist es nicht so, dass der Motor sich bei 
leichter Erhöhung der Spannung schlechter dreht, er bleibt sofort 
stehen.

Ich wäre sehr dankbar, wenn mir jemand weiterhelfen könnte.

Gruß,

Christoph

Autor: ji (Gast)
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hast du dir mal die Polradspannung am oszilloskop angesehen?
schau sie dir mal bei erhöhung der spannungan, vielleicht wird sie 
verzerrt und es ist keine eindeutige positionserkennung mehr möglich ;)

Autor: stefan (Gast)
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emv ist auch nicht ohne bei solchen sachen

Autor: ChrisB (Gast)
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Was genau meinst du mit Polradspannung? Wo genau messe ich die?
EMV ist natürlich etwas worauf man achten muss, aber hatte damit noch 
nie Probleme und würde mich wundern wenn das Problem was ich habe durch 
EMV entsteht...

Autor: ji (Gast)
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Polradspannung ist die zurück induzierte Spannung mit der du die 
Position ermittelst, um zu richtigen Zeit zu kommutieren ;) Auch EMK 
genannt.

die EMK misst du zwischen Phase und Sternpunkt. bei drei phasen jeweils 
phase gegen sternpunkt. z.B. 
http://www.elektroniknet.de/typo3temp/pics/5fd1f0ad35.jpg

Autor: ji (Gast)
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Polradspannung ist die zurück induzierte Spannung mit der du die 
Position ermittelst, um zu richtigen Zeit zu kommutieren ;) Auch EMK 
genannt.

die EMK misst du zwischen Phase und Sternpunkt. bei drei phasen jeweils 
phase gegen sternpunkt. z.B. 
http://www.elektroniknet.de/typo3temp/pics/5fd1f0ad35.jpg

im englischen Back EMF: 
http://zone.ni.com/cms/images/devzone/ph/42517a871151.gif

Autor: Christoph Bechtel (christophbechtel)
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So bin jetzt mal eingeloggt, wusste garnicht dass ich hier shconmal nen 
Account erstellt habe.

Anbei mal 2 Fotos vom Oszi.
Das erste Bild (Bild1.jpg) zeigt oben den Ausgang des analog Comparators 
von Phase C (in Beziehung zum Mittel) und unten die Phase C direkt am 
Mosfet.
Warum dort gerade diese zwei Spikes pro Periode (einmal nach unten, 
einmal nach oben) zu sehen sind weiss ich auch gerade nicht, der Sache 
muss ich nochmal auf den Grund gehen. Das PWM Signal ist auf 100% und 
ich glaube mein Netzteil geht auch in die Strombegrenzung, da es nur 5A 
kann.

Das zweite Bild (Bild2.jpg) zeigt auch Phase C, jedoch gemessen zwischen 
den beiden Eingängen des analog Comparators, also Mittel und Phase C. 
Hier habe ich das PWM Signal auf cs. 30% geregelt (mit 15kHz). Ist 
generell ja eine schöne Sinus-Schwingung, jedoch sieht man deutlich die 
Ripple vom PWM Signal, obwohl ich ein RC-Glied einsetze. Die Ripple 
werden mit Erhöhung der betriebsspannung größer. Im Bild habe ich die 
Betriebsspannung gerade so hch gewählt, dass der Motor gerade noch 
flüssig läuft. Ein kleines bisschen mehr und der Motor bleibt sofort 
stehen.

Vielleicht hilft das bei der Analyse weiter. Ich weiss momentan nicht 
genau woran das liegen kann. Meine Vermutung jedoch ist das PWM Signal, 
evtl muss das besser gefiltert werden. Eine weitere Möglichkeit wäre 
eine falsche Ansteuerung des Motors. Optimal wäre ja auch 30° zu warten 
nach jedem Null-Durchgang. Dies lasse ich momentan noch komplett weg.

Autor: Christoph Bechtel (christophbechtel)
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Hier Bild2.jpg

Autor: Christoph Bechtel (christophbechtel)
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Ich habe mir noch ein paar Gedanken zu den Bildern gemacht. Ist es denn 
richtig, dass das PWM Signal der Phase C genau bei dem Nulldurchgang der 
Phase C anfangen muss und bis über die Kurve hinaus anhält?
Wie müsste das idealerweise aussehen, damit der Motor so effizient wie 
möglich ist?

Autor: Christoph Bechtel (christophbechtel)
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Ich habe das Problem soeben gelöst.
Es lag an der Back EMF ermittlung. Ich hatte die Schaltung von 
Mikrokopter.de nachgebaut und die Ausgänge an einen externen Analog 
Comparator gehangen.
In der Schaltung von der Mikrokopter-Seite sind alle Widerstände 4,7K 
groß und die Kondensatoren 100nF, ich habe nun einfach die Widerstände, 
die direkt an den Phasen hängen verdoppelt, damit die Spannung am 
Comparator kleiner wird und dadurch funzt es.
Erklären kann ich mir dies leider bisher noch nicht, aber ich vermute 
der Comparator kam mit den höheren Spannungen nicht klar.

Jetzt geht es auf jeden Fall erstmal, trotzdem wüsste ich gerne welches 
eigentlich die beste Methode ist, wie man die Widerstände und 
Kondensatoren dimensioniert und verschaltet, da ich inzwischen schon 
viele verschiedene Lösungen gesehen habe:

- Ganz ohne Kondensatoren (wobei ich da nicht weiss wie das PWM Signal 
rausgefiltert wird)
- Die Schaltung von Mikrokopter.de
- Eine ähnliche Schaltung wie auf Mikrokopter.de, jedoch mit wesentlich 
größeren Widerständen und Kondensatoren um 10nF
- und ich habe auch eine Schaltung gesehen, die das Mittel was der 
Comparator mit Phase A vergleicht aus Phase B und Phase C bildet.

Im moment funktioniert das ganze zwar, aber ich tendiere gerade zur 
letzten Variante.

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