Hallo zusammen, ich bin momentan mit meiner Diplomarbeit beschäftigt. Dabei muss ich ein Steuergerät, welches einen sensorlosen EC-Motor ansteuert in Betrieb nehmen. Nun habe ich vor den originalen EC-Motor durch eine einfache Ersatzschaltung zu ersetzen. Was muss ich dabei alles beachten? Reicht es, wenn ich die 3 Phasen durch eine RL-Last nachbilde und zur Erzeugung der Drehbewegung die induzierte BEMF auf der jeweils nicht bestromten Phase dem Steuergerät zur Verfügung stelle? Wie könnte ich das machen? Hab mich bisher leider noch nicht mit den physikalischen Eigenschaften in der Maschine beschäftigt. Ändern sich die Widerstände, Induktivitäten und andere Größen in Abhängigkeit der Drehzahl? Wie komplex wird so eine Ersatzschaltung? Bin für jede Antwort dankbar. Gruß Weippy
Im großen und ganzen ist es eine Drehstrommaschine. Die zu simulieren wird nicht ganz einfach sein! Gruß Jürgen
>Hab mich bisher leider noch nicht mit den physikalischen Eigenschaften
in der Maschine beschäftigt.
Ein Modell sollte irgendwie phyikalisch relevant sein. Zeichnen kann man
irgendwas, irgenwelche Parameter rein, die simulation anwerfen und dann
kann man den Korken knallen lassen ...ob's was taugt ist eine andere
Frage. Will damit sagen, ohne das Ding mal auzuschauen, und ein paar
Messungen zu machen wir es nicht gehen.
Also mir geht es hauptsächlich darum darzustellen warum eine reale Motorsimulation (mit Leistungsteil: reale Ströme und Spannungen, kein Simulink-Modell) so schwer ist und warum man sie nicht eben kurz, ohne Erfahrung auf dem Gebiet, in 4 Wochen machen kann. Ich habe Motorsimulationen von dSpace und SET gefunden. Die liegen aber bei ca. 10000€ pro Motor. Eine genaue Beschreibung was da alles berücksichtigt wird und wie die Modelle aufgebaut sind ist da leider nicht dabei. Mit den grundlegenden Daten des Motors hab ich mich schon befasst und mit Messungen hinterlegt: 3 Phasen in Sternschaltung, U~12V, I_Anlauf~30A, I_Betrieb~8A, Polpaarzahl 1, Frequenz der PWM 20KHz, Drehzahl bis ~11000 U/min, Wicklungswiderstand Phase-Stern: 0,1 Ohm. Das Steuergerät misst nur die BEMF und den Strom in der Zuleitung. Die Ströme in den Phasen werden nur an der Leistungshalbbrücke "als Spannung gemessen" und dadurch überwacht. Weiss viell. noch jmd. was technisch an einer Simulation eines BLDC so schwer ist? Erzeugung/Einspeisung der BEMF...? Danke. Gruß Weippy
Das sind alles statische und phenomenologische Daten. Wie ist zum Beispiel der Zusammenhang zwischen Polradwinkel, Drehmoment und Strom ? Und wie entwickeln sich diese Werte mit der Drehzahl ?
Aeh, ja. Und nicht phenomenologisch betrachtet, waeren Massentraegheitsmoment, und der Zusammenhang Feld-absolut_Winkel-Drehmoment, der Zusammenhang Strom-Feld-Drehzahl, usw. von Interesse. Die Modelle dazu sind unterschiedlich kompliziert.
Ein wesentlicher Punkt ist auch, WIE dein Steuergerät den Motor 'sensorlos' ansteuert, d.h. wird nur die BEMF der induzierten Spannung ausgewertet oder läuft da eine feldorientierte Regelung, die sich die Rotorlage aus Strom und Spannung errechnet? Erster Fall wird leichter zu 'faken' sein, für zweiteren brauchst du wirklich ein gutes Modell. Gruß Christian
Vielen Dank. Das hilft mir alles schon weiter. Werte für den Zusammenhang zwischen Polradwinkel, Drehmoment, Strom, Trägheitsmoment usw. weiss ich nämlich nicht. Genauso wenig wie die Abhängigkeit von der Drehzahl, oder das genaue Regelverfahren. Steuergerät und Motor kommen nämlich von einem Zulieferer und der wiederum bekommt den Motor selbst von nem anderen Zulieferer. Deswegen weiss auch niemand wirklich über die Daten Bescheid. Das sind alles gute Gründe um meinen Betreuer davon zu überzeugen, dass ich in der kurzen Zeit kein Modell machen kann, dass die originale Maschine, inklusive einer variablen Lasterzeugung, gut nachstellen kann. Meine eigtl. Aufgabe ist es nämlich das Steuergerät an einem HIL-Prüfstand in Betrieb zu nehmen (mit CAN ansteuern, verschiedene Testfälle programmieren...) und zu prüfen welche Modellierungsmöglichkeiten es gibt um den EC-Motor zu belasten. Ich habe nun vor den originalen EC-Motor zu verwenden und diesen mit einem anderen Motor und Widerstandsbremsung (Stromsenke) zu belasten. Damit kann ich die Maschine / das Steuergerät dann auch unter verschiedenen programmierbaren Lastfällen betreiben und testen. Eine tolle elektronische Last wäre meinem Prof. natürlich am Liebsten, aber dafür verlangen manche Firmen 10K€. Dann kann ich das nicht in den 2 Monaten die ich noch Zeit habe machen. Für weitere Infos und Gründe warum ich mit den bekannten Daten kein Modell machen kann, oder wie es doch ganz einfach gehn könnte, bin ich natürlich dankbar. Gruß Weippy
Minimalist. So schwierig ist es nun auch nicht. Mach ein paar Messungen, ein Polynom hindurch und gut ist. Nach einem Tag sollte man etwas Brauchbares haben.
Eine elektronische Last ist uebrigens auch was Triviales. Hat man auch in einem Tag aufm Steckbrett.
@ Chris W. Na ja, die groben Maschinenparameter hat man ja mit ein paar Messungen an einem Tag raus. ( Polpaarzahl, induzierte Spannung, Induktivität, Innenwiderstand etc) Wenn du den EC-Motor antreibst und die induzierte Spg misst, kannst du anhand der Spannungsform auf die Magnetisierung/Wicklungsaufbau schließen. Trapezförmige Spg deutet auf eine blockkommutierte Ansteuerung hin, eher sinusförmige Spg ist ein Indiz für ein feldorientiert geregeltes System (ACHTUNG! Pi-mal-Daumen Aussage!!!) Das Regelverfahren kann man auch erahnen, wenn man die Betriebsbedingungen etc kennt. Bei elektronischen Lasten zahlt man für Präzission und Reaktionsgeschwindigkeit. Für deine Anwendung würde wie 'hmm' schon geschrieben hat was selbstgebasteltes durchaus reichen. Deine Zeitkonstante des Systems wird sehr wahrscheinlich durch die Massenträgheit der zwei gekoppelten Maschinen bestimmt, nicht durch die elektrischen Werte.
Elektronische Lasten werden kompliziert und teuer wenn es um hohe Dauerleistung geht. Dann moechte man dann Rueckspeisen und nicht verheizen. Aber fuer einen kleinen Test kann man immer verheizen und ab 100Watt auf Wasser gehen.
Ein paar Messungen und dann ein Polynom hindurch hört sich einfach an. Wenn man sowas aber vorher noch nie gemacht hat und kein Plan hat wie das gehen soll wirds schwer. Also die Maschine wird blockkommutiert angesteuert. Die BEMF ist trapezförmig. Das Steuergerät verwendet einen PID-Regler. Aber wie gesagt: Das Steuergerät ist für mich erst mal als "Black Box" zu betrachten. Muss das nur über CAN ansteuern. Was dann darin alles abläuft ist nicht von primärem Interesse. Außer ich brauch es natürlich für ein Modell. Mir gehts erst mal nur um die realitätsnahe Motorsimulation MIT steuerbarer Lasterzeugung. Da es eine sensorlose Maschine ist muss ich die BEMF natürlich auch erzeugen. Denke die BEMF und die Lasterzeugung sind der schwerste Part. Was muss man denn beim Aufbau einer elektronischen Last alles beachten? Gibts dafür irgendwo Schaltpläne? Wie wird dabei das dynamische, drehzahlabhängige Verhalten berücksichtigt. Die Parameter ändern sich ja beim Betrieb. Die Erzeugung der BEMF wird bestimmt auch nicht einfach. Bei 12000 U/min und 6 Kommutierungsvorgängen pro Umdrehung sind das 1200 Kommutierungsvorgänge pro Sekunde. Wenn ich die Maschine dann beschleunigen/bremsen will muss sich die Einspeisung der BEMF ja auch dynamisch ändern!? Fragen über Fragen...
So schwierig ist das nun auch wieder nicht. Ein BLDC ist eine konstant erregte Synchronmaschine. Hat daher die Eigenschaften einer DC Maschine : Die EMF ist proportional zur Drehzahl, da das Feld konstant ist. Dazu kommt ein konstanter Innnenwiderstand und der Strom ist proportional zum Drehmoment. Die Kommutatorspannung faellt weg. Und hat die Eigenschaften einer Synchronmaschine : Das Drehmoment ist eine Frage des Polradwinkels. Bei Untererregung ist die Maschine induktiv, bei Uebererregung kapazitiv. Ich wuerd die Maschine mal als Generator betreiben, und mit einem Akkuschrauber antreiben. So kann man sich den Zusammenhang der Spannung zu Drehzahl und den Zusammenhang Strom zu Drehmoment anschauen. Zu Beginn einfach mal Ohmsch belasten. Dann, wenn die Ansteuerelektronik steht, einen Encoder auf die Achse und mit dem Polradwinkel spielen. Dann sieht man welche Groese man hat, und welche Groesse man simulieren kann/muss um auf den Polradwinkel zu kommen, das nennt sich dann Beobachter fuer den Polradwinkel.
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