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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Motorfrage (BLDC)


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Autor: Crazy H. (crazy_h)
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Hallo Zusammen,

ich plane nichts, ich habe nichts vor, dies ist reine Theorie.

Angenommen ich habe ein Fahrzeugrad, das nicht angetrieben, aber mit 
einem BLDC-Motor fest verbunden ist.
Was würde passieren, wenn ich nun den Motor zuschalten würde mit:
a. einer niedrigeren Drehzahl/Geschwindigkeit als das Fahrzeug fährt
b. einer höheren Drehzahl/Geschwindigkeit als das Fahrzeug fährt
c. mit passender Drehzahl/Geschwindigkeit?

Fall c. ist klar: nichts

Fall a. und b.: würde das Fahrzeug z.b. aus der Spur laufen, ausbrechen, 
..... oder würde das Fahrzeug das Rad einfach bremsen oder weiter mit 
ziehen?

Falls die Fahrstabilität gefährdet ist, was könnte man manchen, daß das 
nicht passiert? Eine genaue Regelung wie es Fall c. beschreibt, stelle 
ich mir schwierig vor.

Harry

Autor: Paul (Gast)
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Was heißt denn “zuschalten”?

Autor: uli (Gast)
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Crazy H. schrieb:
> Angenommen ich habe ein Fahrzeugrad, das nicht angetrieben, aber mit
> einem BLDC-Motor fest verbunden ist.
> Was würde passieren, wenn ich nun den Motor zuschalten würde mit:
> a. einer niedrigeren Drehzahl/Geschwindigkeit als das Fahrzeug fährt
> b. einer höheren Drehzahl/Geschwindigkeit als das Fahrzeug fährt

wenn das Rad mit dem Motor fest verbunden ist, wie kann man dann eine 
niedrigere oder höhere Drehzahl des Motors erreichen ??

Hat der Motor nicht dann immer die gleiche Drehzahl wie das Rad ??

Oder habe ich deine Frage falsch verstanden ?

Autor: Crazy H. (crazy_h)
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Das Fahrzeug hat quasi 2 Antriebe, wobei der normale Antrieb im 
Normalfall das Rad mit dem BLDC einfach mitzieht. Zu einem Zeitpunkt x 
wird aber nun der BLDC ebenfalls eingeschaltet.

Machen wir es einfacher: Ich habe einen BLDC mit einem Rad in 
unbestromtem Zustand, der aber fremd (über das Rad) angetrieben 
(gedreht) wird. Was passiert, wenn ich den Motor plötzlich antreibe? 
Bremst/beschleunigt der Motor diesen fremden Antrieb? Oder (wenn der 
Motor langsamer als der externe Antrieb ist) "wartet" die Kraft des BLDC 
bis sie von der Geschwindigkeit höher als der externe Antrieb wird?

Wenn mir eine vernünftige Formulierung einfällt, sag ich das :-D

Autor: Crazy H. (crazy_h)
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Ich habs: ein normales Auto mit Vorderradantrieb (Verbrenner) und die 
hinteren Räder haben je einen Elektromotor (starr mit den Rädern 
verbunden).
Ich fahre jetzt 50km/h und schalte die Elektromotoren mit einer 
Rad-Drehzahl kleiner der Vorderräder ein. Was passiert?

Autor: Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)
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Crazy H. schrieb:
> schalte die Elektromotoren mit einer
> Rad-Drehzahl kleiner der Vorderräder ein. Was passiert?

Bei sensorgesteuertem BLDC wird der Motor mitgeschleppt und kommutiert 
eben mit wenig Leistung. Je mehr der BLDC dann bestromt wird, umso mehr 
gleicht er seine Reibung aus, bis er dann zum Vortrieb beiträgt.
Wenn der Controller es zulässt, wird er beim Mitschleppen rekuperieren.
Der BLDC ist ja nicht frequenzgesteuert wie ein Drehstrommotor, sondern 
eben eine DC Maschine, die nicht über Bürsten, sondern über Elektronik 
kommutiert.

Autor: Boerge (Gast)
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Crazy H. schrieb:
> Fall a. und b.: würde das Fahrzeug z.b. aus der Spur laufen, ausbrechen,
> ..... oder würde das Fahrzeug das Rad einfach bremsen oder weiter mit
> ziehen?

Beides möglich je nach Drehmomentdifferenz (und Motortyp).
Bei geringen Differenzen wirst du es nicht bemerken...außer an erhöhtem 
Verschleiss beteiligter Baugruppen.

> Falls die Fahrstabilität gefährdet ist, was könnte man manchen, daß das
> nicht passiert?

Nimm einen Motor mit Freilauf ;)

Autor: Crazy H. (crazy_h)
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@Matthias: Herzlichen Dank, diese Erklärung kann ich gut nachvollziehen 
und sie gefällt mir.

Harry

Autor: Martin (Gast)
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Wie Paul schon schrieb ist "einschalten" ungenau.
Man schaltet BLDC-Motoren auch nicht "mit einer Drehzahl kleiner als..." 
ein. Man gibt ein Moment (das proportional dem Strom ist) vor und die 
Motorsteuerung kommutiert dann (mit oder ohne zusätzliche Sensoren) - 
sie stellt die Spannungen über den Phasen so ein, dass der gewünschte 
Strom zum optimalen Phasenwinkel erreicht wird.
Du kannst also ein positives oder negatives Moment einstellen. Dann wir 
der Antrieb beschleunigen oder bremsen.

Autor: Christopher J. (christopher_j23)
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BLDC-Motoren sind permanent erregte Synchronmotoren. Synchronmotoren 
haben ihren Namen daher, dass der Läufer bzw. Rotor (d.h. der bewegliche 
Teil des Motors) synchron mit dem Feld des Stators (d.h. dem nicht 
beweglichen Teil des Motors) dreht. Zwischen dem Drehfeld des Rotors und 
dem Drehfeld des Stators gibt es den sogenannten Polradwinkel. Eilt das 
Statorfeld (welches durch Elektromagneten erzeugt wird) dem Rotorfeld 
(welches durch Permanentmagneten erzeugt wird) voraus, "zieht" der 
Stator den Rotor und der BLDC funktioniert als Motor. Eilt das Rotorfeld 
dem Statorfeld voraus, so "zieht" der Rotor den Stator und der BLDC 
funktioniert als Generator. Einen BLDC schaltet man eben nicht "ein" 
oder "aus", sondern man sagt einem "ESC" (d.h. einem Frequenzumrichter) 
"ich hätte gerne dieses oder jenes Drehfeld (im Stator)". Wenn also dein 
Auto 50km/h fährt und du dem ESC (vereinfacht) sagst "Gib mir ein 
Drehfeld für 49km/h", dann funktioniert dein BLDC als Generator, weil 
der Rotor schneller dreht (nähmlich "50km/h"). Du musst natürlich 
sicherstellen, dass die rückgespeiste Energie irgendwo hin kann, weil 
sonst dein ESC vermutlich den Tod durch Überspannung stirbt. Im 
einfachsten Fall verheizt man die "gewonnene" Energie einfach an einem 
Widerstand. Das ist in der Industrie gang und gäbe, wenn irgendwelche 
Synchronmotoren an einem FU hängen und eben auch mal abgebremst werden 
müssen.

Ein Nabendynamo beim Fahrrad ist ein Synchrongenerator, der jedoch 
genauso aufgebaut ist wie ein BLDC. Es kommt eben ganz auf die 
Elektronik, d.h. den "ESC" an, ob du mit der rückgespeisten Energie 
etwas anfangen kannst.

: Bearbeitet durch User
Autor: paul (Gast)
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Christopher J. schrieb:
> Wenn also dein
> Auto 50km/h fährt und du dem ESC (vereinfacht) sagst "Gib mir ein
> Drehfeld für 49km/h", dann funktioniert dein BLDC als Generator, weil
> der Rotor schneller dreht (nähmlich "50km/h").

Nein. Dann sind Rotor und Drehfeld einfach nicht synchron, und es 
holpert relativ stark. Vorausgesetzt das ESC lässt sich überhaupt zu so 
etwas überreden.

Ich kenne mich mit ESCs nicht so aus, aber gibt man da nicht im 
wesentlichen ein Drehmoment vor, und die Drehzahl stellt sich dann ein?

Autor: A-Freak (Gast)
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> BLDC-Motoren sind permanent erregte Synchronmotoren.

Nein!

Ein BLDC-Motor ist ein Gleichstrommotor dessen Kommutierung elektronisch 
in einem (zum Motor gehördendem) Leistungsteil erfolgt.

"BrushLess DC"

Autor: Christopher J. (christopher_j23)
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paul schrieb:
> Nein. Dann sind Rotor und Drehfeld einfach nicht synchron, und es
> holpert relativ stark. Vorausgesetzt das ESC lässt sich überhaupt zu so
> etwas überreden.

Stimmt, mein Vergleich passt besser zum Asynchronmotor und nicht zum 
Synchronmotor.


A-Freak schrieb:
> Nein!
>
> Ein BLDC-Motor ist ein Gleichstrommotor dessen Kommutierung elektronisch
> in einem (zum Motor gehördendem) Leistungsteil erfolgt.
>
> "BrushLess DC"

Nö. Der ESC (als FU) ist ein eigenständiges Bauteil und ist nicht mit 
dem Motor verheiratet. Man kann verschiedenste Kombinationen aus Motor 
und ESC verwenden. Eine 20kW Frässpindel würde auch niemand als 
Gleichstrommotor bezeichnen, nur weil im Zwischenkreis des FU 
Gleichspannung vorherrscht.

Autor: Crazy H. (crazy_h)
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Also ok verstanden, wobei mir die Erklärung von Matthias am besten 
gefallen hat, nämlich daß dadurch, daß sich der Motor schon dreht, die 
Ansteuerfrequenz schon paßt bzw. bekannt ist. Dann müßte man nur noch 
für Strom in richtiger Dosierung sorgen.

Danke an alle :-)

Harry

Autor: Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)
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Christopher J. schrieb:
> Der ESC (als FU) ist ein eigenständiges Bauteil und ist nicht mit
> dem Motor verheiratet

Du gehst aber von einem Motor aus, für den das Drehfeld bereitet wird 
(Drehstrommaschine). Das ist aber eben beim BLDC nicht der Fall. Die 
Sensoren kommutieren über eine Elektronik den Motor - die Elektronik 
folgt dem Drehen des Motors und nicht umgekehrt. Dem BLDC sehr viel 
ähnlicher ist der klassische DC Motor mit Bürsten und Kollektor, nur das 
der BLDC eben 3 und mehr Wicklungen hat.

: Bearbeitet durch User
Autor: Michael B. (laberkopp)
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Crazy H. schrieb:
> Angenommen ich habe ein Fahrzeugrad, das nicht angetrieben, aber mit
> einem BLDC-Motor fest verbunden ist.
> Was würde passieren, wenn ich nun den Motor zuschalten würde mit:
> a. einer niedrigeren Drehzahl/Geschwindigkeit als das Fahrzeug fährt
> b. einer höheren Drehzahl/Geschwindigkeit als das Fahrzeug fährt
> c. mit passender Drehzahl/Geschwindigkeit?

Du hast BLDC nicht verstanden.

Ein BLDC wird elektronisch genau so wie ein permanenterregter 
Gleichstrommotor mit seinem mechanischen Kommutator an bestimmten 
Drehwinkeln der Motorachse umgeschaltet. Und weil deiner auf einer Achse 
gedreht wird, ist damit die Drehzahl exakt die der Achse.

Das, was du mit vorgegebener Drehzahl meinst, trifft auf Schrittmotore 
zu. BLDC sind aber keine Schrittmotore.

Das einzige, was du am BLDC also steuern kannst (die Umschaltpunkte der 
Kommutierung kannst du nicht steuern, die werden gesteuert), ist die 
effektive Spannung an den Spulen und damit die Kraft, also der Wille zu 
höherer Drehzahl. Ist die Kraft gross genug, beschleunigt der BLDC sogar 
dein Fahrzeug.

http://www.dse-faq.elektronik-kompendium.de/dse-faq.htm#F.10.1

: Bearbeitet durch User
Autor: Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)
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Ein schönes Beispiel für die Frage sind die E-Motorräder der Firma Zero. 
Schiebt man so ein Ding, schaltet sich der BLDC hinzu und folgt wie ein 
Hündchen, so daß das Bike dich zwanglos beim Schieben unterstützt (und 
zwar sowohl rückwärts als auch vorwärts).
Ist sehr angenehm und cool, das der Hersteller an so eine Kleinigkeit 
gedacht hat.

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