Drehstrommotoren

[Peter1060]

moin moin,

zieht Euch mal das DB zum SI9979, das ist eine Ansteuerung für BLDC...

Mit Gruß
Peter

[ranke]

Einen Drehstrommotor kann man aber mit einer festen Frequenz betreiben, z.B. mit 50Hz. Das geht bei einem BLDC nicht. Die Kommutierung muß, wie bei einem DC Motor üblich, vom Rotor gesteuert werden.

@klebwax: Kannst Du das noch etwas erläutern? Ich hatte bisher angenommen, dass ein synchroner Lauf ohne Rotorrückmeldung machbar wäre, ähnlich wie bei einem Schrittmotor oder einem Synchronmotor. Selbstverständlich innerhalb bestimmter Grenzen bezüglich der Drehmomentbelastung, einer Mindestanlauffrequenz usw. (wie das eben vom Schrittmotor auch bekannt ist).

[The Man]

Hier wird gerade Stiftung Verwirrt.

Es gibt 2 Arten von Drehstrommotoren: Asynchron- und Synchron Motoren.

Ein Asynchronmotor lebt davon, dass die Rotordrehzahl im Motorbetrieb geringer ist, als die Statordrehzahl. Abhängig vom geleisteten Drehmoment gibt es eien so gennanten "Schlupf" s, und die Rotordrehzal ist dann N= N0 * (1-s). Also wenn das Drehfeld im Stator mit 50Hz umläuft, die Maschiene 1 Polpaar hat, der Schlupf 0,03 ist, dann ist die Rotordrehzahl = 50Hz * 60 * (1-0,03) ) = 970U/min. Ich erläutere hier jetzt nicht das Wirkprinzip, Wiki wirds schon wissen. Jedenfalls ist bei einem Asynchronmotor um ihn zum drehen zu bringen, keine Information über die Rotoposition nötig.

Der Rotor eines Synchronmotors hat genau die Drehzal des im Stator umlaufenden Drehfeldes. Hier gibt es keinen Schlupf, sondern eine vom Drehmoment abhängige Winkelverschiebung zwischen dem umlaufenden Statorfeld und dem Rotor. Diese Motoren können NICHT anlaufen, wenn man sie einfach an ein Drehfeld mit fixer Frequenz anschließt. Da bedarf es dann Steuereinheiten, die ein Drehfeld mit variabler Frequenz herstellen können, wofür dann irgendeine Form von Positionsrückmeldung nötig ist, damit die Kommutierung klappt.

Der Begriff BLDC ist letztendlich technisches Marketing Deutsch. Es gibt keinen Drehstrommotor, der mit DC läuft. Es muss immmer ein FrequenzUmrichter (FU) her. BLDC sagt nur, dass bei einem Motor der so heißt, diese Einheit dabei ist.
(Genau genommen läuft nicht mal ein Gleichstrommotor mit DC, durch den Kolektor findet eine Kommutation statt, welche die Stromrichtung der Spulen auf dem Anker an der richtigen Stelle umpolt)

[Peter1060]

der Si0079 ist ein

3-Phase Brushless DC Motor Controller


>>wofür dann irgendeine Form von Positionsrückmeldung nötig ist,

in DB des Si9979 ist auch eine Ansteuerung ohne Positionsrückmeldung angegeben. Dann wird der Motor wie ein Schrittmotor betrieben.

[ranke]

Diese Motoren können NICHT anlaufen, wenn man sie einfach an ein Drehfeld mit fixer Frequenz anschließt. Da bedarf es dann Steuereinheiten, die ein Drehfeld mit variabler Frequenz herstellen können, wofür dann irgendeine Form von Positionsrückmeldung nötig ist, damit die Kommutierung klappt.

Das habe ich soweit verstanden. Das ist bei Schrittmotoren auch nicht anders. Schrittmotoren kann ich als zweiphasige Synchronmotoren auffassen. Allerdings laufen diese in den meisten Fällen ohne Rückmeldung des Läuferwinkels. Aus Klebwax' Aussage lese ich heraus dass diese Betriebsart bei dreiphasigen Synchronmotoren (=BLDC) nicht möglich ist. Ist das so richtig oder ein Missverständnis? Wenn es richtig ist, worin liegt die Notwendigkeit der Positionsrückmeldung begründet?

[Peter1060]

mit einer Positionsrückmeldung kann eine Verdrehung des Rotors ( durch eine äussere Kraft ) verhindert werden...

[ranke]

mit einer Positionsrückmeldung kann eine Verdrehung des Rotors ( durch eine äussere Kraft ) verhindert werden...

Auch das ist mir bekannt. Ich will nicht bestreiten, dass eine Positionsrückmeldung manchmal sehr nützlich sein kann, ich wollte eigentlich nur wissen, ob es nicht auch ohne geht.

[The Man]

Es schimmerte in den vorigen Posts schon durch.

Eine Synchromaschiene kann ohne Positionserfassung bewegt werden, wenn man sie als Stepper missbraucht. Von der Idee her kann das wie folgt ablaufen (bei Sternschaltung):

"S" entspricht Strang, "+" Vcc, "-" GND

1.) S1 +; S2-; S3-
2.) S1 +; S2+; S3-
3.) S1 -; S2+; S3-
4.) S1 -; S2+; S3+
5.) S1 -; S2-; S3+
6.) S1 +; S2-; S3+
gehe wieder zu Punkt 1

Dabei gibt es eine maximale Geschwindigkeit, die man im Durchlauf fahren kann, damit der Motor aus dem Stillstand anläuft. Danach wird er nur noch Summen.
Das liegt dann daran, dass das Magnetfeld weitergewandert ist, bevor es das Trägheitsmoment des Rotors überwinden konnte.

[Klebwax]

@klebwax: Kannst Du das noch etwas erläutern? Ich hatte bisher angenommen, dass ein synchroner Lauf ohne Rotorrückmeldung machbar wäre, ähnlich wie bei einem Schrittmotor oder einem Synchronmotor. Selbstverständlich innerhalb bestimmter Grenzen bezüglich der Drehmomentbelastung, einer Mindestanlauffrequenz usw. (wie das eben vom Schrittmotor auch bekannt ist).

Ja man kann das so machen, aber der Motor leistet dann nur das, was ein Schrittmotor leistet. Drehmoment und Drehzahl sind stark begrenzt und die Last darf sich nicht wesentlich ändern. Und geht die Synchronisation einmal verloren, muß man zurück auf Null. Im Gegensatz dazu, kann man sowohl einen asychronen Drehstrommotor oder auch einen DC Motor anhalten (so man es denn schaft, und solange er nicht abbrennt) und er läuft nach loslassen einfach an. Dabei muß nichts an der Ansteuerung gemacht werden. Fazit: man kann ihn im Stepperbetrieb laufen lassen, aber er wird nur einen Bruchteil der Leistung bringen, die mit einem Motor seiner Größe eigentlich erreicht werden sollten. Er ist dann nicht nur ein wenig schlechter sondern eher unbrauchbar.

Der Begriff BLDC ist letztendlich technisches Marketing Deutsch. Es gibt keinen Drehstrommotor, der mit DC läuft. Es muss immmer ein FrequenzUmrichter (FU) her. BLDC sagt nur, dass bei einem Motor der so heißt, diese Einheit dabei ist.
(Genau genommen läuft nicht mal ein Gleichstrommotor mit DC, durch den Kolektor findet eine Kommutation statt, welche die Stromrichtung der Spulen auf dem Anker an der richtigen Stelle umpolt)

Das so nicht ganz richtig. Der Begriff sagt genau aus, was er ist. Der wichtige und richtige Punkt ist: Bei einem DC-Motor wird durch den Kollektor der Strom in den Spulen an den richtigen Stellen umgepolt.

Wenn man nun den mechanischen Kommutator (Brush auf neudeutsch) durch einen elektronischen Kommutator ersetzt (Brush Less) hat man schon fast einen BLDC. Eigentlich müsste man dann Power über Schleifringe zu den Spulen und den elektronischen Schaltern auf den Rotor bringen. Da es dem Magnetfeld und den daraus resultierenden Kräften aber egal ist, kann man Rotor und Stator auch tauschen: die Magnete drehen und die Spulen stehen still. Damit muß kein Strom zum Rotor gebracht werden. Es ist aber immer noch ein DC Motor, mit einem Kommutator, der durch die Rotorposition gesteuert wird.

Um den Sensor einzusparen (sensorlos) wird versucht, aus der GegenEMK des Motors die Position zu bestimmen. Das geht aber prinizipiell nur, wenn er sich schon dreht. Als Krücke bietet sich an, den BLDC im Schrittmotorbetrieb hochzufahren und dann über die GegenEMK zu kommutieren. Dann ist er aber in einer ähnlichen Sitution wie ein Bezinmotor, keine Leistung bei niedriger Drehzahl. So etwas geht möglicherweise bei Luftschrauben, aber nie in einem Roboter oder einem Fahrrad.

Noch etwas zum Begriff FU: man kann jede Schaltung, die aus Gleichstrom (oder besser gleichgerichtetem Wechselstrom) Wechselstrom macht FU nennen, z.B. den Kommutator im DC-Motor oder auch einen NF-Verstärker. Zum Verständniss, wie etwas funktioniert, trägt das aber nichts bei. Von einem FU wird eigentlich gesprochen, wenn aus Wechselspannung eine Wechselspnnung mit einer anderen Frequenz gemacht wird.

MfG Klebwax

[ranke]

Danke an The Man und Klebwax für die sehr ausführlichen und verständlichen Erklärungen. Im Prinzip hatte ich es mir ungefähr so gedacht, allerdings habe ich noch nie einen BLDC praktisch ausprobiert, deshalb war mir das Verständnis in der Sache wichtig.