Hallo, ich hab mich jetzt mal auch hier angemeldet, weil ich mit einer Fachfrage in anderen Foren nicht mehr weiter gekommen bin und auf dieses mikrocontroller.net verwiesen wurde. Und zwar: geht es um den Wirkungsgrad eines BLDC-Motors, also eines bürstenlosen Gleichstrommotors. Bei diesem erfolgt ja die Kommutierung elektronisch, in Abhängigkeit von der Lage des Rotors. Jetzt gibt es bekanntlich auch Spar-Varianten dieser Motoren, bei denen kein Lagegeber in Form von Hall-Sensoren verbaut wird. Die Rotorposition kann also nur durch Rückwirkung auf die Statorspulen (Strommessung) über ein Motormodell geschätzt werden, das auf dem Antriebs-µC mitläuft. Meine Frage: Hat die Genauigkeit des Motormodells einen Einfluss auf den Wirkungsgrad des Motors? Ein BLDC kann ja wie eine fremderrregte Synchronmaschine betrachtet werden. Dort ist der Wirkungsgrad abhängig vom Polrad. Wenn sich jetzt mein Motormodell auf dem µC verschätzt und die Statorspulen nicht 100-prozentig richtig ansteuert, müsste das doch auch das Polrad und damit den Wirkungsgrad beeinflussen, oder? Ich bin mir nicht sicher, ob die Frage hier im Off-Topic bereich richtig angesiedelt ist, aber habe kein Unterforum gefunden, dass mir besser geeignet schien. Wenn nötig, kann das Thema gerne verschoben werden. Ich hoffe, es gibt hier Antriebsexperten, die mir weiterhelfen können.
Der Wirkungsgrad ist nicht abhängig davon, ob der Motor elektronisch oder mechanisch kommutiert wird, und ob elektronische Kommutierung durch Hallsensoren oder Incrementalgeber oder Rückermittlung aus der BackEMF bestimmt wird. Aber der Wirkungsgrad hängt (bei ansonsten identischem Motor) schon davon ab, ob die Umschaltzeitpunkte der Spulen zum idealen Zeitpunkt erfolgen, und ob mit primitivem Rechteck oder idealem Sinus kommutiert wird. Aber so lange nicht gerade Laien pfuschen, wird der Hersteller es schon nahe optimal hinbekommen. Letztlich hängt der Wirkungsgrad aber vor allem vom Drahtwiderstand und magnetischen Fluss ab, grössere Motoren sind prinzipiell im Vorteil gegenüber kleineren. Wenn man aus einem gegebenen Motor den optimalen Wirkunsgrad holen will, sollte man die Rotorposition genauer auflösend erfassen als mit Hallsensoren, sondern mit Incrementaldecodern. Dann kann man optimale Sinuskommutierung auch bei unterschiedlichen Drehzahlen erreichen, Vektorkommutierung/Raumzeigermodulation. Die ist, wenn man sie statt mit Komparatoren besser mit A/D-Wandlern erfasst, auch per BackEMV möglich, allerdings nur wenn der Motor ohne Last anlaufen kann. Man braucht also Sensoren wenn der Motor unter Last anlaufen soll und langsam laufen muss. Da kann per Hallsensor erfolgen. Dreht er erst mal schnell genug, kann man per BackEMF die genauerer Rotorlageposition ermitteln die für optimalen Wirkungsgrad nötig wäre. Muss der Motor das auch bei niedrigen Drehzahlen haben, braucht man Incrementalencoder.
Für besonders anspruchsvolle Steuerungen (Feinpositionierung mit Lastausgleich) wird auch gern auf externe Sinuskosinusgeber zurückgegriffen dies ist selbstverständlich nicht nur bei Schrittmotorens sondern auch für Synchron~ und Brushlessmotoren optimal, erfordert aber einen Synchronisierprozess um die Geberposition anzulernen. http://www.schrittmotoren.de/fachwissen/geber/f_beitr_00_410.htm Diese Seite bietet imho insgesammt einen sehr guten Überblick und eine gute didaktische Aufbereitung zum Thema http://www.schrittmotoren.de/fachwissen/fachw_main.htm Namaste
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Die Sinus-/Cosgeber verwendet man aber nicht für eine genauere/bessere Kommutierung, sondern für ein höher aufgelöstet Positions- und Drehzahlsignal in den überlagerten Regelkreisen. Normalerweise wird bei Verwendung eines (externen) hochauflösenden Gebers weiterhin auf den Motor-internen Geber kommutiert. Das darf dann ruhig ein preiswerter Resolver sein (bei größeren Servomotoren) oder eben Hallsensoren. Mit freundlichen Grüßen Thorsten Ostermann
Bei Closed loop Synchronmaschinen wird zumindest bei Aufzügen sehr wohl auf den sin/cos oder A/B kommutiert da meist nur diese beiden signale jeweils symetrisch am Frequeenzumrichter ausgewertet werden. Auf das Positionssignal wird verzichtet sofern der Geber eines liefert, der Motor gibt dies ohnehin mangels Sensor nicht aus. Vorraussetzung ist wie beschrieben eine Synchronisierung des Gebers. Moderne FUs haben dafür eine spezielle Funktion wie sie auch vorpprogrammierte motortypspezifische Aufzugsprogramme bereits ab Firmware aufweisen und nur noch feinparametriert werden müssen. Namaste
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Klasse, hier scheine ich ja wirklich richtig zu sein! Danke für die vielen kompetenten Antworten! Um das Thema mal wieder in die richtige Richtung zu lenken: Meine eingangs gestellte Frage bezog sich ausschließlich auf Motoren, die ohne einen externen Positionsgeber auskommen müssen. Ich denke, dazu hat Michael Bertrandt mir schon die für mich relevanten Informationen geben können. Als Ergänzung von meiner Seite: Dass die wesentlichen Einflussgrößen für die Verluste die Bauweise des Motors ist, hatte ich schon erwartet. Man wird ja immer versuchen, die Antriebsregelung so auszulegen, dass für die wesentlichen Betriebszustände eine optimale Ansteuerung vorliegt. Ich weiß aber, dass zum Beispiel in Haushaltsgeräten mittlerweile vermehrt Brushless-Motoren eingesetzt werden, bei denen aus Kostengründen auf einen separaten Positionsgeber verzichtet wird. Wenn der abzudeckende Drehzahl / Lastbereich dann entsprechend groß ist, kann ich mir schon vorstellen, dass eine solche Regelung dann auch mal gewissen Ungenauigkeiten unterworfen ist. Vor allem weil solche Motoren meiner Meinung nach eher nicht die Eigenschaften eines typischen Servomotors aufweisen. Da hat sich mir dann die Frage gestellt, ob der Wirkungsgrad durch die ungenaue Regelung beeinflusst wird. Im Grunde ist meine Frage aber beantwortet. Es sei denn, mir kann das zwecks besserem Verständnis noch jemand anhand eines Motormodells eines Brushless-Motors erklären. ;-)
hab da noch einen iteresaanten link zum thema Bruschless & EMF gefunden http://www.google.at/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=1&ved=0CCMQFjAA&url=http%3A%2F%2Fscholar.lib.vt.edu%2Ftheses%2Favailable%2Fetd-09152003-171904%2Funrestricted%2FT.pdf&ei=VQYLVZSxJYTxULuYhKgF&usg=AFQjCNHjDTO3kJs8ZMus4Mffv5nsLVzBLw&bvm=bv.88528373,d.d24&cad=rja
Hallo Patrick, > Im Grunde ist meine Frage aber beantwortet. Es sei denn, mir kann das > zwecks besserem Verständnis noch jemand anhand eines Motormodells eines > Brushless-Motors erklären. ;-) Ich würde mal folgendes Modell in den Raum werden: Ein Extrem ist die "perfekte" Kommutierung durch Messung der Rotorposition. Das andere Extrem ist gar nicht zu wissen wo der Rotor steht. Dann kann man den Motor nur gesteuert betreiben und hat im Prinzip einen Schrittmotor mit niedriger Polzahl. Der hat im Stillstand einen Wirkungsgrad von quasi Null, weil die gesamte elektrische Leistung in der Windung verheizt wird. Und das ist so, weil das erzeugte Feld kein Moment erzeugt, da der Rotor schon ausgerichtet ist. Polt man dann eine Wicklung um, hat man kurzzeitig den optimalen Winkel von 90° zwischen Rotorfeld und Statorfeld und erzeugt maximales Moment. Die sensorlose Regelung wird irgendwo zwischen diesen beiden Extremen liegen. Wo genau, hängt davon ab, wie gut die Modelle sind und wie genau die Rotorposition ermittelt werden kann. Die ganzen sensorlosen Regelungsverfahren basieren ja auf einer Messung der Back-EMF (also der induzierten Gegenspannung). Das funktioniert erst ab einer gewissen Drehzahl, darunter werden Anlaufverfahren verwendet, die dem oben geschilderten gesteuerten Betrieb entsprechen. Soweit zumindest mein Kenntnisstand. Dementsprechend kann man auch davon ausgehen, dass bei niedrigen Geschwindigkeiten der Wirkungsgrad von sensorlosen Regelungsverfahren gegenüber einer Messung des Rotorwinkels deutlich abfällt. Mit freundlichen Grüßen Thorsten Ostermann
Ein einfach verständlicher und für mich logischer Erklärungsansatz. Danke!
Thorsten Ostermann schrieb: > Das funktioniert erst ab einer gewissen > Drehzahl, darunter werden Anlaufverfahren verwendet, die dem oben > geschilderten gesteuerten Betrieb entsprechen. Soweit zumindest mein > Kenntnisstand. Das ist korrekt. Sensorlose Konzepte werden vorallem da eingesetzt, wo erst ab einer gewissen Drehzahl Leistung gefordert ist, z.B. Lüfter, oder Propeller. Sensorloser Anlauf unter Last ist schwierig bis unmöglich. Je nach Motor-Geometrie kann man aber die Rotorposition durch Messung der Induktivität der einzelnen Wicklungen bestimmen, im Stillstand, oder bei langsamem Lauf. Mit freundlichen Grüßen - Martin
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