Hallo, ich würde gerne ein bisschen tiefer in die Materie PM-Synchronmotor (Sinus-EMK) einsteigen. Leider sind gängige PM-Synchronmotoren sehr teuer. Daher kam mir die Idee, einen BLDC aus dem Modellbau umzubauen. Wenn man nach den unterschieden sucht, findet man den Unterschied in der Form der EMK. Soweit ich das verstanden habe, kann diese 1. Durch eine entsprechende Statorwicklung 2. Durch eine entsprechende Anordnung der Magneten am Rotor erzeugt werden. Hierzu finde ich allerdings keine gute Literatur, die einen Überblick verschaft, was die Unterschiede im Aufbau der Maschine sind. Kann hierzu jemand vielleicht etwas empfehlen? Wenn man jetzt mal von Schrägung der PMs usw. absieht, ist der Rotor vom Aufbau her identisch? Ist es möglich durch ein umwickeln der Statorwicklung eine (zumindest annäherend) Sinusförmige EMK zu erhalten? Hat hierzu jemand Literaturempfehlungen, die den unterschied der Statorwicklung für PMSM und BLDC genauer erklären? Hat jemand evtl. schon einen BLDC zur PMSM umgebaut? Kann jemand einen speziellen BLDC empfehlen, der sich für so einen Umbau eignet? Danke und schönenen Abend, Werner
Bei beiden wird ein Drehfeld im Stator erzeugt. Die Mehrzahl der PMSM werden auf den Betrieb mit 50/60Hz Drehstrom ausgelegt. Viele BLDC Motoren sind auf Betrieb mit höheren Frequenzen ausgelegt und man bezieht die Ansteuerschaltung namensmäßig gleich mit ein, die mit DC versorgt wird. https://de.wikipedia.org/wiki/B%C3%BCrstenloser_Gleichstrommotor BLDC-Motoren können auch mit sinusförmigen Drehstrom betrieben werden. Zur Drehzahl muss noch die zugehörige Spannung ermittelt werden, so dass der Motor nicht überlastet wird, ungefähr n proportional f f proportional 1/U Ein Umwickeln ist nicht zu empfehlen. Die Nähe zum sinusförmigen Kurvenverlauf bestimmt die Ansteuerschaltung des BLDC Motors. Eine Ansteuerschaltung mit PWM deutlich höhere Frequenz als die Drehzahl (pro Sekunde) ermöglicht einen sinusförmigen Verlauf als Hüllkurve zu erzeugen. Zum Drehstrom-Sinusumrichter mit Gleichstromzwischenkreis besteht dann auch kein wesentlicher Unterschied mehr.
Ich klink mich hier mal ein... Ich stehe aktuell vor ähnlichen Fragestellungen. Leider ein sehr schwieriges Thema zu dem es kaum vernünftige Literatur gibt. Und wenn es eine gibt, dann steht da meist der selbe Copy&Paste Satz drin den offensichtlich mal irgendjemand vor 20 Jahren verfasst hat.. "Blabla BLDC trapezförmige EMF, blabla PMSM sinusförmige EMF ." Oder natürlich man verweist auf die Ansteuerung "Blabla BLDC diskrete PWM Stufen, blabla PMSM Vektor-Ansteuerung ." Wesentlich bessere (aber immer noch nicht wirklich gute) Erläuterungen findent man in "Permanent Magnet Synchronous and Brushless DC Motor Drives" von R. Krishnan. Nach dem ersten Mal quer drüberlesen würde ich behaupten, dass der Unterschied zw. BLDC und PMSM (BLAC) so gut wie ausschließlich in der Verteilung der Durchflutung über die Statorwicklungen zu finden ist. Die englischsprachige Literatur nennt jene Verteilung "MMF (Magnetomotive force) Distribution". Bei BLDC Maschinen dürfte die Durchflutung (wir erinnern uns, Durchflutung einer Wicklung = Strom * Windungen) rechteckförmig verteilt sein. Das heißt jede Wicklung in einem BLDC Motor hat die selbe Anzahl an Windungen, bzw. genauer gesagt die selbe Durchflutung, egal wie die nun erreicht wird. Bei PMSM Maschinen ist die Durchflutung sinusförmig verteilt. Das heißt das man über geschickte Anordnung der Wicklungen oder über die Anzahl der Windungen pro Wicklung die Durchflutung entsprechend einem Sinus auf die zur Verfügung stehenden Slots pro Pol und Phase aufteilt. Das macht natürlich nur dann Sinn wenn mehr als 1x Slot zur Verfügung steht... sonst kann man natürlich nix verteilen. ;) Hat man das einmal ein wenig behirnt versteht man auch endlich wie die unterschiedlichen EMF Kurven überhaupt entstehen können, bzw. wieso man einen Typen mit diskreten Schritten und den anderen mit einem Quasi-Sinus auf Basis eines Drehvektors ansteuern muss... Falls jemand weitere Unterschiede kennt, bzw. mehr von der ganzen Materie weiß würd ich mich über weitere Antworten freuen!
Vincent H. schrieb: > "Blabla BLDC trapezförmige EMF, blabla PMSM sinusförmige EMF ." Ich hab noch nie eine trapezförmige EMK gemessen, es war immer ein mehr oder weniger guter Sinus. Der Sinus ergibt sich automatisch, wenn sich der Winkel zwischen Magnet und Spule ändert. Das ist einfach die Projektion eines sich drehenden Vektors auf die Achse der Spule. Ich vermute beides ist das Gleiche, der Unterschied ist einfach Wichtigtuerei. Vincent H. schrieb: > Bei PMSM Maschinen ist die Durchflutung sinusförmig verteilt. Das heißt > das man über geschickte Anordnung der Wicklungen oder über die Anzahl > der Windungen pro Wicklung die Durchflutung entsprechend einem Sinus auf > die zur Verfügung stehenden Slots pro Pol und Phase aufteilt. Das macht > natürlich nur dann Sinn wenn mehr als 1x Slot zur Verfügung steht... > sonst kann man natürlich nix verteilen. ;) Es gibt typisch drei Spulen, selbst wenn es viele Slots sind. Die Wicklung um einen Slot sind alle gleich. Die Spulen jedes dritten Slots sind alle hintereinander geschaltet und werden so gemeinsam gesteuert. Da wird nix verteilt. Und der Unterschied zwischen Block und Sinusansteuerung liegt nur im zeitlichen Verlauf des Stroms, einmal einfach ein und aus, das andere Mal PWM sinusmoduliert. Mit einer Sinusansteuerung von drei Spulen kann das Drehmoment kontinuierlich gedreht werden, bei der Blockansteuerung springt es und erzeugt einen Ripple im Drehmoment. Mehr Geheimnis ist da nicht drin. MfG Klaus
Ich häng hier mal eine Grafik aus besagtem Buch an... Da steht schwarz auf weiß dass die Anzahl der Windungen nicht überall ident ist. /edit sry, ist ein ".png"
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Vincent H. schrieb: > Da steht schwarz auf weiß dass die Anzahl der Windungen nicht überall > ident ist. Keine Ahnung, was da beschrieben wird. Ich hab zwar die Windungen in den Motoren, die ich von innen gesehen habe, nicht einzeln ausgezählt, aber die sahen alle gleich aus. Auch bei Motoren mit wirklich vielen Polen. Besorg doch mal einen solchen Motor und zeig ein paar Bilder. Wie schon gesagt, ein Sinus bzw. Cosinus taucht von alleine auf, wenn man den Magneten gleichförmig dreht. Ist einfach die Projektion eines Vektors auf die Achse der Spule. Und nun stell dir drei Spulen mit 120° Versatz vor, dann hast du Drehstrom. MfG Klaus
Das von dir gepostete Photo ist aber ein BLDC, keine PMSM. Den meisten Hobbyisten kommen auf Grund der Verbreitung im Modellbau wohl auch wesentlich mehr BLDCs unter als PMSMs... Wenn ich einen hät, dann hät ich ihn schon geöffnet. Sonst müsst ich auch nicht Bücher wälzen und hier fragen. ;)
Moin Zusammen, 1. Eine Trapezförmige EMF wäre unstetig und ist somit physikalisch unmöglich. 2. Ein Chinese der einen BLDC baut wird immer den simpelsten Ansatz verwenden. Deshalb haben die alle Oberflächen montierte Magnete und fallen in die Kategorie der Surface Mount PMSM, unabhängig ob Außen oder Innenläufer. 3. Der größte Unterschied zwischen einem "BLDC" und einer Industrie-Synchronmaschine ist das Rastmoment. Die meisten BLDC haben ein fieses Rastmoment. 4. die Interior Mount PMSM, also die mit Magneten die in die Rotorbleche eingeschoben werden sind, dann die industrielle Königsklasse der Magnet behafteten Synchron-Maschinen. Sowas habe ich noch nie unter der Bezeichnung BLDC gesehen. Gruß Alex
Ich weiß nicht ob ihr das nicht zu eng seht... Das was im "Amateur Modellbaubereich" als "BLDC Motor" bezeichnet wird ist die Kombination aus einer permanent erregten Synchronmaschine und einer elektronischen Schaltung zur Kommutation. Im Industriebereich hingegen werden für derartige Antriebe ebenfalls permanent erregte Synchronmaschinen verwendet, jedoch eben mit einem frequenzumrichter. Das ist AFAIK der Hauptunterschied. Und bei dem elektronischen Kommutator wird halt eben hart kommutiert. Beim frequenzumrichter ist das anders gelöst (zB Vektorregelung).
Hier noch eine Arbeit vom MIT: https://dspace.mit.edu/handle/1721.1/61599 mit einer ganz guten Differenzierung. Und ein Auszug: Some physical conditions that would lead to a trapezoidal back EMF are: * Concentrated windings. * No stator or magnet skew. * Discrete magnet poles with uniform magnetization. These conditions all lead to sharp transitions in the flux linkage, which give the trapezoidal back EMF waveform its distinct shape. While it does influence the shape of the back EMF, stator core saturation is not the reason for the flat top of the back EMF. (Saturation implies small rate of change of flux, so it would affect the shape near the back EMF zero crossing, not at the peaks.) Some physical conditions that would lead to a sinusoidal back EMF are as follows: * Overlapped or sinusoidally-distributed windings. * A coreless stator (with windings only, no steel laminations). * Stator and/or magnet skew. magnetization. . Sinusoidal These conditions all round off the flux linkage so that it more closely approximates an ideal sinusoid. Practically, a motor with these characteristics can be more difficult to make, and thus more costly. In general, low-cost motors tend to have a more of the characteristics that lead to a trapezoidal back EMF.
BLDC Motor kann auch mit sinusfoermigen Spannungen angesteuert werden. Die Schraegungen sollen helfen Einfluesse von besonders Oberwellenlastigen Spannungen zu reduzieren, stoeren aber ohne Oberwellen nicht.
Dieter schrieb: > BLDC Motor kann auch mit sinusfoermigen Spannungen angesteuert werden. Ja, genau. So schreibt das auch der Author in der Arbeit oben. Auf Seite 21 sieht man die Sinusmodulations bei ideal angenommener trapezförmiger EMK. Man erhält dadurch "nur" ein Drehmomentrippel. (Mit der Anmerkung das bei trap. EMK + 6-step Kommutierung auch ein Drehmomentrippel vorhanden sind - im idealfall (der hier angenommen wird) aber nicht.) Dieter schrieb: > Die Schraegungen Meinst du jetzt die schräge Anordnung der Magneten bei der PMSM? Dieter schrieb: > sollen helfen Einfluesse von besonders > Oberwellenlastigen Spannungen zu reduzieren Das lässt für mich darauf schließen (auf die schräge Anordnung der Magneten), aber wenn dann Oberschwingungen in der Spannung und Oberwellen im Fluss. Dieter schrieb: > stoeren aber ohne > Oberwellen nicht. Versteh ich nicht ganz, kannst du das noch etwas ausführlicher erklären? Danke im Voraus. Werner
Hi,
hier kursiert gerade ziemlich viel Halbwissen herum...
@Werner:
So richtig verstehen wird man dieses doch nicht ganz einfache Thema wohl
erst, nachdem man mal einen solchen Motor entwickelt hat.
Ich hatte dieses im Rahmen meiner Abschlussarbeit.
Ich kann dir aber folgendes Buch von Andreas Binder empfehlen:
*- Elektrische Maschinen und Antriebe: Grundlagen,
Betriebsverhalten*
Dort, bzw. im Allgemeinen solltest du dir besondersdas Thema
Motorwicklung anschauen. Stichpunkte sind: Zahnspulenwicklung und
Verteilte Wicklung.
Ebenfalls kannst du, wie schon von vinci gepostet, nach den Begriffen
MMF, (im deutschen MMK) oder Back EMF, EMK suchen.
Dies beschreibt den zeitlichen Verlauf der Durchflutung und induzierten
Spannung.
Danach geht es weiter, mit den unterschiedlichen Ansteuerungsverfahren.
Hier sind die Sinuskommutierung und Blockkommutierung hervorzuheben.
Wenn du dann immer noch Interesse hast, lade dir ein FEM
Simulationsprogramm herunter und spiele hier ein bisschen mit.
Empfehlen kann ich hier ProFEMAG, welches du unter
https://www.profemag.ch/index.php?lang=de testen kannst.
Dies ist speziell auf die Simulation von Motoren entwickelt.
Wenn du FEMM kennst ( http://www.femm.info/wiki/HomePage ), so kann
ich dir eine selbstgeschriebene Scilabroutine mit GUI zukommen lassen,
in welcher man auch sehr einfach eine PMSM simulieren kann.
Ich habe da zwei Motorgeometrien, eine mit vergrabenen Magneten und eine
mit oberflächen Magneten eingebunden.
Ich hoffe ich konnte Dir ein wenig weiterhelfen.
LG Patrick
Hallo Vincent Hamp Geht es um die Optimierung der beiden Motortypen oder um die grundsätzlichen Unterschiede?
Alexander B. schrieb: > 1. Eine Trapezförmige EMF wäre unstetig und ist somit physikalisch > unmöglich. Bitte? Eine rechteckförmige Funktion ist unstetig. Eine trapezförmige ist stetig, aber nicht stetig differenzierbar, d.h. ihre erste Ableitung ist unstetig -- wenn schon klugschei*en, dann bitte korrekt! Eine weitgehend trapezförmige induzierte Spannung (bzw. Polradspannung) ergibt sich bereits, wenn neben der Grundschwingung eine ausgeprägte dritte Oberschwingung induziert wird (abgeplattete Sinuskuppe). Mir sind verschiedene physikalisch existierende Maschinen synchroner Bauform bekannt, die eine solche aufweisen. Diese dritte Oberschwingung kann aber durch die Wicklungsauslegung recht einfach unterdrückt werden, beispielsweise durch eine Sehnung der Wicklung oder auch, wenn die Wicklung in Dreieckschaltung verdrahtet wird. Meiner bescheidenen Meinung nach, ist die Unterscheidung von BLDC und Synchronmaschine rein akademischer Natur. Grüßle Volker
Antenne schrieb: > Wenn du FEMM kennst ( http://www.femm.info/wiki/HomePage ), so kann > ich dir eine selbstgeschriebene Scilabroutine mit GUI zukommen lassen, > in welcher man auch sehr einfach eine PMSM simulieren kann. Hallo Patrick, das wäre durchaus interessant.
Klaus schrieb: > Ich vermute beides ist das Gleiche, der Unterschied ist einfach > Wichtigtuerei. Der Unterschied ist, dass Motoren mit trapezförmiger EMK für blockförmige Ströme (Blockkommutierung) und Motoren mit sinusförmiger EMK für sinusförmige Ströme konzipiert sind.
Werner schrieb: > Antenne schrieb: >> Wenn du FEMM kennst ( http://www.femm.info/wiki/HomePage ), so kann >> ich dir eine selbstgeschriebene Scilabroutine mit GUI zukommen lassen, >> in welcher man auch sehr einfach eine PMSM simulieren kann. > > Hallo Patrick, das wäre durchaus interessant. Ich habe mich hier mal angemeldet. Es wäre echt super, wenn du mir dein Skript zukommen lassen könntest.
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