Was bestimmt die Drehzahl eines bürstenlosen Gleichstrommotors?

Welche Parameter steuern beim Antrieb eines bürstenlosen Gleichstrommotors die Drehzahl. Ist es der Strom in den Wicklungen, die Spannung oder beides? Was bestimmt die Höchstgeschwindigkeit? Wenn Sie die Wicklungen mit PWM ansteuern, steuert das den Wicklungsstrom, richtig?

Spannung -> Drehzahl | Strom -> Drehmoment

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Betrachten wir zunächst nur einen gewöhnlichen DC-Bürstenmotor. Die Hardware sorgt mechanisch dafür, dass die Wicklungen so geschaltet (kommutiert) werden, dass das Magnetfeld immer versucht, den Motor mitzuziehen. Die magnetische Feldstärke ist direkt proportional zum Strom, also ist das Drehmoment proportional zum Strom. Auf einer sehr grundlegenden Ebene ist die Drehzahl also das, was zu genügend mechanischem Widerstand führt, um das Drehmoment auszugleichen. Dies ist jedoch in den meisten Fällen nicht sinnvoll, da nicht ersichtlich ist, wie hoch der Strom ist.

Bei einem blockierten Motor ist der Strom die angelegte Spannung geteilt durch den Widerstand der eingeschalteten Wicklungen. Wenn sich der Motor dreht, wirkt er jedoch auch wie ein Generator. Die vom Generator erzeugte Spannung ist proportional zur Drehzahl und wirkt der extern angelegten Spannung entgegen. Bei einer bestimmten Geschwindigkeit entspricht dies der externen Spannung, in diesem Fall ist die effektive Motorantriebsspannung null und der Motorstrom null. Das bedeutet auch, dass das Drehmoment Null ist, sodass ein unbelasteter Motor nicht so schnell drehen kann, da immer etwas Reibung vorhanden ist. Was passiert ist, dass der Motor mit einer etwas niedrigeren Geschwindigkeit dreht. Der Betrag, um den es sich langsamer dreht, reicht gerade aus, um eine kleine effektive Spannung am Motor zu belassen. Dies ist der Betrag, um gerade genug Strom zu erzeugen, um das Drehmoment zu erzeugen, um die geringe Reibung im System auszugleichen.

Aus diesem Grund erhöht sich die Drehzahl eines unbelasteten Motors nicht einfach, bis er auseinanderfliegt. Die Leerlaufdrehzahl ist ziemlich proportional zur externen Spannung und liegt knapp unter der Drehzahl, mit der der Motor diese Spannung intern erzeugt. Dies erklärt auch, warum ein schnell drehender Motor bei gleicher externer Spannung weniger Strom zieht als ein abgewürgter Motor. Für den blockierten Motor ist der Strom die angelegte Spannung dividiert durch den Widerstand. Für den sich drehenden Motor ist der Strom die angelegte Spannung minus der Generatorspannung dividiert durch den Widerstand.

Nun zu Ihrer Frage nach einem bürstenlosen Gleichstrommotor. Der einzige Unterschied besteht darin, dass die Wicklungen nicht automatisch entsprechend dem Drehwinkel des Motors ein- und ausgeschaltet werden. Wenn Sie sie optimal schalten, wie es das Bürstensystem in einem bürstenbehafteten Gleichstrommotor tun soll, erhalten Sie dasselbe. In diesem Fall wird der unbelastete Strom noch geringer sein, da keine Reibung von den Bürsten zu überwinden ist. Dadurch kann weniger Strom den Motor mit einer bestimmten Drehzahl antreiben, die näher an der Stelle liegt, an der die Generatorspannung mit der extern angelegten Spannung übereinstimmt.

Mit einem bürstenlosen Motor haben Sie andere Möglichkeiten. Ich habe kürzlich ein Projekt durchgeführt, bei dem der Kunde eine sehr genaue Motordrehzahl benötigte. In diesem Fall kommutierte ich die Wicklungen mit genau der gewünschten Geschwindigkeit, die von einem Quarzoszillator abgeleitet wurde. Ich habe die Rückkopplungssignale der Hall-Effekt-Position nur verwendet, um das angelegte Magnetfeld auf innerhalb von ±90° der Position zu begrenzen. Dies funktioniert gut, solange die Last auf der Welle geringer ist als das Drehmoment, das aufgebracht wird, wenn das Magnetfeld bei 90° liegt.

In der Regel kommutieren Sie einen bürstenlosen Gleichstrommotor jedoch optimal, so wie es die mechanischen Bürsten versuchen würden. Dies bedeutet, das Magnetfeld bei 90° von der aktuellen Position in Richtung der gewünschten Rotation zu halten. Die angelegte Gesamtspannung wird dann angepasst, um die Geschwindigkeit zu modulieren. Dies ist effizient, da nur die minimale Spannung verwendet wird, um den Motor mit der gewünschten Drehzahl drehen zu lassen.

Ja, PWM funktioniert gut zum Ansteuern der Spulen. Nach einigen 100 Hz oder so "sehen" die Wicklungen bei den meisten Motoren nur die durchschnittliche angelegte Spannung, nicht die einzelnen Impulse. Das mechanische System kann nicht annähernd so schnell reagieren. Diese Wicklungen erzeugen jedoch Magnetfelder, die Kraft ausüben. Es gibt ein wenig Kraft auf jeder Windung des Drahtes. Während der Motor bei einigen 100-Hz-PWM gut funktioniert, können einzelne Windungen der Wicklung etwas locker sein und bei dieser Frequenz vibrieren. Das ist aus zwei Gründen nicht gut. Erstens kann die mechanische Bewegung der Drähte schließlich dazu führen, dass die Isolierung abreibt, obwohl das ziemlich weit hergeholt ist. Zweitens, und das ist ziemlich real, werden die kleinen mechanischen Vibrationen zu Geräuschen, die ziemlich störend sein können. Motorwicklungen werden daher üblicherweise knapp oberhalb des hörbaren Bereichs mit PWM angesteuert,

Tatsächlich hält die Induktivität der Wicklung den Stromfluss aufrecht, wenn sich die PWM in einem "Aus" -Zyklus befindet. Es ist also nicht so, dass der Motor ein pulsierendes Drehmoment erzeugt und vom Mechaniker herausgefiltert wird, sondern es wird von den elektrischen Eigenschaften des Motors selbst herausgefiltert. Auch "Das bedeutet auch, dass das Drehmoment Null ist, sodass ein unbelasteter Motor nicht so schnell drehen kann, da immer etwas Reibung vorhanden ist." Was ist, wenn der Motor supraleitend ist?
@user: Ja, PWM-Impulse werden sowohl mechanisch als auch induktiv gefiltert. Die Tiefpass-Rolloff-Frequenz für das mechanische Filter ist jedoch normalerweise viel niedriger. Ein paar 100 Hz reichen normalerweise für die Mechanik aus, aber es dauert oft 10 kHz, bis die Induktivität die Stromwelligkeit auf einem vernünftig niedrigen Niveau hält. Supraleitung reduziert elektrische Verluste, ist aber unabhängig von mechanischen Verlusten wie Reibung.

Die Drehzahl des bürstenlosen Gleichstrommotors hängt von den gleichen Parametern wie bei einem bürstenbehafteten Gleichstrommotor ab. Die Drehzahl ist direkt proportional zur Spannung, die an den Phasen anliegt (z. B. A, B, C bei einem 3-Phasen-Motor). Die Drehzahl des BLDC-Motors ist umgekehrt proportional zum Drehmoment an der Rotorwelle, wenn er auf konstante Leistung eingestellt ist. . Der durch die Wicklungen fließende Strom ist direkt proportional zum Drehmoment. Somit steigt die Drehzahl des bürstenlosen Motors auf einfache Weise mit einer Erhöhung der Spannung ODER einer Verringerung des Wicklungsstroms (unter der Annahme, dass einer dieser Parameter als Konstante angenommen wird).

Die angelegte Spannung bezieht sich hier auf die "durchschnittliche" Spannung der Phasen. Dies wird wiederum durch die Breite der PWM-Impulse bestimmt, die an die FETs (im Falle eines Brückentreibers) angelegt werden, die die Phasen ansteuern.

Ja. Sowohl Strom als auch Spannung.
Aber hängt die Drehzahl des bürstenlosen Gleichstrommotors nicht von der Elektronik ab, die verwendet wird, um die Polarität der Statorwicklungen des Motors umzukehren? Wie die Frequenz der an die Wicklungen angelegten Wellenformen?
Die an die Wicklungen angelegte Wellenform entscheidet nur über das Schalten der Phasen. Diese werden basierend auf der Rückmeldung des Positionssensors angewendet. dh um von einem Winkel zu einem anderen umzuschalten, muss die Elektronik wissen, ob der Rotor einen vorbestimmten Winkel überschritten hat (ob ein Block/Sinus kommutiert). Ohne das macht es keinen Sinn, die Phasen zu schalten. Die Schaltgeschwindigkeit von einer Wicklung zur anderen hängt ausschließlich von der Magnetfeldstärke ab (wiederum sowohl von Spannungs- als auch von Stromeingängen).
"Diese werden basierend auf dem Positionssensor-Feedback angewendet ..." ah, das wusste ich nicht. Ich wusste nicht, dass es einen Positionssensor gibt. also habe ich heute etwas über bürstenlose Gleichstrommotoren gelernt.
Ja. Für die Kommutierung der Statorwicklungen muss die Elektronik/Software wissen, wo sich der Rotor gerade befindet. Die Bestimmung der Rotorposition kann auch sensorlos erfolgen, indem die Nulldurchgänge der Gegen-EMK-Wellenform durch eine nicht erregte Phase gemessen werden. Dies ist nicht sehr genau, aber eine kostengünstige Lösung.
oder ich denke, dies wäre eher ein Schrittmotor, die Elektronik kann die Polarität der Wicklungen im offenen Regelkreis umkehren (keine Positionsrückmeldung) und sicherstellen, dass dies nicht so schnell geschieht, dass der Motor nicht mithalten kann damit, mechanisch.

Bei Schrittmotoren können Sie die Geschwindigkeit sehr einfach steuern. http://www.youtube.com/watch?v=MHdz3c6KLrg

Bei den Schrittmotoren ist das dynamische Drehmoment sehr gering und das statische Drehmoment so hoch.

Bei Nicht-Schrittmotoren gibt es wahrscheinlich eine Möglichkeit, eine Rückmeldung vom Motor zu erhalten, sodass der Mikroprozessor / Treiber seine Geschwindigkeit nach Belieben steuern kann.

Das Mikroprozessorsystem kann es unter Verwendung einer einfachen Arbeitszyklusmethode steuern. Eine ähnliche Rückkopplungswicklung könnte leicht als Rückkopplungsservomechanismus verwendet werden.

Was bestimmt die Höchstgeschwindigkeit?

In Nicht-Feedback-Systemen: Es gibt etwas, das Drehmoment genannt wird. Und es gibt ein Drehmoment dagegen, und dieses Widerstandsdrehmoment wächst schnell mit der Geschwindigkeit. Es wird also stabil, wenn Ihr Lastdrehmoment gleich dem Drehmoment ist.

einfach: Drehmoment = BIAcos(Omega xt)

Drehmoment = BIAcost(omega xt);
Sie haben die durch das Drehen des Motors verursachte Gegen-EMK vollständig weggelassen. Zumindest im unbelasteten Fall ist die der dominierende Effekt, der die Motordrehzahl als Funktion der Spannung bestimmt.
Deshalb spreche ich nicht von der Funktion einer Spannung. Gegen-EMK ist eine Funktion der Spannung. Ich spreche von der Funktion des Stroms. Wenn B das Drehmoment nicht ändert = BIAN cos ( omega xt) ist global für überall korrekt.