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?
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,
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.
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)
m.Alin