Wie kann man eine sinusförmige Gegen-EMK in PMSM und eine trapezförmige Gegen-EMK in BLDC erreichen? Welche Wicklungsunterschiede gibt es?

Die Magnete und Polflächen können geformt und positioniert werden, um eine „trapezförmige“ Gegen-EMK zu erreichen. Auch unterschiedliche Wickelmuster können sich auswirken.

Ich vermute jedoch, dass die Anpassung der Gegen-EMK an die Antriebswellenform oft nicht erfolgt, da echte BLDC-Gegen-EMK-Wellenformen überall vorhanden sind. Hier sind einige Oszilloskopspuren, die die Phase-zu-Phase-Wellenformen von 3 Motoren zeigen, die ich getestet habe (vertikale Impulse sind PWM-Antrieb, Gegen-EMK ist die mittlere Wellenform, die auftritt, wenn die Phasen nicht angesteuert werden): -

Dies sind alles kleine „In-Runner“-BLDC-Motoren mit einer Nennleistung von 100–300 Watt, die für den Antrieb von RC-Modellflugzeugen ausgelegt sind. Die ersten beiden Motoren haben geschlitzte Eisenstatoren. Einer erzeugt eine nahezu trapezförmige Gegen-EMK, der andere nicht annähernd.

Die letzte Spur stammt von einem kernlosen eisenlosen Motor, was seine nahezu perfekte Sinuswellen-Gegen-EMK erklärt. Trotz einer „suboptimalen“ Gegen-EMK-Wellenform erzeugt dieser Motor (der nur 28 Gramm wiegt) 90 W bei 60.000 U/min mit einem Wirkungsgrad von 83 %.

Zunächst muss die allgemeine Konstruktionskonfiguration des Motors betrachtet werden. Dazu gehört, ob der Luftspalt radial oder axial ist, ob der Motor einen Innen- oder Außenrotor hat und ob die Klauenpol- oder konventionelle Bauweise verwendet wird.

Für einen konventionellen Motor mit Innenrotor kämen folgende Konstruktionsmerkmale in Betracht: Der Einfluss der Statorwicklung auf die Form der Gegen-EMK-Wellenform wird dadurch bestimmt, dass die Statorwicklungen auf die Rotornuten verteilt sind, die Anzahl der Rotorschlitze pro Pol, der Schlitzdurchmesser und der Schrägungswinkel der Schlitze. Das Rotordesign beeinflusst auch die Form der Gegen-EMK-Wellenform. Zu den relevanten Faktoren gehören die Verwendung von Innen-Permanentmagneten gegenüber Oberflächen-Permanentmagneten, der Schrägungswinkel der Magnete und die Geometrie der Magnete.

Bezüglich der Überarbeitung der Frage

Die fragliche Konstruktionskonfiguration scheint einen Außenrotor zu haben, der ein Ring aus homogenem Material ist, das in einem alternierenden NS-Muster magnetisiert ist. Das würde dazu führen, dass Magnete keine ausgeprägten Kanten haben. Das würde dazu neigen, die Kante der resultierenden bemf-Wellenform weicher zu machen und sie sinusförmiger zu machen.

Der innere Stator könnte bis zu einem gewissen Grad verteilte Wicklungen aufweisen, aber nicht genügend Platz für viele Optionen in Bezug auf die Anzahl der Schlitze oder das Wicklungsmuster.

Die Flussverteilung ist wahrscheinlich alles andere als sinusförmig, aber es gibt genug Faktoren im Design, die die Oberschwingungen höherer Ordnung unterdrücken, um den Strom etwas sinusförmiger als trapezförmig erscheinen zu lassen.

Die meisten Motoren sind Sinuskurven näher als Trapezwellenformen. (Wenn Sie einen finden, der stark trapezförmig ist, lassen Sie es mich bitte wissen!) Der Unterschied ist die räumliche Verteilung der Wicklungen. Der Hersteller kann die Statorwicklungen in einem BLDC so konstruieren, dass sie sinusförmig oder nicht sinusförmig sind.

Wie kann ich in diesem Fall die Gegen-EMK-Konstante berechnen?

Sehr leicht. Bei von der Antriebselektronik getrenntem Motor:

• Drehen Sie einen Motor mit konstanter Drehzahl (normalerweise 1000 U / min, aber es kann alles sein, solange es unter der Nenndrehzahl des Motors liegt, aber nicht zu weit darunter).
• Messen Sie die RMS-Spannung zwischen zwei beliebigen Anschlüssen mit einem DMM
• Messen Sie die Drehzahl mit einem Tachometer oder indem Sie die elektrische Frequenz der Gegen-EMK auf einem Oszilloskop nehmen und durch die Anzahl der Polpaare dividieren (siehe Motordatenblatt) oder Gleichstrom in ein Klemmenpaar stecken und die Anzahl der Gleichgewichtspunkte pro mechanischer Umdrehung zählen )
• Berechnen Sie die Spannung dividiert durch die Drehzahl, zB 10 Vrms / 2000 U/min = 5 Vrms/KRPM Leitung-Leitung.

Das Magnetfeld für einen Sinusmotor ist so profiliert, dass die Feldstärke in Bezug auf die Winkelposition sinusförmig ist. Ein Magnet in einem BLDC-Motor hat im Allgemeinen einen einheitlichen Querschnitt. Dies führt zu einer eher quadratischen Antwort. In der Praxis hat die quadratische Antwort ziemlich lineare Anstiegs- und Abfallcharakteristiken, was zu einer trapezförmigen Antwort führt.

Diese Grafik stammt von TI / Texas Instruments