BLDC-Motor – Versorgungsstrom vs. Leiter-zu-Leiter-Strom

Erweiterung der Antwort von Charles Cowie,

Die Beziehung zwischen der Leistungsaufnahme von der Versorgung und der vom Motor aufgenommenen Leistung ist offensichtlich, aber das Ableiten einer genauen Beziehung zwischen Versorgungsstrom und Phasenstrom ist es nicht.

Wenn Sie einen 3-Phasen-BLDC-Motor mit 6-stufiger Kommutierung (kein Sinuswellenantrieb) in Betracht ziehen, können einige Annahmen getroffen werden: -

1. Die Phase-zu-Phase-Spannung ist eine AC-Trapezwelle, wobei die Spitzenspannung gleich der Versorgungsspannung ist.

2. Der Motorstrom in jeder Phasenleitung nähert sich einer bipolaren „Rechteckwelle“ mit einem Arbeitszyklus von 2/3 an, wobei 1/3 bei voller Versorgungsspannung fließt und das andere 1/3, während die Spannung auf Null abfällt.

Aus diesen Informationen sollte es möglich sein, den Effektivstrom zu berechnen. In der Praxis kann die Stromwellenform jedoch je nach Motorinduktivität, Gegen-EMK, mechanischer Last und PWM-Verhältnis stark variieren, was die Berechnungen viel komplexer macht, da Motor- und Steuerungseigenschaften berücksichtigt werden müssen. Auch die genaue Messung des effektiven Phasenstroms kann eine Herausforderung darstellen.

Hier sind einige Scope-Spuren eines Motors, den ich getestet habe. Im ersten Bild läuft der Motor frei. Die Phase-zu-Phase-Spannung ist ein gut definiertes Trapez, aber der Strom hat eine große Welligkeitskomponente und einen hohen Scheitelfaktor (2,4 A Spitze gegenüber 1,3 A DC-Versorgungsstrom).

Die zweite Kurve zeigt den Strom in einem stark belasteten Motor. Hier sehen wir, dass die Stromwellenform „quadratischer“ geworden ist, aber aufgrund der Wicklungsinduktivität eine Steigung aufweist. Der Spitzenphasenstrom ist jetzt nur geringfügig höher als der DC-Versorgungsstrom: -

Die dritte Kurve wurde bei einer höheren Versorgungsspannung aufgenommen, aber mit PWM auf 60 % gesenkt, um die gleiche Motorausgangsleistung zu erhalten. Die Wellenform ist dreieckig geworden, wobei der Strom während der 40 % PWM-„Aus“-Zeit durch den Controller rezirkuliert (Abwärtsneigung der Dreieckswelle). Während dieser Zeit wird der Stromversorgung kein Strom entnommen, sodass der durchschnittliche Motorstrom 100/60 = 1,67-mal höher ist als der Stromversorgungsstrom. Der Spitzenphasenstrom ist sogar noch höher, in diesem Fall ~3,3-mal höher.

Die von der Gleichstromversorgung kommende Leistung entspricht der Leistungsaufnahme des Motors zuzüglich der Verluste in jedem Controller, der sich zwischen der Stromversorgung und dem Umrichter befindet. Sie müssen die Leistung auf der Grundlage dieses Prinzips berechnen.