Beim Antrieb eines bürstenlosen Gleichstrommotors steuern welche Parameter die Drehzahl. Ist es der Strom in den Wicklungen, die Spannung oder beides? Was bestimmt die Höchstgeschwindigkeit? Wenn Sie die Wicklungen mit PWM betreiben, steuert das den Wicklungsstrom, richtig?
Antworten:
Betrachten wir zunächst nur einen gewöhnlichen bürstenbehafteten Gleichstrommotor. Die Hardware stellt mechanisch sicher, dass die Wicklungen so geschaltet (kommutiert) werden, dass das Magnetfeld immer versucht, den Motor mitzuziehen. Die Magnetfeldstärke ist direkt proportional zum Strom, daher ist das Drehmoment proportional zum Strom. Auf einer sehr einfachen Ebene ist die Geschwindigkeit das, was zu einem ausreichenden mechanischen Widerstand führt, um das Drehmoment auszugleichen. Dies ist jedoch in den meisten Fällen nicht sinnvoll, da der Strom nicht offensichtlich ist.
Bei einem blockierten Motor ist der Strom die angelegte Spannung geteilt durch den Widerstand der eingeschalteten Wicklungen. Wenn sich der Motor jedoch dreht, wirkt er auch wie ein Generator. Die vom Generator erzeugte Spannung ist proportional zur Drehzahl und legt die extern angelegte Spannung an. Bei einer bestimmten Drehzahl entspricht dies der externen Spannung. In diesem Fall ist die den Motor antreibende effektive Spannung Null und der Motorstrom Null. Das bedeutet auch, dass das Drehmoment Null ist, sodass ein unbelasteter Motor nicht so schnell drehen kann, da es immer etwas Reibung gibt. Was passiert ist, dass der Motor mit einer etwas niedrigeren Drehzahl dreht. Die Menge, die sich langsamer dreht, reicht gerade aus, um eine kleine effektive Spannung am Motor zu belassen. Dies ist die Menge, um gerade genug Strom zu erzeugen, um das Drehmoment zu erzeugen, um die geringe Reibung im System auszugleichen.
Deshalb steigt die Drehzahl eines unbelasteten Motors nicht erst, wenn er auseinander fliegt. Die unbelastete Drehzahl 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 blockierter Motor. Für den blockierten Motor wird Strom angelegt, Spannung geteilt durch Widerstand. Für den sich drehenden Motor wird Strom angelegt, abzüglich der Generatorspannung geteilt durch den Widerstand.
Nun zu Ihrer Frage zu 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 das Gleiche. In diesem Fall ist der unbelastete Strom noch geringer, da keine Reibung von den Bürsten überwunden werden muss. 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 habe ich die Wicklungen mit genau der gewünschten Geschwindigkeit kommuniziert, die von einem Quarzoszillator abgeleitet wurde. Ich habe die Hall-Effekt-Positionsrückmeldungssignale nur verwendet, um das angelegte Magnetfeld auf ± 90 ° von der Position zu beschränken. Dies funktioniert einwandfrei, solange die Belastung der Welle geringer ist als das Drehmoment, das bei einem Magnetfeld von 90 ° aufgebracht wird.
Normalerweise kommutieren Sie jedoch einen bürstenlosen Gleichstrommotor optimal, genau wie es die mechanischen Bürsten versuchen würden. Dies bedeutet, dass das Magnetfeld in Richtung der gewünschten Drehung in einem Winkel von 90 ° von der aktuellen Position gehalten wird. Die insgesamt angelegte Spannung wird dann eingestellt, um die Geschwindigkeit zu modulieren. Dies ist effizient, da nur die minimale Spannung verwendet wird, um den Motor auf die gewünschte Drehzahl drehen zu lassen.
Ja, PWM funktioniert gut zum Antreiben der Spulen. Nach einigen 100 Hz oder so "sehen" die Wicklungen bei den meisten Motoren nur die durchschnittlich angelegte Spannung, nicht die einzelnen Impulse. Das mechanische System kann nicht annähernd so schnell reagieren. Diese Wicklungen erzeugen jedoch Magnetfelder, die Kraft ausüben. Auf jede Drahtwindung wird ein wenig Kraft ausgeübt. Während der Motor bei einigen 100 Hz PWM einwandfrei funktioniert, können einzelne Windungen der Wicklung etwas locker sein und bei dieser Frequenz vibrieren. Dies ist aus zwei Gründen nicht gut. Erstens kann die mechanische Bewegung der Drähte dazu führen, dass die Isolierung abfärbt, obwohl dies ein ziemlich langer Weg ist. Zweitens, und das ist ziemlich real, werden die kleinen mechanischen Vibrationen zu Geräuschen, die ziemlich nervig sein können. Motorwicklungen werden daher üblicherweise mit PWM knapp über dem hörbaren Bereich angetrieben.
Die Drehzahl des bürstenlosen Gleichstrommotors hängt von denselben Parametern ab wie bei einem bürstenlosen Gleichstrommotor. Die Drehzahl ist direkt proportional zur Spannung, die an die Phasen angelegt wird (z. B. A, B, C bei einem 3-Phasen-Motor). Die Drehzahl des Bldc-Motors ist umgekehrt proportional zum Drehmoment auf der Rotorwelle, wenn diese auf konstante Leistung eingestellt ist. . Der durch die Wicklungen fließende Strom ist direkt proportional zum Drehmoment. Auf einfache Weise nimmt die Drehzahl des bürstenlosen Motors mit zunehmender Spannung zu oder mit abnehmendem Wicklungsstrom (unter der Annahme eines dieser Parameter als Konstante).
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 Fall eines Brückentreibers) angelegt werden, die die Phasen ansteuern.
Bei Schrittmotoren können Sie die Drehzahl 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, Feedback vom Motor zu erhalten, sodass der Mikroprozessor / Fahrer die Drehzahl nach Belieben steuern kann.
Das Mikroprozessorsystem kann es unter Verwendung eines einfachen Arbeitszyklusverfahrens steuern. Ein Rückkopplungswicklungs-ähnliches Ding könnte leicht als Rückkopplungsservomechanismus verwendet werden.
Was bestimmt die Höchstgeschwindigkeit?
In Systemen ohne Rückkopplung: Es gibt ein sogenanntes Drehmoment. Und es gibt ein Drehmoment dagegen, und dieses Widerstandsdrehmoment wächst schnell mit der Geschwindigkeit. So wird es stabil, wenn Ihr Lastdrehmoment gleich dem Drehmoment ist.
einfach: Drehmoment = BIAcos (Omega xt)