Brushless Motoren und dessen Regelung

B

bb-14-026

User
Hallo RCN,


ich habe mich mal die Tage gefragt, wie denn das eigentlich so genau ist mit diesen Bruchlessmotoren, die wohl schon jeder in einen seiner Flieger verbaut haben.
Alle benutzen diese Motoren
Ein ist klar, auf jeden Fall bekommt man mehr mechanische Arbeit aus den Motoren als bei Gleichstrommotoren bei gleicher Stromaufnahme, aber weiß jemand genau welche Physikalischen hintergründe dafür verantwortlich sind?
1. Bei Bruchlessmotoren spricht man von Drehstrommotoren?
2. Dreiecksschaltung bringt mehr Drehzahl
3. Sternschaltung bringt höhere Drehmoment
4. Welche Schaltungen sind verbaut?
5. wie funktioniert das wechselrichten?
5.1 mit der steinmetzschaltung? aber da gehen 30% Motorenleistung verloren.

Also einwenig habe ich mich damit befasst, aber so richtig finde ich keine Antworten.
Wie bekommt man also aus einer Gleichstromquelle die größtmögliche Mechanische Leistung raus?


Grüße Martin
 
B

Behemoth

User
Hallo Martin!

Ich glaub ein Elektrotechnik Studiengang wäre genau das richtige für dich wenn dich sowas interressiert ! =)
Zu:

1. Ja, Brushlessmotoren sind Drehstrommotoren. Um das zu erklären hol ich mal ein bisschen aus. Ich fange erstmal mit einer ganz normalen Leiterschleife in einem Magnetfeld an. Die Leiterschleife dreht sich senkrecht zum Magnetfeld. So entsteht eine Sinus förmige Wechselspannung. Stell dir nun 3 solche Leiterschleifen ineinander um 120° verschoben vor, die sich in einem Magnetfeld drehen. Damit erhällst du 3 Sinus Kurven, die jeweils um 120° verschoben sind .(http://www.lokifahrer.ch/images/Strecken/Sinus3.GIF) Das ist der sogenannte Drehstrom! Allerdings macht man das in der Praxis andersrum: Du hast 3 Feste Spulen und in der Mitte dreht sich ein Magnet ( Ähnlich wie ein Inliner Brushless) .
(http://www.rafoeg.de/10,Forschungsprojekte/20,Generatoren/Images/drehstromgenerator_schema.jpg)
Die Spulen schaltest du zum Dreieck, und somit erhällst du die 3 Anschlüsse. Das ganze funktioniert dann im Brushlessmotor genauso, nur umgekehrt ! (Drehstrom rein, Bewegung raus)

Zu 2 und 3, warum das so ist ( oder so sein soll) kann ich dir nicht erklären, das hat man uns in der Uni noch nicht beigebracht, da müsste ich mich erst einlesen, oder spekulieren.

4. Im Regler?

5. Das ganze funktioniert über IC's ( Microcontroler) die darauf Programmiert werden.
Dann hast du noch ein paar Feldeffekttransistoren drinnen, und Kondensatoren. Wie die Schaltungen aussehen weiß ich nicht, aber das "Drehrichten" selbst funktioniert über IC's.
Ich könnte mir vorstellen dass es mit einem IC 555 funktionieren könnte.


Ich hoffe ich konnte dir das ein bisschen erläutern.

Grüße

Andrej

Ps: Falls jemand mehr weiß will ichs auch wissen ich lerne gerne dazu ;)
 
M

Michael Schöttner

Vereinsmitglied
Behemoth schrieb:
Hallo Martin!

Ich glaub ein Elektrotechnik Studiengang wäre genau das richtige für dich wenn dich sowas interressiert ! =)
Zu:

1. Ja, Brushlessmotoren sind Drehstrommotoren. Um das zu erklären hol ich mal ein bisschen aus. Ich fange erstmal mit einer ganz normalen Leiterschleife in einem Magnetfeld an. Die Leiterschleife dreht sich senkrecht zum Magnetfeld. So entsteht eine Sinus förmige Wechselspannung. Stell dir nun 3 solche Leiterschleifen ineinander um 120° verschoben vor, die sich in einem Magnetfeld drehen. Damit erhällst du 3 Sinus Kurven, die jeweils um 120° verschoben sind .(http://www.lokifahrer.ch/images/Strecken/Sinus3.GIF) Das ist der sogenannte Drehstrom! Allerdings macht man das in der Praxis andersrum: Du hast 3 Feste Spulen und in der Mitte dreht sich ein Magnet ( Ähnlich wie ein Inliner Brushless) .
(http://www.rafoeg.de/10,Forschungsprojekte/20,Generatoren/Images/drehstromgenerator_schema.jpg)
Die Spulen schaltest du zum Dreieck, und somit erhällst du die 3 Anschlüsse. Das ganze funktioniert dann im Brushlessmotor genauso, nur umgekehrt ! (Drehstrom rein, Bewegung raus)

Zu 2 und 3, warum das so ist ( oder so sein soll) kann ich dir nicht erklären, das hat man uns in der Uni noch nicht beigebracht, da müsste ich mich erst einlesen, oder spekulieren.

4. Im Regler?

5. Das ganze funktioniert über IC's ( Microcontroler) die darauf Programmiert werden.
Dann hast du noch ein paar Feldeffekttransistoren drinnen, und Kondensatoren. Wie die Schaltungen aussehen weiß ich nicht, aber das "Drehrichten" selbst funktioniert über IC's.
Ich könnte mir vorstellen dass es mit einem IC 555 funktionieren könnte.


Ich hoffe ich konnte dir das ein bisschen erläutern.

Grüße

Andrej

Ps: Falls jemand mehr weiß will ichs auch wissen ich lerne gerne dazu ;)
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Hallo Ihr Beiden,

zu 1.
Nein! Unsere Brushlessmotoren sind keine Drehstrommotoren im klassischen Sinne. Es sind elektronisch kommutierte Gleichstrommotoren (EC- Motoren). Der Motor bestimmt mit seiner Rotorposition den Zeitpunkt der Kommutierung.
Der Unterschied zum bürstenbehafteten Gleichstrommotor ist nur, dass die mechanischen Bürsten durch elektronische Schalter (Transistoren) im Steller ersetzt werden.
2. u. 3. Das gilt nur für gleiche Windungszahl bei entsprechender Verschaltung. Und das im Wesentlichen daran, dass durch die Dreieckschaltung bei gleicher Windungszahl mehr Strom fließt und bei der Sternschaltung wegen der in Reihe geschalteten Spulen mehr Induktion erzeugt wird.

Der Rest passt für den Einstieg und die Steinmetzschaltung ist für Drehstromasynchronmotoren, damit die am 1-phasen Netz betrieben werden können.

@Martin
Es gibt auch sehr gute Literatur für Einsteiger, z.B. Brushlessfibel von Ludwig Retzbach. Wenn Du die gelesen hast und immer noch Fragen hast, kannst du Dich gerne nochmal melden.

Gruß,
Michael
 
F

FamZim

User
Hi

Zu 2 und 3 !
Die Magnetfeldstärke ist durch die Magnete festgelegt.
In dem Feld wird nun die Wicklung gedreht.
Dabei wird eine Spannung generiert, die max in der Spitze, die Batteriespannung erreicht.
Habe ich viele Windungen " zwischen den Anschlüssen " wird die Spannung bei niedrigeren Drehzahlen erreicht als bei wenigeren Windungen.
Bei Dreieckschaltung werden Anfang und Ende jeder Phase an den Ableitungen herausgefürt, so wirken auch nur diese Windungen.
Schalte ich im Stern kommen noch die andern beiden Phasen mit ins Spiel, bevor der Strom zum Ausgang kommt.
Dadurch rechnet man 1,73 mal mehr Windungen für die Spannungserzeugung dazu, (Wurzel 3 ).
In D Schaltung wirken also nur die Windungen einer Phase , und in Y Schaltung 1,73 mal mehr Windungen.
Darum muß der " D " Motor schneller drehen!
Mit Drehmoment dann anders herum .
Wenige Windungen bringen auch ( bei gleichem Strom ) weniger Drehmoment.
Darum hat die Y Schaltung bei gleichem Strom ein höheres Drehmoment (1,73 fach).
Das beeinflußt die Motorleistung aber nicht wenn von gleicher Drehzahl ausgegangen wird.
Die Y Schaltung braucht höhere Spannung , hat ja mehr Windungen in Reihe " geschaltet " .
Die D Schaltung hat einen grösseren Cu Querschnitt geschaltet " 2 Leiter am Ausgang ".

Zu 5.
Das ist eine Schaltung um Drehstrommotoren an nur einer Phase zu betreiben, mit Hilfskondensatoren !

Gruß Aloys.
 
B

Behemoth

User
Hallo Michael!

Dennoch sollten "unsere" Brushless Motoren ebenso mit Drehstrom laufen! Naja, Im Prinzip ist der Kommutierungsvorgang nichts anderes als 3 verschiedene Phasen um 2 Pi /3 verschoben. Das ist ja Drehstrom. Nur wird der im Regler anders Erzeugt ! Die Transistoren sind Bestandteil der von mir erwähnten IC's . Das ganze basiert auf der Halbleitertechnologie ;)

Ich werde mir mal das buch zulegen... das interressiert mich etz...

Grüße

Andrej
 
M

Michael Schöttner

Vereinsmitglied
Behemoth schrieb:
Hallo Michael!

Dennoch sollten "unsere" Brushless Motoren ebenso mit Drehstrom laufen! Naja, Im Prinzip ist der Kommutierungsvorgang nichts anderes als 3 verschiedene Phasen um 2 Pi /3 verschoben. Das ist ja Drehstrom. Nur wird der im Regler anders Erzeugt ! Die Transistoren sind Bestandteil der von mir erwähnten IC's . Das ganze basiert auf der Halbleitertechnologie ;)

Ich werde mir mal das buch zulegen... das interressiert mich etz...

Grüße

Andrej
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Drehstrom gibt es im 3-phasigen Netz mit fester Frequenz. wenn wir unsere Motoren da dran hängen, müssen wir sie erst auf die Synchrone Drehzahl bringen, bevor sie selbstständig laufen würden. Belastet man sie dann, würden sie sehr schnell aus ihrer Synchronität fallen und stehen bleiben!
Synchronmaschinen ändern ihre Drehzahl mit der Frequenz. Gleichstrommaschinen ändern ihre Drehzahl mit der angelegten Spannung. Wenn wir unsere Motoren "drosseln" machen wir über die PWM eigentlich indirekt die Spannung kleiner.
Einfacher Versuch: mit 3s dreht unser EC Motor doch 1/3 schneller im Leerlauf, als mit 2s.
Versorge mal einen Wechselrichter, der aus Gleichspannung 3- phasen Wechselspannung erzeugt mit 2s oder 3s und lasse einen EC- Motor damit laufen. Er dreht im Leerlauf immer so schnell, wie die Frequenz es ihm vorgibt.

Es sind eben keine Synchronmaschinen sondern Gleichstrommaschinen, auch wenn sie in unserem Falle meist 3- strängig sind.
Bauartbedingt sind die einzelnen Stränge natürlich um 120° versetzt, weil ein Motor halt rund ist und eine Umdrehung immer noch 360° sind:-)

Also nix für ungut, aber unsere Motoren sind keine Drehstrommotoren.

Glaub mir ruhig. Mein Studium ist zwar schon 20 Jahre her, seither hat sich aber daran nix geändert.

Gruß,
Michael
 
F

FamZim

User
Hi

Unsere BL Motoren sind permanent - erregte - 3 Phasige - Synkronmaschinen.

Wenn ich sehe welchen Aufwand getrieben werden muß damit sich der überhaubt bewegt !! an Gleichstrom !!
An einen Gleichstrommotor klemmt man Gleichspannung und zwar Direkt an den Motor.
Der ist alleine schon komplett ohne Firlefanz für Gleichstrom !
Wenn der Strom dann von einem Wasserkraftwerk kommt ist es ja auch kein Wassermotor :D
Und ein mit Windkraft geheitzter Ofen ist auch kein Windofen :D
Also Immer bei der Bezeichnung nur das Gerät selber beschreiben, und nicht ein ganzes System aus so und so vielen Komponenten.

Gruß Aloys.

Lernen kann man ja viel, man sollte es aber auch Verstehen.
 
M

Michael Schöttner

Vereinsmitglied
FamZim schrieb:
Hi

Unsere BL Motoren sind permanent - erregte - 3 Phasige - Synkronmaschinen.

...

Gruß Aloys.

Lernen kann man ja viel, man sollte es aber auch Verstehen.
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Nur verwenden wir sie nicht als Synchronmaschinen!!! Mit was laufen die denn synchron?

Ich seh schon, das artet nur in Wortklauberei aus und das ist Zeitverschwendung. Glaubt jeder was er will.

Gruß,
Michael
 
F

Fränki

User
Michael Schöttner schrieb:
Nur verwenden wir sie nicht als Synchronmaschinen!!! Mit was laufen die denn synchron?

Ich seh schon, das artet nur in Wortklauberei aus und das ist Zeitverschwendung. Glaubt jeder was er will.

Gruß,
Michael
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Na na, das ist wohl weniger Wortklauberei wie mehrheitlich Fakt !

Synchron laufen Feld und Läufer !

Bei Asynchronmaschinen laufen Feld und Läufer asynchron, deshalb Schlupf ; Differenz Feld- und Läuferdrehzahl.

Die Bezeichnung Synchronläufer für unsere AL's und IL's benutzt aber glaube ich auch L. Retzbach in seiner Publikation !?

Gruss
Frank
 
B

bb-14-026

User
Hallo,
vielen Dank für eure Antworten.
Ein großer AHA Effekt wars zu erfahren, dass ich also nicht von Drehstrommotoren rede sondern von EC bzw. BLDC Motoren. Das Stichwort EC-Motoren hat mich auch bei Wikipedia weitergebracht. Dort steht unter anderem auch, dass diese Motoren nicht nur für CD-ROM Laufwerke, Lüfter, Schrittmotoren sondern auch als Antrieb in Industrielle Drehmaschinen verbaut wird. Diesen Aspekt finde ich sehr interessant. Welche Hersteller bauen solche Motoren fürn industriellen Zweck?

Grüße Martin
 
F

FamZim

User
Moin

Diese " " Maschinen " " sind die Generatoren in Windkraftanlagen.
Da ständig die Drehzahl und damit die Frequens schwankt, wird der 3 Phasenstrom einfach gleichgerichtet.
Aus diesem Gleichstrom wird ein Wechselrichter gespeist, der Netzgesteuert in dieses Einspeist,
Diese Regelung ist dank Leistungselektronik so am einfachsten.
Die Generatoren wiegen bis zu 100 t !

Gruß Aloys.
 
J

JAyThaRevo

User
Behemoth schrieb:
5. Das ganze funktioniert über IC's ( Microcontroler) die darauf Programmiert werden.
Dann hast du noch ein paar Feldeffekttransistoren drinnen, und Kondensatoren. Wie die Schaltungen aussehen weiß ich nicht, aber das "Drehrichten" selbst funktioniert über IC's.
Ich könnte mir vorstellen dass es mit einem IC 555 funktionieren könnte.
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Hey,
du hast da was verwechselt. Ein IC ist ein Integrated Circuit, also ein Baustein mit einer fixen Funktion. Ein Mikrocontroller ist quasi eine CPU mit einiges an zusätzlicher Hardware (ADU, Timer,...).
Dieser Mikrocontroller wird dann programmiert um eine gewisse Aufgabe zu erfüllen. Sie sind sehr vielseitig einsetzbar.
Mit den FETs hattest du recht. Hier kommen aber schon moderne mosFET's als Schalter zum Einsatz.
Die Kommutierung, welche der Kommutator und die Bürsten bei den "alten" Gleichstrommotoren übernommen haben, übernehmen jetzt die mosFET's und Mikrocontroller. Zum richtigen Zeitpunkt müssen die entsprechenden Phasen bestromt werden. Die dabei anliegende Spannung ist von der PWM abhängig.
Der "richtige" Zeitpunkt wird durch das "back emf" erkannt. Google das Mal, kommt schon einiges dazu.

Zur Schaltung eines Reglers muss ich noch sagen, dass es ein wenig komplizierter ist als ein Mikrocontroller, ein paar mosFETs und ein paar Kondensatoren^^ :D.
 
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