Stromerkennung in bürstenlosen Motortreibern

Einführung

Bürstenlose Motorsysteme erfordern Positions- und Stromsensoren zur Steuerung. Zur Steuerung eines dreiphasigen bürstenlosen Motors sind mindestens zweiphasige Ströme erforderlich. Die Strommessung kann durch Erfassen der Phasenströme vom Gleichstrombus erreicht werden, sodass ein Sensor für die Stromsteuerung in bürstenlosen Motoren ausreicht. Wenn jedoch eine Isolierung erforderlich ist, sind die Kosten für Stromsensoren tendenziell höher. Wenn keine Isolierung erforderlich ist, kann der Strom alternativ durch Messen des Spannungsabfalls über Präzisionswiderstände ermittelt werden, was zu geringeren Kosten führt. Diese letztere Methode wird häufig in kostengünstigen bürstenlosen Motortreibern verwendet.

Stromerfassungsmethoden

In kostengünstigen Systemen haben die Widerstandssensoren eine gemeinsame Masse mit dem bürstenlosen Treiberprozessor, wodurch zusätzliche Hardware minimiert wird. In solchen Systemen ist es entscheidend, die vom bürstenlosen Treiberprozessor erhaltenen Gate-Signale zu isolieren, insbesondere wenn das System mit Spannungen über 12 V betrieben wird, wie z. B. Automobilspannungen. Hall-Effekt-Stromsensoren sind ideal für die Stromsensorisolierung bei der Steuerung bürstenloser Motoren.

Alternative Methoden

Eine andere Methode besteht darin, MOSFET-Geräte mit integrierten Stromsensoren zur Stromerkennung zu verwenden. Die Schätzung des Stroms anhand des Spannungsabfalls über dem MOSFET aufgrund von Temperatureffekten kann jedoch ungenau sein. Für eine präzise Stromregelung ist diese Methode nicht geeignet.

Bedeutung des aktuellen Feedbacks

Die Steuerung bürstenloser Hochleistungsmotoren ist ohne Stromrückkopplung nahezu unmöglich. Wenn keine präzise Drehmoment- und Drehzahlregelung erforderlich ist, können sowohl die Stromrückkopplungssteuerung als auch die Stromsensoren weggelassen werden, und ein einfacher bürstenloser PWM-Spannungstreiber mit offenem Regelkreis basierend auf dem Arbeitszyklus würde ausreichen.

Herausforderungen ohne aktuelles Feedback

Ohne Stromrückkopplung haben Methoden, die sich ausschließlich auf die Tastverhältnissteuerung verlassen und keine Stromsteuerung berücksichtigen, jedoch Nachteile, insbesondere bei der Reaktion auf Änderungen des Lastdrehmoments. Bei einer Änderung des Lastdrehmoments verringert sich die Rotordrehzahl, was zu einem Abfall der induzierten elektromotorischen Kraft und damit zu einem Anstieg des Statorphasenstroms führt. Dies kann akzeptabel sein, wenn nur das Drehmoment proportional zum Spannungstastverhältnis gesteuert wird.

Abschluss

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass es unabhängig davon, ob eine Stromregelung mit oder ohne Rückkopplung eingesetzt wird, wichtig ist, irgendeine Form der Stromregelung in Betracht zu ziehen, da die thermischen Zeitkonstanten von Wechselrichtern im Vergleich zu bürstenlosen Motoren relativ klein sind. Die Implementierung von Methoden wie der Strombegrenzungsregelung verbessert die Systemrobustheit.

Abschließende Gedanken

Bei Anwendungen, bei denen eine Drehzahlregelung erforderlich ist, darf der Spannungsarbeitszyklus nicht ausschließlich auf der Grundlage von drehzahlangepassten Anteilen bestimmt werden. Für eine Drehzahlrückkopplungsregelung ist eine externe Drehzahlrückkopplungsregelung erforderlich, wodurch die Drehzahlmessung oder -erkennung von entscheidender Bedeutung ist. Ein sensorloses Steuerungssystem in Kombination mit einer Strombegrenzungsregelung bietet Robustheit und Zuverlässigkeit.