Einführung in die Steuerschaltung für bürstenlose Gleichstrommotoren mit Permanentmagnet

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Der Steuerkreis eines Permanentmagneten bürstenloser Gleichstrommotor dient als Kernkomponente des Motorcontrollers und ist in erster Linie für die Dekodierung von Positionssignalen, die Generierung von Antriebssignalen, die Steuerung von PWM-Hacksignalen sowie die Geschwindigkeitserkennung und -regelung verantwortlich. Darüber hinaus beinhaltet es Funktionen wie Überstromschutz, Sanftanlauf und bidirektionale Rotationssteuerung.

Dekodierung von Rotorpositionssignalen: Signale vom Rotorpositionssensor werden durch Optoisolation in elektrische Rechteckwellen mit 180 Grad Winkel umgewandelt. Diese Signale werden basierend auf der voreingestellten Drehrichtung logisch verarbeitet, um Antriebssignale zur Steuerung der Motordrehung zu erzeugen.

PWM-Chopping-Signalsteuerung: Die Drehzahl eines bürstenlosen Gleichstrommotors mit Permanentmagnet ist direkt proportional zur angelegten Gleichspannung. Durch die Steuerung des Arbeitszyklus von PWM-Zerhackungssignalen kann die Motordrehzahl einfach geregelt werden. Normalerweise werden Sägezahnwellen mithilfe eines RC-Oszillators oder Quarzoszillators erzeugt, die dann mit dem Drehzahlsollwertsignal verglichen werden, um PWM-Zerhackungssignale zu erzeugen.

Bidirektionale Motorsteuerung: Anders als bei herkömmlichen Gleichstrommotoren kann die Drehrichtung eines bürstenlosen Gleichstrommotors mit Permanentmagneten nicht durch Ändern der Magnetfeldrichtung oder der Polarität der Ankerspannung geändert werden. Stattdessen wird die Umkehrung der Motorrichtung durch Ändern der Kommutierungssequenz der Ankerwicklungen erreicht.

Motorstart: Beim Anlaufen des Motors, wenn die Motordrehzahl Null beträgt und die induzierte elektromotorische Kraft vernachlässigbar ist, kann das Anlegen der vollen DC-Busspannung über die Ankerimpedanz zu übermäßigem Strom führen, was sowohl für den Motor als auch für den Controller ein Risiko darstellt. Daher werden häufig strombegrenzende Anlauftechniken eingesetzt, um dieses Problem zu mildern.

Implementierung der variablen Struktursteuerung: Mithilfe variabler Struktursteuerungsmethoden können die Vorteile sowohl des Betriebs eines bürstenlosen Gleichstrommotors mit Permanentmagneten als auch des Betriebs eines Synchronmotors kombiniert werden. Während des Anfahrens bei niedriger Geschwindigkeit oder der Geschwindigkeitsanpassung arbeitet der Motor im bürstenlosen Gleichstrommodus, um die dynamische Leistung des Systems zu verbessern. Sobald der Motor einen stabilen Geschwindigkeitsbereich erreicht, wechselt er in den Synchronmotormodus, um Stabilität bei hoher Geschwindigkeit zu gewährleisten. Die Rotorgeschwindigkeit wird mithilfe von Rotorpositionssensorsignalen überwacht. Wenn die Synchronisierung verloren geht, wechselt das System sofort zum bürstenlosen Gleichstrommotorbetrieb, um den Rotor neu zu synchronisieren.

Diese Steuerungsfunktionen verleihen bürstenlosen Permanentmagnet-Gleichstrommotoren Flexibilität und Zuverlässigkeit und machen sie für verschiedene industrielle und kommerzielle Anwendungen geeignet.