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Thema: BLDC-Ansteuerung Verständnisfrage

  1. #1
    Erfahrener Benutzer Roboter-Spezialist
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    BLDC-Ansteuerung Verständnisfrage

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    Hallo zusammen,

    ich habe jetzt einige Threads über BLDC-Ansteuerung gelesen, aber was ich noch nicht verstanden habe: Wie werden die drei um 120° versetzten "Sinüsse" eigentlich durch die Endstufe erzeugt?

    Nehmen wir mal Sternschaltung. Die drei freien Enden hängen je an einer Halbbrücke.

    (Bei DC-Motoren hatte man ja eine Vollbrücke, bei der oft der jeweils positive Zweig durchgeschaltet wurde und nur der Zweig nach Masse mit PWM beaufschlagt wurde.)

    Wie ist das bei den drei Halbbrücken?
    Hängen da der Highside- und der Lowside-Schalter an je einer PWM und so wird von Plus bis Masse "durchgestimmt"?
    Und werden die drei Halbbrücken synchronisiert?

    Die Frage ist nicht ganz dringend, aber verstehen würde ichs ja schon gerne. Vielleicht kanns jemand in einfachen Worten erklären oder hat einen Hinweis auf einen guten Link...

    Danke
    Tom.

  2. #2
    Erfahrener Benutzer Robotik Einstein
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    Also das so mit Worten in Schrift zu beschreiben ist ziemlich schwierig. Aber Ich habe einmal Bei Amtel nach BLDC Ansteuerung gesucht und einige sehr aufschlussreiche Beschreibungen inklusive Quellcode gefunden. Das war dort sehr sehr ausführlich, natürlich alles in Englisch aber selbst ich der kein Englisch kann konnte das weitgehend nachvollziehen! Das es dabei letztendlich um spezielle Amtel BLDC Treiber geht ist klar, aber der Sinn, die Praxis und halt auch wie so etwas Rein Software Mäßig realisiert werden kann, wurde sehr schön dargelegt.

    http://de.wikipedia.org/wiki/B%C3%BC...eichstrommotor ist auch ganz net. Oder/und natürlich...
    Die Kultsite http://www.powercroco.de/

    Gruß Richard

  3. #3
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    Danke, auf die Idee, bei Wikipedia nach BLDC zu schauen bin ich noch gar nicht gekommen!
    Dort habe ich jetzt gleich mal den Begriff für das, was mir für die finale Steuerung vorschwebt, gelernt: Vektorregelung.
    Im Wiki-Artikel ist auch ein Link zu Atmel, aber leider ist genau der Schaltplan in diesem Dokument in furchtbar schlechter Auflösung enthalten.

    Wie also die Endstufe die "Sinus-Ansteuerung" der drei Zweige hinkriegt, ist noch nicht klar.

    Aber den Weg hast Du mir gezeigt, ich werd mal bei Atmel weitersurfen.

    Gruß
    Tom.

  4. #4
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    Also der Sinus wird erzeugt indem kontinuierlich das Tastverhältnis verändert wird. z.B. wenn der Sinus an seinem maximum ist ist das Tastverhältnis des high-side Transistor 1 und das des low-side Transistors 0. Beim minimum des Sinus entsprechend umgekehrt und dazwischen teilen sich die Einschaltzeiten entsprechend auf die beidne Transistoren auf.
    Das ganze hast du dann 3 mal (3 Halbbrücken) jeweils um 120° versetzt.

    Gruß,
    kounst

  5. #5
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    Danke für die Antwort, ich glaube es interessiert sich kaum jemand für diesen Thread, weil schon so viele BLDC-Threads unterwegs sind.
    Ich glaube sogar, ich lasse diesen Thread selbst austrocknen, denn beim Lesen vieler anderer sickert doch langsam Erkenntnis ein.

    Jetzt aber nochmal zum technischen:
    Ja, das verstehe ich jetzt. So eine Halbbrücke schaltet in der PWM-Frequenz zwischen High und Masse hin und her (gegen shoot-through muß natürlich gesorgt werden), und die Möglichkeit des Stromflusses über den Sternpunkt UND die Induktivität der Spulen bildet dann, wenn die PWM-Frequenz schön hoch ist, eine gewisse Spannung an der Halbbrücke. Diese Spannung kann dann mit dem Tastverhältnis eingestellt.
    Jetzt aber bei langsamerer PWM: Müssen die drei Halbbrücken synchronisiert werden? Kann es z.B. passieren, daß eine Halbbrücke irgendwo auf High schaltet, aber gerade keine andere auf Masse und kein Stromfluß geht? Ich weiß nicht, ob das verständlich formuliert ist...

    Gruß
    Tom.

  6. #6
    Moderator Robotik Visionär Avatar von radbruch
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    Müssen die drei Halbbrücken synchronisiert werden?
    Ja, sie müssen synchronisiert werden. Es soll ein dreiphasiger Drehstrom erzeugt werden.

    Die Pulsweitenmodulation steuert nicht die Frequenz des Drehfelds, sie erzeugt lediglich den sinusähnlichen, jeweils um 120° verzögerten, Spannungsverlauf in den drei Phasen. In einem der anderen BLDC-Threads habe ich diesen Link zur einer anschaulichen Erklärung aufgeschnappt:

    http://www.aerodesign.de/peter/2001/...SPEEDY-BL.html

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  7. #7
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    Hm, es scheint mit Worten schwer zu sein, zu erklären, was ich meine.

    Daß die PWM nur Hilfsmittel zum Erzeugen variabler Spannungslagen an den Ausgängen der Halbbrücken ist, ist mir schon klar. Und die Unterscheidung zwischen der (hohen, konstanten) Grundfrequenz der PWM und der (niedrigen, variablen) Drehfrequenz des Feldes.

    Komisch erscheint mir nur, daß in den Halbbrücken ständig zwischen Plus und Minus hin- und hergeschaltet wird. Wenn die PWM-Grundfrequenz hoch ist und nur eine Induktivität (die Motorspule) zwischen Halbbrücken-Ausgang und Sternpunkt hängt, dann sehe ich schon ein, daß sich je nach Tastverhältnis ein Spannungsverlauf bilden läßt.
    Ich dachte nur, daß man den Ausgang vielleicht nur immer durch Pulsen EINES Transistors in die Richtung ziehen muß, die man will. Wenn man sich vorstellt, da wäre eine ohmsche Last zwischen dem Halbbrücken-Ausgang und einer - sagen wir mal - halbierten Betriebsspannung. Um am Halbbrückenausgang eine Spannung in der unteren Hälfte einzustellen, würde es ja genügen, den nach Masse ziehenden Transistor zu pulsen. Oder andersherum den nach Plus ziehenden für die obere Hälfte. Und bei halber Spannung könnten beide Transistoren aus bleiben.
    Schlimm wirds nämlich, wenn auch nur ein bißchen Kapazität beteiligt ist. Dann mach ich doch durch das ständige Hin- und Herschalten immer einen Eimer von oben voll und schütte ihn nach unten aus! Energieverschwendung!
    Vielleicht REGELN richtig gute Endstufen ihre Ausgangs-Spannung sogar, statt sie nur über das Tastverhältnis zu STEUERN.
    Vielleicht kommt es im Endeffekt gar nicht auf den Spannungs- sondern einen sinusförmigen Stromverlauf an. Der Strom macht schließlich die Kräfte im Motor.

    Jetzt noch zur "Synchronisierung". Wahrscheinlich erübrigt sich das, weil die PWMs eines Microcontrollers sowieso synchronisiert sind, d.h. alle Pulse fangen gleichzeitig an und hören je nach Dutycycle unterschiedlich auf. Meine Bedenken wären bei "freilaufenden" PWMs gewesen, und hier nochmal der Satz aus dem letzten Posting: Kann es z.B. passieren, daß eine Halbbrücke irgendwo auf High schaltet, aber gerade keine andere auf Masse und kein Stromfluß geht? Z.B. der Fall "eine Phase gerade bei 50% (Sinus(0°)), die beiden anderen bei 87% (Sinus(120°) bzw 13% (Sinus(-120°)". Wenn die PWMs synchron laufen, treffen sich die 87%, welche die eine PWM nach Plus schaltet, und die (100-13)%, die die andere nach Minus schaltet, immer genau. Wenn sie nicht synchronisiert wären, gäbe es da eventuell Schwebungen.
    Das ist vielleicht akademisch, da die PWM ja schnell ist und durch die Induktivitäten geglättet wird. Aber vielleicht versteht ja jemand, was ich meine.

    Gruß
    Tom.

  8. #8
    Moderator Robotik Visionär Avatar von radbruch
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    Komisch erscheint mir nur, daß in den Halbbrücken ständig zwischen Plus und Minus hin- und hergeschaltet wird.
    Die Halbbrücken schalten in der positiven Halbwelle zwischen Plus und hochohmig, in der negativen Halbwelle zwischen minus und hochohmig.

    Kann es z.B. passieren, daß eine Halbbrücke irgendwo auf High schaltet, aber gerade keine andere auf Masse und kein Stromfluß geht?
    Ja, das kann und muss auch passieren. Das ist natürlich immer beim Nulldurchgang einer Phase so. Und es passiert immer dann, wenn die Spannung an einem Strang kleiner als die Scheitelspannung sein soll. Je häufiger der Zustand "kein Stromfluss" eintritt, umso geringer ist die effektive Spannung an diesem Strang.

    Wenn sie nicht synchronisiert wären, gäbe es da eventuell Schwebungen. Das ist vielleicht akademisch, da die PWM ja schnell ist und durch die Induktivitäten geglättet wird.
    Ich glaube nun auch zu verstehen, was dich irritiert. Die PWM-Signale der einzelnen Phasen sind nicht synchronisiert. Und das erzeugt auch Schwebungen die durch die Induktivitäten teilweise kompensiert werden. Deshalb ist die Wahl der optimalen PWM-Frequenz immer ein Kompromiss:
    http://www.roboternetz.de/community/...n-PWM-Frequenz

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