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Funktionsweise Regler

2006 - Reglertechnik - so funktioniert ein moderner 3 phasiger Regler - aus Gleichstrom wird Drehstrom. Dank modernster Prozessortechnik kann diese Funktion mit erstaunlich wenigen Bauteilen realisiert werden.

mechanicher Kummutator

Ich gehe jetzt mal bei meiner Beschreibung davon aus, das es sich um Sensorlose Bürstenlose Regler handelt, dies ist sowieso Stand der Technik; Wie ja jeder weiß, gibt der Akku nur Gleichstrom/Spannung her. Mit Gleichstrom funktioniert aber KEIN Motor. Daher haben Bürstenmotoren einen mechanischen Kommutator. Die Anschlüsse der Wicklungen sind auf diesem Kummutator angebracht, und die Schleifringe setzen je nach Position des Rotors (Drehbewegung) die jeweils richtigen Wicklungen unter Strom.


elektronischer Kommutator

Aber wie gehts bei den Bürstenlosen, also Drehstrommotoren ? Nun, auch ein solcher Motor benötigt eine (elektronische) Kommutierung, um in Bewegung also Drehung zu gelangen. Eine (elektronische) Kommutierung wird erreicht durch eine zeitlich richtige Taktung also ein "ein und ausschalten" einer 3 phasigen Halbbrücke, welche immer aus 6 Transistoren besteht. In der Praxis werden natürlich immer ein vielfaches von 6 Transistoren parallelgeschaltet, um noch bessere elektrische Werte zu erreichen. Um nun die richtige Kommutierung zu ermöglichen, gibts nur EINEN WEG. Die Elektronik muß erfahren, in welcher Position sich der Rotor (Magneten) gerade befindet.

elektronische Logik

Dies ist keine ganz einfache aber zu bewältigende Aufgabe. Da jeder Bürstenlosmotor immer 3 Anschlüsse für die drei Phasen hat (grundsätzlich 3 Wicklungen egal ob Stern oder Dreieck) ist eines auch ganz sicher und wichtig; Es dürfen IMMER nur 2 der 3 Anschlüsse "unter Strom" stehen, dafür sorgt eine elektronische LOGIG. Wenn dies aber so ist, kann man einen Trick nutzen, um die Rotorposition SICHER und 100% genau zu lokalisieren, und zwar völlig unabhängig von der Belastung des Motor, und zwar mehrere Tausend mal pro Sekunde; eine BACK EMF Sampler Schaltung im Regler mißt die an der nicht unter Strom stehenden Wicklung anstehende Spannung gegen einen der anderen beiden Anschlüsse, und hat nur eine Aufgabe, nämlich der übrigen Steuerelektronik mitzuteilen, wann diese Spannung Ihren Nulldurchgang hat. Mit Hilfe dieser Information kann die Steuerelektronik zum passenden Zeitpunkt zwei andere Phasen unter Strom setzen. So entsteht dann die MOTION, also die Drehbewegung.

fertige Industriechips

Die ganze "MIMIK" zur Ermittlung der Rotorposition wird auch als COMMUTATION STATE MACHINE oder auch als MOTION CONTROL MACHINE bezeichnet. Es gibt heute fertig programmierte Industrie Chips, in denen ALLES drin ist, der sogar von namhaften Herstellern verwendet wird/wurde. Man braucht dann nur noch ein klein wenig (wirklich nur wenig) zusätzliche Teile, um einen kompletten Regler zu erhalten. Fairerweise muss hier bemerkt werden, das ein wirklich guter Regler mit excellenten Eigenschaften nicht mal eben "zusammengebastelt" werden kann. Denn zu den excellenten Eigenschaften gehört auch, das kein Abstimmen auf verschiedene Motortypen notwendig ist. All dies können aktuell (Stand 2005) die Industriechips noch nicht, einfach weil sie nicht darauf programmiert wurden, mit allen Motortypen klar zu kommen.

In der Praxis funktioniert diese (sensorlose) Regler-Technik heute schon deutlich besser, also sicherer und mit besserem Wirkungsgrad, als eine mechanische Kommutierung von einem Bürstenmotor, und sogar besser als eine elektronische Kommutierung von einem zwar Bürstenlosen Motor, aber eben einen mit Sensoren (wenn diese zur Auswertung herangezogen werden). Daher kann man auch bei Bürstenlosen Sensormotoren (z.B. von Ikarus der gar nicht so schlechte X Motor, (Hersteller = PMDM, Deutschland)) einen Leistungszuwachs feststellen, wenn diese mit modernen sensorlosen Reglern betrieben werden. Gleichzeitig ist oft sogar die Motorerwärmung geringer, weil die Kommutierung, also das zeitliche Timing des Umschaltens der Wicklungen für jeden Betriebspunkt (Halblast...Vollast...) optimal berechnet wird. Die Sensorleitung darf man dann ruhig abschneiden, die wird in Zukunft (sogar heute schon) sowieso nicht mehr benutzt, da sie ungenaue Informationen liefert, oder bei Ausfall der Sensoreinheit im Motor aufgrund der dann falschen Timinginformation sogar den Motor (mit Hilfe des Reglers) zerstören kann. Dies ist bei Sensorlosen Reglern unmöglich.

Ergänzende Links

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