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Pulssteller für Drehstrommotoren (inkl. bürstenlose Gleichstrommotoren)

Der Betrieb von bürstenlosen Gleichstrommotoren am Pulssteller

,Bürstenlose Gleichstrommotoren zeichnen sich dadurch aus, dass in Abhängigkeit von der Stellung der Polrades die an den Motorklemmen wirksame Spannung weitergeschaltet wird. Der Stromfluss kommutiert dann von einer Wicklung auf die nächste, das Drehmoment bleibt erhalten und der Läufer dreht sich weiter. Nach einem bestimmten Drehwinkel wird die wirksame Spannung erneut weitergeschaltet und der gesamte Ablauf beginnt von vorn.

Nebenstehende Animation zeigt einen möglichen Verlauf des Sollspannungszeigers. Dieser Sollspannungszeiger wird von der Stromregelung ermittelt und an den Steuersatz übergeben. Entsprechend dem realisierten Modulationsverfahren generiert der Steuersatz die erforderlichen Ansteuersignale für den Pulsteller.

Betrachtet man die Phasenströme über mehrere Kommutierungszyklen hinweg und vernachlässigt man die durch den Pulssteller verursachten Oberschwingungen, erkennt man, dass die Phasenströme näherungsweise einen block- oder trapezförmigen Verlauf aufweisen. Man spricht deshalb beim Betrieb von bürstenlosen Gleichstrommotoren an einem Pulssteller auch von "Blockkommutierung".
Die "Weiterschaltung" der Stromblöcke durch den Pulssteller entspricht der mechanischen Kommutierung bei Gleichstrommotoren. Nur erfolgt dieser Vorgang nicht zwangsläufig durch einen mechanischen Kommutator und Kohlebürsten sondern wird elektronisch durchgeführt.

 

 

Der Betrieb von Drehstrommotoren am Pulssteller

Drehstrommotoren werden mit sinusförmigen Spannungen betrieben. Im stationären Zustand rotiert der Sollspannungszeiger deshalb um den Koordinatenursprung. Die Spitze des Zeigers beschreibt eine Kreisbahn.

Nebenstehende Animation zeigt einen möglichen Verlauf des Sollspannungszeigers. Dieser Sollspannungszeiger wird von der Stromregelung ermittelt und an den Steuersatz übergeben. Entsprechend dem realisierten Modulationsverfahren generiert der Steuersatz die erforderlichen Ansteuersignale für den Pulsteller.

Betrachtet man die resultierenden Phasenströme, so stellt man fest, dass sie näherungsweise ebenfalls einen sinusförmigen Verlauf aufweisen. Bei entsprechend hoher Pulsfrequenz können die durch den Pulssteller verursachten Oberschwingungen vernachlässigt werden. Man spricht deshalb beim Betrieb von Drehstrommotoren an einem Pulssteller auch von "Sinuskommutierung".

 

Drehmoment und Dynamik

Die von Pulsstellern bereitgestellte Ausgangsspannung besteht aus einer Folge von positiven und negativen Spannungsimpulsen. Wird der Pulssteller mit einer hohen Pulsfrequenz betrieben, machen sich diese jedoch nur geringfügig in den Phasenströmen der angeschlossenen Motoren und im abgegebenen Drehmoment bemerkbar. Mit Pulsstellern sind deshalb Forderungen nach einer geringen Welligkeit im Drehmoment sehr gut erfüllbar.

Die Signalelektronik hat die Möglichkeit, zu jedem Zyklus die Einschaltzeiten der Transistoren zu verändern und damit die Phasenspannungen des Motors zu beeinflussen. Bei hohen Pulsfrequenzen und kurzen Zykluszeiten kann die Signalelektronik die Phasenströme deshalb sehr dynamisch regeln. Daraus ergeben sich Anregelzeiten für das Drehmoment des angeschlossenen Motors von weniger als 1 ms. Damit sind Pulssteller für Anwendungen mit hohen dynamischen Anforderungen auch bei Drehstrommotoren und bürstenlosen Gleichstrommotoren sehr gut geeignet.