Antriebsregelung erhöht die Energieeffizienz BCE-Elektronik: Bürstenlose DC-Motoren sensorlos regeln

Mit dem Modul ECS-FOC3430 von BCE-Elektronik lässt sich die Energieeffizienz permanenterregter Synchronmotoren erhöhen.

Mit dem Modul ECS-FOC3430 von BCE-Elektronik lassen sich permanenterregte Synchronmotoren sensorlos regeln.

»Bei Motoren in kleinen industriellen Anwendungen wie Spindelantrieben in der Textilindustrie sowie in Consumer-Applikationen wie Pumpen, Lüfter oder Waschmaschinen steht die Energieeffizienz an erster Stelle«, erläutert Wilfried Eggl, geschäftsführender Gesellschafter von BCE-Elektronik. »Außerdem spielen die Laufruhe, ein über den gesamten Drehzahlbereich konstantes Drehmoment und niedrige Systemkosten eine große Rolle. All diese Attribute lassen sich mit unserer sensorlosen feldorientierten Regelung ECS-FOC3430 erfüllen.« Für den sensorlosen Antrieb eines 100-W-EC-Motors in der Textiltechnik erreiche das Unternehmen beispielsweise einen Wirkungsgrad bei der Elektronik von 95 bis 97 Prozent.

ECS-FOC3430 ist ein Modul zur sensorlosen, feldorientierten Regelung von permanenterregten Synchronmotoren (bürstenlosen DC-Motoren), optional von Asynchronmaschinen. Die Auswertung der EMK (elektromotorische Kraft) ermöglicht es, die Rotorposition sensorlos zu bestimmen und die korrekten Phasensignale für den Leistungstreiber zu erzeugen. Optional können Hallsensoren oder Encoder die Rotorlage ermitteln.

Die Phasenströme werden wahlweise über drei Shunt-Widerstände im Fußpunkt des Leistungstreibers oder direkt über zwei Stromsensoren in der Motorleitung gemessen. Für die Umsetzung des FOC-Algorithmus (Field Oriented Control) kommt ein 32-Bit-ARM-Mikrocontroller zum Einsatz. Zur optimalen Ansteuerung der Leistungsendstufe dient das Verfahren der Raumzeigermodulation.

Ein besonderes Merkmal ist der Feldschwächebetrieb, der die Geschwindigkeitsgrenzen des bürstenlosen DC-Motors erweitert. Durch die Überwachung der Speisespannung wird im Falle einer Rückspeisung (generatorischer Betrieb) entweder ein externer Bremswiderstand aufgeschaltet, oder die drei Motorwicklungen werden entsprechend kurzgeschlossen (über Software parametrierbar).

Das Modul liegt als rechteckige, 100 x 130 x 40 mm große Leiterplatte vor. Der Leistungstreiber ist eine diskret aufgebaute MOSFET-Endstufe. Wegen des geringen RDS(ON)-Widerstands liegt der Wirkungsgrad je nach Motortyp und Speisespannung zwischen 85 und 97 Prozent. Der maximale Dauerstrom in der Motorwicklung beträgt 30 A. Für die Stromregelung ist entsprechende Software zuständig. Die Speisespannung des ECSFOC3430 beträgt 9 bis 34 V DC, so dass sich das Modul für 12- und 24-V-Anwendungen eignet.

Die ECS-FOC3430 ist mit den Schnittstellen USB, CAN und RS-232 ausgestattet. Über eine Konfigurations-Software für Windows lassen sich sämtliche Parameter und Einstellungen leicht konfigurieren.

Vier galvanisch getrennte Eingänge stehen zur Verfügung. Eine Vorgabe der Solldrehzahl ist über ein PWM-Signal möglich. Der Feldschwächebetrieb ist abschaltbar. Optional steht ein Encoder-Eingang (Line-Driver) bereit, so dass auch Positionierbetrieb möglich ist. Bei Erweiterung mit einem Modul als Aufsatz lassen sich auch Schnittstellen wie EtherCAT leicht realisieren.