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Texas Instruments

Entwicklungs-Kit für Elektroantriebe mit Field-Oriented Control

18. November 2013, 16:49 Uhr | Michael Seidl

Mit dem LaunchPad »LaunchXL-F28027F« und dem BoosterPack »BoostXL-DRV8301« stellt TI ein preisgünstiges Entwicklungs-Kit für sensorlose FOC-Motoren mit 6-24 V / 0-10 A bereit.

Die sensorlose Field-Oriented Control (FOC) von Elektromotoren bietet zahlreiche Vorteile. Entwickler, die sich damit vertraut machen wollen, können dies jetzt leicht tun - mit dem Entwicklungs-Kit »InstaSPIN-FOC LaunchPad« von Texas Instruments (TI) in Verbindung mit dem dazu passenden Motor Drive BoosterPack.

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Die feldorientierte Steuerung (Field-oriented Control, FOC) ist ein Verfahren, mit dem sich hoch effiziente, robuste und zuverlässige Elektromotoren entwickeln lassen. Ein Vorteil von FOC ist, dass damit ein Motor jederzeit mit dem optimalen Drehmoment und der idealen Geschwindigkeit betrieben werden kann. Hinzu kommt die exakte und schnelle Geschwindigkeitsregelung, vor allem bei Anwendungen mit häufigen dynamischen Laständerungen. Diese treten beispielsweise bei Kompressoren, Lüftern, Pumpen oder Direktantrieben auf, die unter anderem in Fahrzeugen, Aufzügen, Klimaanlagen oder Elektromobilen eingesetzt werden. Ein weiterer Pluspunkt der feldorientierten Regelung ist, dass sie dank der geringeren Drehmoment-Schwankungen einen gleichmäßigen Lauf des Elektromotors sicherstellt. Dies reduziert das Motorgeräusch, aber auch die Belastung der Lager, woraus ein geringerer Verschleiß resultiert.

FOC hat jedoch auch Nachteile. So erfordert die feldorientierte Steuerung einen Positions-Sensor. Er wird entweder in Form eines mechanischen oder eines Software-Sensors (Observers) bereitgestellt. Ein Sensor ist notwendig, weil FOC eine exakte Bestimmung der Rotorposition erfordert, um ein entsprechendes Magnetfeld im Stator und damit ein maximales Drehmoment zu erzeugen. Der Einsatz von Sensoren und Observern führt jedoch zu steigenden Kosten und einer höheren Fehlerquote.

Mit »InstaSPIN-FOC« hat TI eine Technik entwickelt, welche die Nachteile der sensorlosen Steuerung minimiert. Das Unternehmen hat zu diesem Zweck »InstaSPIN-FOC« mit zwei weiteren Techniken kombiniert: dem Software-Sensor FAST (Flux-Angle-Speed-Torque) und Mikrocontrollern der Reihe »C2000 Piccolo«. Damit können Entwickler innerhalb weniger Minuten jeden Dreiphasen-Asynchron- und Synchron-Motor abstimmen und über unterschiedliche Drehzahlbereiche und Belastungsniveaus hinweg steuern.

FOC-Motorenentwicklung - einfach und erschwinglich

Um Entwicklern, Hobbyisten, Studenten und Auszubildenden den Einstieg in die sensorlose FOC-Technik zu erleichtern, bietet TI jetzt ein Entwicklungs-Kit: das »InstaSPIN-FOC Piccolo LaunchPad« in Verbindung mit einem Motor Drive BoosterPack. Das LaunchPad mit der Bezeichnung »LaunchXL-F28027F« ist für einen Listenpreis von 17 Dollar erhältlich, das Motor Drive BoosterPack »BoostXL-DRV801« kostet 49 Dollar. Für insgesamt 66 Dollar erhalten Entwickler und Hobbyisten somit ein komplettes Set von Entwicklungs-Tools, mit denen sie bei Elektromotoren aller Art die sensorlose, feldorientierte Steuerung testen können.

Mittels des »InstaSPIN-FOC LaunchPad« lassen sich Steuerungen für Motoren entwickeln, die mit Dreiphasen-Wechselstrom mit 6 bis 24 V und 0 bis 10 A betrieben werden. Solche Antriebe kommen beispielsweise in Pumpen oder Lüftern in der Medizintechnik und in Fahrzeugen zum Einsatz. Weitere Anwendungsfelder sind unter anderem Fahrräder mit Elektromotor (E-Bikes) und Motoren im Modellbau.

Zudem lässt sich das »InstaSPIN-FOC LaunchPad« dazu nutzen, bei leistungsstärkeren Elektromotoren eine Einschätzung zu treffen, ob bei solchen Antrieben der Einsatz einer sensorlosen FOC-Steuerung in Betracht kommt. Entwickler können mit dem »InstaSPIN-FOC LaunchPad« folglich eine erste Evaluierung solcher Applikationen durchzuführen. Für weitergehende Entwicklungsarbeiten, besonders von High-Voltage-Anwendungen, stellt TI spezielle EVMs (Evaluation Modules) zur Verfügung (siehe www.ti.com/instaspin).