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Documentation

Steuerung von Elektromotoren*

Zusammenfassung: PWM, Hall-Sensoren/Encoder, Geschwindigkeits-/Drehmomentregelung.

1) Warum ein Controller unverzichtbar ist

  • BLDC/PMSM-Motoren benötigen einen Controller (Wechselrichter), um aus 48–51,2 V DC AC-Phasen zu erzeugen, die mit der Rotorposition synchronisiert sind.
  • Der Controller regelt den Strom (also das Drehmoment), die Geschwindigkeit, wendet Rampen an, schützt (Überspannung/Unterspannung/Überstrom/Temperatur) und stellt Daten (Strom, Geschwindigkeit, Temperatur) zur Verfügung, die für Überwachung/Robotisierung nützlich sind.

2) Steuerungsprinzipien (vereinfacht)

  • PWM (Pulsweitenmodulation): passt die durchschnittliche Spannung an, die auf die Phasen angewendet wird; begrenzt den Strom.
  • Six-Step / Trapezförmig: Sektorumschaltung basierend auf Hall-Sensoren (oder sensorlos mit Back-EMF). Einfach, kostengünstig.
  • FOC (Feldorientierte Regelung): Vektorregelung (d,q-Achsen) für gleichmäßiges Drehmoment und besseren Wirkungsgrad bei variabler Last; erfordert Hall/Encoder oder Schätzung.
  • Regelkreise: Geschwindigkeit (PID) und/oder Drehmoment (Strom). Parametrierung: Verstärkungen, Grenzen, Rampen.

3) Sensoren und Rückführungsmodi

  • Hall-Sensoren: 3 Sensoren, Sektorinformationen; ausreichend für moderate Geschwindigkeit und stabiles Drehmoment.
  • Encoder (sin/cos, absolut): feine Positions-/Geschwindigkeitsmessung; nützlich für präzise Steuerung, Synchronisation, Robotik.
  • Sensorlos (Back-EMF): möglich, aber weniger robust bei sehr niedriger Geschwindigkeit/hohem Drehmoment.

5) Inbetriebnahme (minimale Checkliste)

  1. Polarität und DC-Schutz überprüfen (Sicherung in der Nähe des +, Trennschalter).
  2. Phasen und Sensoren (Hall/Encoder) gemäß Herstellerbelegung anschließen.
  3. Parametrieren: Spannungspaket, Ströme (Dauer/Spitze), Temperaturgrenzen, Sensortyp, Drehrichtung, Rampen.
  4. Leerlauftest: schrittweise Erhöhung, Telemetrie (Strom, Geschwindigkeit, T°) und Fehlerfreiheit überprüfen.
  5. Leichtbelastungstest: Erwärmung von Motor/Controller, ungewöhnliche Geräusche, Drehmoment kontrollieren.

6) CAN-Bus: praktische Grundlagen

  • Topologie: linearer Bus, Abschlusswiderstände 120 Ω an jedem Ende; keine langen Abzweigungen.
  • Kabel: verdrilltes Paar, Abschirmung empfohlen; Längen je nach Geschwindigkeit (z.B. 250 kbps → ~250 m).
  • Adressierung/ID: eindeutige IDs definieren; Geschwindigkeit konsistent mit der Länge; Fehler überprüfen (Bit/ACK).
  • Protokoll: CiA 402 (DS402) für Geschwindigkeits-/Drehmoment-/Positionsmodi; einen Masterknoten (SPS/MCU) und eine Sicherheitslogik (Not-Aus, Watchdog) vorsehen.

7) Sicherheit und bewährte Praktiken

  • PSA; Kurzschlüsse vermeiden; Anzugsmomente einhalten; IP-konform.
  • Controller: Wärme ableiten (thermischer Kontakt zum Gehäuse + Paste), geschlossene Bereiche ohne Belüftung vermeiden, Derating berücksichtigen.
  • Leistungsverkabelung: reduzierte Längen, angepasste Querschnitte, robuster Masseanschluss, Trennung von Leistung/Logik.
  • Signalkabel: verdrillen, abschirmen, saubere Referenzmasse; Schleifen vermeiden; Masse für Hall/Encoder sorgfältig behandeln.
  • Rekuperation: bei regenerativem Bremsen Entladewiderstand oder Strategie vorsehen, um die Batterie nicht zu überlasten.

8) Schnelldiagnose

  • Fehlercodes des Controllers lesen (Überspannung/Unterspannung/Überstrom/Temperatur/Sensor).
  • Telemetrie überprüfen: Strom, Spannungspaket, Temperaturen, Geschwindigkeit; mit den Erwartungen vergleichen.
  • Oszilloskop/DC-Zange bei Bedarf: Stromwelligkeit, Geräusche, Spannungsabfälle überprüfen.
  • Häufige Probleme: Phasen-/Sensorumkehr (Klopfen), Überhitzung (unzureichende Wärmeableitung), CAN-Störungen (schlechte Terminierung/Abschirmung), Wackelkontakte.

Schnell-Checkliste

  • Controller kompatibel mit Spannung 48–51,2 V und maximalen Lastreserven
  • Geeignete Dauer-/Spitzenströme; vorgesehene Wärmeableitung; IP-konform
  • Sensoren parametriert (Hall/Encoder) und Drehrichtung validiert
  • CAN-Bus verkabelt (Abschlüsse 120 Ω, Abschirmung, IDs)


Für weitere Informationen: 


*: Die in diesem Artikel präsentierten technischen Informationen dienen nur als Hinweis. Sie ersetzen nicht die offiziellen Anleitungen der Hersteller. Vor jeder Installation, Handhabung oder Nutzung konsultieren Sie bitte die Produktdokumentation und beachten Sie die Sicherheitsanweisungen. Die Website Torque.works kann nicht für eine unsachgemäße Verwendung oder eine falsche Interpretation der bereitgestellten Informationen verantwortlich gemacht werden.