Technische Erläuterung zur Schutzfunktion des Jive Drehzahlsteller
Die neue Schutzfunktion zur Induktivitätsmessung mit 3 fach blinken der Jive Drehzahlsteller wurde vielfach kritisiert, ohne dass der technische Hintergrund für diese Funktion bekannt ist. Diese Erläuterung soll helfen zu verstehen welchen Einfluss die Induktivität eines Motors auf den Strom im Teillastbetrieb hat und warum hier vorbeugende Maßnahmen sinnvoll sind.
Ein Drehzahlsteller für bürstenlose Motoren besteht quasi aus sechs elektrischen Schaltern, die hier durch MOSFETS realisiert sind. Diese Schalter simulieren den sonst notwendigen mechanischen Kommutator und -geben- jeder Phase des Motors im richtigen Moment -Strom-. Die genaueren Details über die elektronische Kommutierung würden an dieser Stelle zu weit gehen und sind für das Verständnis des Problems auch nicht notwendig. Wichtig ist es das Prinzip zu verstehen wie der Drehzahlsteller es realisiert den Motor mit verschiedenen Drehzahlen betreiben zu können. Bei Vollgas ist der Betrieb vergleichsweise einfach, der Drehzahlsteller schaltet die Phasen so, dass der Strom für einen Phasenwechsel nur einmal ein und wieder aus. Dieser Zustand ist im folgenden Bild dargestellt:
Abbildung 1 Tango45-10 Strom "Vollgas" 30A
Im Teillastbetrieb wird der Strom dagegen während eine -EIN- Phase vielfach ein- und ausgeschaltet. Man kann sich das wie eine Glühbirne vorstellen, die man viele tausend male je Sekunde ein- und ausschaltet. Je nachdem wie lang die Einschaltphasen sind wird das Licht dabei heller oder dunkler sein. Das Zerhacken der Spannung bringt für den Drehzahlsteller verschiedene Probleme mit sich. Obwohl der gemessene (mittlere) Strom auf der Akkuseite geringer ist als bei Vollgas, sind die Stromspitzen im Teillastbetrieb sogar höher als der Vollgasstrom. Dieser Zustand ist für -halbgas- in Abbildung 2 dargestellt:
Abbildung 2 Tango 45-10 bei 50% PWM
Bei der gegebenen Skalierung von 20A/Div kann man gut sehen, dass im Zustand -Vollgas- maximal ca. 30A erreicht werden, während bei -Halbgas- nun Spitzen von 60A erreicht werden.
Die Belastung ist für die MOSFETs um ein vielfaches höher als bei Vollgas. Das hat zwei Gründe. Zum einen ist der maximal erreichte Strom höher und zum anderen müssen die MOSFETs jetzt 12-mal geschaltet werden wo vorher nur ein Schaltvorgang benötigt wurde. Ein MOSFET benötigt jedoch Zeit bis dieser vollständig leitend wird und einen geringsten Widerstand erreicht, gleiches gilt umgekehrt für den gesperrten Zustand, um dieser wird auch erst nach einer gewissen Zeit erreicht. Während eines Schaltvorgangs stellt ein MOSFET damit einen nicht zu vernachlässigenden Widerstand dar. Und wenn Strom über einen Widerstand fließt entsteht Wärme. Daher wird ein Drehzahlsteller im getakteten Betrieb immer wärmer sein als bei Vollgas.
Was hat das jetzt mit der Induktivität zu tun? Mehr Induktivität eines Motors -glättet- den Strom, mehr Spannung verschärft dieses wieder. Die in Abbildung 2 dargestellten Amplituden werden bei höherer Induktivität flacher. Die Stromwelligkeit nimmt also ab.
Ist die Induktivität zu niedrig im Verhältniss zur Akkuspannung wird der Jive nicht freischalten und bringt eine entsprechende Meldung mit 3-fach blinken.
Die neue Schutzfunktion zur Induktivitätsmessung mit 3 fach blinken der Jive Drehzahlsteller wurde vielfach kritisiert, ohne dass der technische Hintergrund für diese Funktion bekannt ist. Diese Erläuterung soll helfen zu verstehen welchen Einfluss die Induktivität eines Motors auf den Strom im Teillastbetrieb hat und warum hier vorbeugende Maßnahmen sinnvoll sind.
Ein Drehzahlsteller für bürstenlose Motoren besteht quasi aus sechs elektrischen Schaltern, die hier durch MOSFETS realisiert sind. Diese Schalter simulieren den sonst notwendigen mechanischen Kommutator und -geben- jeder Phase des Motors im richtigen Moment -Strom-. Die genaueren Details über die elektronische Kommutierung würden an dieser Stelle zu weit gehen und sind für das Verständnis des Problems auch nicht notwendig. Wichtig ist es das Prinzip zu verstehen wie der Drehzahlsteller es realisiert den Motor mit verschiedenen Drehzahlen betreiben zu können. Bei Vollgas ist der Betrieb vergleichsweise einfach, der Drehzahlsteller schaltet die Phasen so, dass der Strom für einen Phasenwechsel nur einmal ein und wieder aus. Dieser Zustand ist im folgenden Bild dargestellt:
Abbildung 1 Tango45-10 Strom "Vollgas" 30A
Im Teillastbetrieb wird der Strom dagegen während eine -EIN- Phase vielfach ein- und ausgeschaltet. Man kann sich das wie eine Glühbirne vorstellen, die man viele tausend male je Sekunde ein- und ausschaltet. Je nachdem wie lang die Einschaltphasen sind wird das Licht dabei heller oder dunkler sein. Das Zerhacken der Spannung bringt für den Drehzahlsteller verschiedene Probleme mit sich. Obwohl der gemessene (mittlere) Strom auf der Akkuseite geringer ist als bei Vollgas, sind die Stromspitzen im Teillastbetrieb sogar höher als der Vollgasstrom. Dieser Zustand ist für -halbgas- in Abbildung 2 dargestellt:
Abbildung 2 Tango 45-10 bei 50% PWM
Bei der gegebenen Skalierung von 20A/Div kann man gut sehen, dass im Zustand -Vollgas- maximal ca. 30A erreicht werden, während bei -Halbgas- nun Spitzen von 60A erreicht werden.
Die Belastung ist für die MOSFETs um ein vielfaches höher als bei Vollgas. Das hat zwei Gründe. Zum einen ist der maximal erreichte Strom höher und zum anderen müssen die MOSFETs jetzt 12-mal geschaltet werden wo vorher nur ein Schaltvorgang benötigt wurde. Ein MOSFET benötigt jedoch Zeit bis dieser vollständig leitend wird und einen geringsten Widerstand erreicht, gleiches gilt umgekehrt für den gesperrten Zustand, um dieser wird auch erst nach einer gewissen Zeit erreicht. Während eines Schaltvorgangs stellt ein MOSFET damit einen nicht zu vernachlässigenden Widerstand dar. Und wenn Strom über einen Widerstand fließt entsteht Wärme. Daher wird ein Drehzahlsteller im getakteten Betrieb immer wärmer sein als bei Vollgas.
Was hat das jetzt mit der Induktivität zu tun? Mehr Induktivität eines Motors -glättet- den Strom, mehr Spannung verschärft dieses wieder. Die in Abbildung 2 dargestellten Amplituden werden bei höherer Induktivität flacher. Die Stromwelligkeit nimmt also ab.
Ist die Induktivität zu niedrig im Verhältniss zur Akkuspannung wird der Jive nicht freischalten und bringt eine entsprechende Meldung mit 3-fach blinken.
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