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--- professoren_webseiten:rebholz:motorpruefstand_versuch_b_bldc [2024/12/28 21:22] – [Er stottert ....] hrebholz
+++ professoren_webseiten:rebholz:motorpruefstand_versuch_b_bldc [2025/03/23 13:38] (aktuell) – [Abschluss] hrebholz
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 {{:professoren_webseiten:rebholz:labor_bldc1.jpg?direct&400 |}}
-Die n(M) Kennlinie des Motors und damit sein charakteristisches Verhalten ist uns bereits von der Gleichstrommaschine aus Versuch A bzw. Versuch (1) bekannt. Die Herausforderung besteht darin den BLDC Motor mit der richtigen Kommutierungssequenz anzusteuern. I
+Die n(M) Kennlinie des Motors und damit sein charakteristisches Verhalten ist uns bereits von der Gleichstrommaschine bekannt. Die Herausforderung besteht darin den BLDC Motor mit der richtigen Kommutierungssequenz anzusteuern. I
 Unser Versuchsobjekt ist ein BLDC Motor der Firma [[https://www.minebeamitsumi.eu/minebeamitsumi-europa/minebeamitsumi-technology-center-europe-gmbh/|PMDM Minebea]]. \\
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 {{ :professoren_webseiten:rebholz:switch-case.jpg?direct&800 |}}
-In der Simulink-Vorlage finden Sie neben dem Kommunikationsblock auch die Vorlage der Switch-Case Anweisung.
+In der Simulink-Vorlage finden Sie neben dem Kommunikationsblock auch die Vorlage der Switch-Case Anweisung. \\
+{{ :professoren_webseiten:rebholz:vorlage_versuch_b_basis_v01.zip |}}
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 **Aufgabe 3:**\\
 Vervollständigen Sie die Switch-Case Anweisung und prüfen Sie alle Einstellungen indem Sie den Rotor eine volle Umdrehung durchfahren lassen.
-Was fällt Ihnen dabei auf? Warum erfolgt keine 360° Drehung obwohl alle Sektoren einmal angefahren wurden?
+Was fällt Ihnen dabei auf? Warum erfolgt keine 360° Drehung obwohl alle Sektoren einmal angefahren wurden?\\
+Hinweis: Der Motor freut sich über eine Pause wenn er gerade nichts zu tun hat. Fügen Sie bitte einen siebten Zustand ein bei dem Sie alle Brücken deaktivieren. In der Leistungselektronik wird diese Einstellung als Nullvektor bezeichnet.\\
+Bitte starten und beenden Sie die Versuche mit dieser Einstellung
 </WRAP>
-Hinweis: Starten Sie Simulink über den Button Run und senden Sie die verschiedenen Sektoreinstellungen zum Mikrocontroller.
+Hinweis: Starten Sie Simulink über den Button Run und senden Sie die verschiedenen Sektoreinstellungen zum Mikrocontroller. \\
+<color #ed1c24>Achtung:</color> Da sich der Motor nicht dreht und damit keine Gegenspannung aufbaut wird der Motor ohne Gegenmaßnahmen einen sehr hohen Strom aufnehmen und ggf. zerstört. Mit viel Pech entmagnetisieren wir die Rotormagnete. Erhöhen Sie daher bitte vorsichtig den Duty-Cycle der Elektronik. Achten Sie darauf, dass der abgegebene Strom am Netzteil einen Strom von ca. 1A nicht überschreitet. Bei einer Spannung von 24V nimmt der Motor eine Verlustleistung von 24W auf! Die Spannung am Motor berechnet sich sehr einfach als
+Duty x Zwischenkreisspannung. Also Duty x 24V.
 ==== Er dreht sich ====
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 {{ :professoren_webseiten:rebholz:counter.jpg?direct&800 |}}
-Die Sample-Time entscheidet darüber wie schnell sich der Motor dreht. Aber welcher Zusammenhang besteht zur am Motor angelegten Spannung? Um dies herauszufinden gibt es die Möglichkeit den Duty-Cycle der Mosfets zu variieren. Dadurch wird ein PWM-Muster ausgegeben und die am Motor anliegende Spannung berechnet sich zu Duty x Eingangsspannung.
+Über die Sample-Time lässt sich einstellen wie lange der Rotor in einem Sektor verbleibt. Aber welcher Zusammenhang besteht zur am Motor angelegten Spannung? Um dies herauszufinden gibt es die Möglichkeit den Duty-Cycle der Mosfets zu variieren. Dadurch wird ein PWM-Muster ausgegeben und die am Motor anliegende Spannung berechnet sich zu Duty x Eingangsspannung. (Hinweis: Zum Schutz des Motors wird der maximal einstellbare Duty-Cycle durch Simulink auf 15% begrenzt.)
 <WRAP center round todo 60%>
 **Aufgabe 4:**\\
-Lassen Sie den Motor mit geringer Umlaufgeschwindigkeit (gering bedeutet z.B. 0,5 Umdrehungen 1/sek) laufen und variieren Sie die Spannung am Motor über den Duty-Cycle.
+Lassen Sie den Motor mit geringer Umlaufgeschwindigkeit (z.B. Sample-Time = 0,5) laufen und variieren Sie die Spannung am Motor über den Duty-Cycle.
 Was fällt Ihnen auf? Wie ist der Zusammenhang zwischen Drehzahl und anliegender Spannung? Macht es Sinn den Motor in dieser Betriebsart zu betreiben? Welche Parameter werden durch die Spannung beeinflusst?\\
 Versuchen Sie dazu den Motor von Hand abzubremsen.
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 ==== Er stottert .... ====
-Falls ein BLDC Motor stottert, liegt das meist daran, dass die Phasenanschlüsse oder die Hallsignale vertauscht sind. In unserem Fall kennen wir die Phasenanschlüsse, jedoch nicht die Zuordnung der Hallsignale. Über ein einfaches Experiment lässt sich die Zuordnung allerdings schnell herausfinden. Dazu erweitern wir unsere Switch-Case Anweisung um die Fälle 7, 8, 9 und 10. Zu Testzwecken deaktivieren wir im Fall 7 alle Brückenzweige, wir setzten also den Nullvektor, der Motor befindet sich im Freilauf. In den Zuständen 8, 9, 10 bringen wir den Rotor exakt in die magnetische Achse des Statorfeldes, wir arretieren sozusagen den Rotor in den Sektoren 1, 3 oder 5. Dazu wird je eine Spule positiv bestromt, die restlichen beiden auf Masse gezogen. So können wir auch bei unbekannter Phasenzuordnung uns die Reihenfolge der Anschlüsse herleiten.
+Falls ein BLDC Motor stottert, liegt das meist daran, dass die Phasenanschlüsse oder die Hallsignale vertauscht sind. In unserem Fall kennen wir die Phasenanschlüsse, jedoch nicht die Zuordnung der Hallsignale. Über ein einfaches Experiment lässt sich die Zuordnung allerdings schnell herausfinden. Dazu erweitern wir unsere Switch-Case Anweisung um die Fälle 8, 9 und 10. In den Zuständen 8, 9, 10 bringen wir den Rotor exakt in die magnetische Achse des Statorfeldes, wir arretieren sozusagen den Rotor in den Sektoren 1, 3 oder 5. Dazu wird je eine Spule positiv bestromt, die restlichen beiden auf Masse gezogen. So können wir auch bei unbekannter Phasenzuordnung uns die Reihenfolge der Anschlüsse herleiten.
 {{ :professoren_webseiten:rebholz:hallsensoren_mag_achse.jpg?direct&1000 |}}
-Beginnen wir mit der Suche nach dem Hallsensor mit der Beizeichnung A, also HA. Dazu prägen wir einen positiven Strom in die Spule U ein. Dadurch wird der Südpol des Rotors direkt unter der Statorspule U arretiert. Der Motor befindet sich in seinem "Happy-State", also im Gleichgewicht (Nordpol Stator und Südpol Rotor ziehen sich an). Da sich der Motor in Sternschaltung befindet müssen wir dafür sorgen, dass der Strom durch die beiden verbleibenden Windungen V und W zu gleichen Teilen abfließt. Dazu legen wir einfach die Windungsenden der Spulen auf Masse. Die vektorielle Addition aller erzeugten magnetischen Flüsse zeigt nun exakt in die Achse des Statorfeldes der Windung U. Der Nordpol des Rotors wird somit direkt in den Sektor 1 ausgerichtet.\\
+Beginnen wir mit der Suche nach dem Hallsensor mit der Bezeichnung A, also HA. Dazu prägen wir einen positiven Strom in die Spule U ein. Dadurch wird der Südpol des Rotors direkt unter der Statorspule U arretiert. Der Motor befindet sich in seinem "Happy-State", also im Gleichgewicht (Nordpol Stator und Südpol Rotor ziehen sich an). Da sich der Motor in Sternschaltung befindet müssen wir dafür sorgen, dass der Strom durch die beiden verbleibenden Windungen V und W zu gleichen Teilen abfließt. Dazu legen wir einfach die Windungsenden der Spulen auf Masse. Die vektorielle Addition aller erzeugten magnetischen Flüsse zeigt nun exakt in die Achse des Statorfeldes der Windung U. Der Nordpol des Rotors wird somit direkt in den Sektor 1 ausgerichtet.\\
 Geben die Hall-Sensoren einen High-Pegel aus bei erkanntem Nordpol erkennen wir das Hallsignal A ganz einfach daran, dass dieser Wert nicht gesetzt ist (im Bild links, grün markierte Null). Die dazugehörige Schalterstellung für diesen Versuch entspricht [1 0 0 1 0 1].
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 Da die aktuelle Hall-Position vom Mikrocontroller an den PC übertragen wird ist eine lückenlose Übertragung nur für sehr kleine Geschwindigkeiten möglich.\\
-Im letzten Schritt überlegen Sie sich bitte nun eigene geeignete
+Um den Motor zu bremsen ohne dass ein Strom fließen muss können wir die Motorwindungen kurzschließen.
+<WRAP center round todo 60%>
-==== Abschluss ====
+**Aufgabe 7:** \\
+Erweitern Sie die Switch-Case Anweisung so, dass alle Windungen kurzgeschlossen werden. Versuchen Sie den Motor von Hand zu drehen. Vergleichen Sie den neuen Zustand mit
+dem Nullvektor. Was fällt Ihnen dabei auf und wodurch lässt sich das Verhalten erklären?\\
+</WRAP>
-Ich würde mich über ein kurzes Feedback zur zweiten Versuchsaufgabe freuen. Bitte beantworten Sie mir optional folgende Fragen:
-  - Wie sinnvoll fanden Sie den Versuch: Bitte eine Angabe in Schulnoten (1-6)
-  - Wie lange haben Sie zur Bearbeitung der Aufgaben benötigt (in Stunden)
-  - Was Ihnen sonst so einfällt zum Versuch ....