5.1 Kommutierung von Drehfeld-Synchronmaschinen

5.1.1 Blockförmige Speisung (Blockkommutierung)

Diese Art der Kommutierung findet bei BLDC-Maschinen Anwendung.

Um den technischen und somit finanziellen Aufwand zu reduzieren, wird der E-Motor während eines Ansteuerschrittes nur auf zwei Phasen gleichzeitig, mit rechteck- bzw. blockförmigen Spannungen aus dem Gleichstromzwischenkreis gespeist. In der Folge werden blockförmige Ströme in die Motorwicklungen eingeprägt. Diese induzieren in den Wicklungen trapezförmige Spannungen. Bauartbedingt entsteht eine rechteckförmige Verteilung der Luftspaltinduktion.

Die zeitliche Abfolge dieser „Spannungsblöcke“ bestimmt in Abhängigkeit von der Polpaarzahl des Rotors die Drehzahl des Motors.

Bei einer „echten“ Blockkommutierung wird die Größe des Drehmomentes mit der „Höhe der Spannungsblöcke“, also mit der Spannung, eingestellt.

Blockkommutierung mit PWM-Signalen konstanter Frequenz (PWM-Blockkommutierung)

Alternativ können die Spannungsblöcke auch aus PWM-Signalen konstanter Spannung und Frequenz gebildet sein. Die Größe des Drehmomentes wird dann durch das Tastverhältnis bestimmt. 

Blockkommutierung mit PWM-Signalen variabler Frequenz (Quasi-Sinuskommutierung)

Manche Umrichter sind dafür ausgelegt, neben dem Tastverhältnis auch die Frequenz des PWM Signals zu variieren. So lässt sich der Verlauf des eingeprägten Stroms der Form einer Sinuskurve annähern. Derart kommutierte Motoren weisen bei leicht verminderter Spitzenleistung eine größere Laufruhe auf.

5.1.2 Sinusförmige Speisung (Sinuskommutierung)

Diese Art der Kommutierung findet bei PMSM-Maschinen Anwendung.

Die E-Maschine wird auf allen drei Motorphasen gleichzeitig von sinusförmigen Strömen gespeist.

Dazu legt der Inverter ein PWM-Signal mit variablem Tastverhältnis (blaue Linien) an die Statorspulen an. In die Stator-Wicklungen werden sinusförmige Ströme eingeprägt (rote Linien), die wiederum sinusförmige magnetische Flüsse anregen. Dies hat eine deutliche Verbesserung der Laufruhe des Motors gegenüber einer Blockkommutierung zur Folge. Zum Vergleich ist eine echte Sinuskurve (grüne Linie) eingeblendet.

Zur Erzeugung des PWM-Signals mit variablem Tastverhältnis (rosa Signal) werden gleichzeitig ein Sägezahnsignal (blaue Linie) und ein Sinussignal (rote Linie) erzeugt. Beide Signale durchlaufen einen Komparator. Das PWM-Signal wird eingeschaltet, wenn das Sinussignal einen höheren Wert annimmt, als das Sägezahnsignal.