5.4 Rotorlageerfassung bei Drehfeld-Synchronmaschinen
5.4.1 Rotorlageerfassung an BLDC-Motoren
Zur Lageerfassung des Rotors werden entweder elektrische Größen der jeweils nicht angesteuerten Spule herangezogen (sog. sensorlose Kommutierung), oder es kommen Rotorlagegeber mit geringer Auflösung wie z.B. Hallgeber zum Einsatz.
PMSM werden in einem Regelkreis betrieben. Regelgrößen sind der Strom (Drehmoment), die Rotordrehzahl sowie die Rotorlage zum Stator-Drehfeld.
Die Regelung von PMSM erfordert eine möglichst genaue Erfassung der momentanen Lage und Winkelgeschwindigkeit des Rotors. Für diese Aufgabe geeignete, hochauflösende Geber sind z.B. Resolver.
Funktion eines Resolvers mit Rotorerregung
Der Rotor des Resolvers ist drehfest mit dem Rotor der E-Maschine verbunden. Auf dem Rotor des Resolvers ist eine Wicklung (R) aufgebracht, die mit einer sinusförmigen Wechselspannung erregt wird. In der Folge bildet sich ein magnetisches Wechselfeld aus.
Am Stator des Resolvers befinden sich zwei Wicklungen (S1 und S2), die in einem Winkel von 90° zueinander angeordnet sind.
Durch das Wechselfeld des Rotors wird in ihnen jeweils eine sinusförmige Wechselspannung induziert, die, infolge der Anordnung von S1 zu S2, um einen Phasenwinkel von 90° zueinander versetzt sind.
Die Amplituden der in S1 und S2 induzierten Spannungen sind abhängig vom Winkel des Rotors und entsprechen dem Sinus (S1) bzw. Cosinus (S2) der Winkellage des Rotors.
Die Sinusfunktion lässt eine eindeutige Zuordnung der Amplitudenwerte zum Drehwinkel nur in einem Bereich von 0-90° zu, da sich die Amplitudenwerte zwischen 90° und 180° wiederholen. Gleiches gilt für die Cosinusfunktion. Mit der Tangensfunktion ist eine eindeutige Zuordnung der Amplitudenwerte zum Drehwinkel über einen Bereich von 180° möglich, sofern das Vorzeichen berücksichtigt wird. Die Arcustangensfunktion schließlich liefert eine eindeutige Zuordnung der Amplitudenwerte zum Drehwinkel über volle 360° (elektrischer Drehwinkel).
Die Winkellage ɑ lässt sich aus den Amplituden A1 (von S1) und A2 (von S2)
über folgende Beziehung errechnen: ɑ = arctan (A1 / A2)
Anhand der hinterlegten Exceltabelle lässt sich die Funktion nachvollziehen: Resolver