Regler/Controller

Autor: Beatbuzzer

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Regler/Controller für Bürstenmotoren:

• Vorwort:

Genau genommen sind die meisten Regler für Bürstenmotoren gar keine Regler, sondern nur Steller. Ein Regler wäre es erst dann, wenn er die Drehzahl am Motor misst und z.B. bei Belastung bergauf automatisch die Leistung erhöht, also den Geschwindigkeitsverlust ausregelt. Aber nun gut, Begriffe prägen sich halt ein

• 1-Quadranten-Steller:

Bürstenmotoren sich bestechend einfach anzusteuern. Es braucht im einfachsten Falle nur einen Transistor und eine Freilaufdiode als Leistungsteil. Der Transistor wird mit einem PWM-Signal, also unterschiedlich breite AN-AUS Pulse, angesteuert. Über den Mittelwert der so zugeführten Leistung stellt sich am Motor eine Spannung/Drehzahl ein, welche über die Pulsbreite des PWM-Signals quasi stufenlos regelbar ist. Man kann den Motor damit in dem ersten Quadranten (beschleunigen vorwärts) betreiben, daher der Name.

• 2-Quadranten-Steller:

Will man den Motor auch elektrisch bremsen, brauchts einen zweiten Transistor plus Freulaufdiode. Die beiden Transistoren bilden eine sog Halbbrücke. Damit lässt sich der Motor nach wie vor wie oben beschrieben beschleunigen. Legt man das PWM-Signal allerdings an den zweiten Transistor, so wird Strom aus dem Motor entnommen was zu einem Gegendrehmoment an der Motorwelle und somit zur Abbremsung des Motors führt. Die gewonnene Energie fließt dabei in den Akku zurück, man hat eine regenerative Bremse. Der Motor ist jetzt also in zwei Quadranten (beschleunigen vorwärts/bremsen vorwärts) steuerbar.

• 4-Quadranten-Steller:

Das volle Programm bieten vier Transistoren plus Freilaufdioden. Sie werden zu einer Vollbrücke verschaltet. Der Motor hängt nun nicht mehr gegen Masse oder gegen die Versorgungsspannung, sondern zwischen den zwei Halbbrücken. Die Polarität kann somit gewechselt werden, was beschleunigen und bremsen in beiden Drehrichtungen ermöglicht.

• Fazit:

Im Skateboard-Bereich macht der 2-Quadranten-Steller am meisten Sinn und wird auch am überwiegend eingesetzt. Da eine Motorbremse meist vorhanden und erwünscht ist, scheidet der simple 1-Q-Steller aus. Außerdem ist die Möglichkeit, Bremsenergie zurück zu gewinnen ein sehr sinnvolles feature. Im Gegenzug ist der Mehraufwand und die unvermeidlich höheren Verluste beim 4-Q-Steller, nur um rückwärts fahren zu können, die Funktion eigentlich nicht wert.

Regler/Controller für bürstenlose Motoren:

Bei bürstenlosen Motoren wandert der Aufwand der Kommutierung (Weiterschaltung des Magnetfeldes, damit der Motor auch dreht) vom Motor in den Regler. Während beim Bürstenmotor der Kommutator bzw. Kollektor die elektromagnetischen Pole schaltet, muss hier der Regler dafür sorgen.

Bei den üblichen dreiphasigen bürstenlosen (brushless) Motoren sind dafür drei der schon vom 2-Q-Steller bekannten Halbbrücken erforderlich - eine pro Phase. Das schon bekannte PWM-Signal kommt auch wieder wieder zum Einsatz, allerdings nicht als fixer Wert sondern dynamisch.