Funktionsweise Motorsteuerung

[frabartolo]

Guten Morgen, Zusammen,
mich würde die grundsätzliche Funktionsweise einer Motorsteuerung und deren Anschluss an die Motoren interessieren.
Hintergrund: In grauer Vorzeit hatte ich mal E-Technik Unterricht und dabei gab es die Themen:
- Stern-Dreieckumschaltung der Motoren
- Wechselrichter mit Thyristoren (und anschliessenden Transformatoren)

Jetzt interessiert mich, welche neuen Technologien bei den käuflichen Motorsteuerungen eingesetzt werden,
Werden dabei auch die Umschaltmöglichkeiten (Energiesparen) von Motoren genutzt?
Wie wird die Rekuperation in den Steuerungen realisiert?

Freue mich auf eine lebhafte Diskussion

Viele Grüße
f.

[E-lmo]

Da alle BEVs aus dem Akku Gleichspannung liefern, muss die Motorsteuerung das Wechselfeld erzeugen. Das Geschieht im Allgemeinen über je eine Brückenschaltung je Motorphase, dadurch wird diejenige Phase entweder mit Plus oder Minus verbunden. Damit man einer Sinuswelle nahe kommt wird die Höhe der Spannung durch PWM moduliert. Durch die Induktivität der Motorwicklung gewinnt man aus dem richtigen PWM-Signal eine annähernde Sinuswelle.

Jetzt kommt es darauf an, welcher Motortyp verbaut wurde. Beim Asynchronmotor wie bei Tesla legt man zum Beschleunigen "einfach" eine Wechselspannung mit einer etwas größeren Frequenz als die aktuelle Motordrehzahl an. (Schlupf) Natürlich muss auch die durch PWM erzeugte Motorspannung im richtigen Verhältnis anliegen. Zum rekuperieren, kommt eine geringfügig geringere Frequenz als die aktuelle motordrehzahl zum Einsatz.

Bei Synchronmotoren wird es schon etwas komplizierter. Hier wird nicht der Schlupf herangezogen, sondern der Phasenwinkel zwischen dem Magnetfeld des Rotors und dem Magnetfeld des Stators, das durch die Motorsteuerung erzeugt wird. Hierfür wird ein Winkelpositionsgeber auf der Rotorwelle herangezogen. Für eine Beschleunigung muss das Magnetfeld des Stators dem Rotor etwas voreilen. Beim Rekuperieren etwas nacheilen.
Bei Rückwärtsfahrt ist es natürlich genau umgedreht.

Ich weiß jetzt nicht was mit Umschaltmöglichkeiten /Energiesparen gemeint ist. Tesla legt bei seinen Dualmotoren eine Einheit innerhalb von Zehntelsekunden komplett spannungslos. Das spart.

Bei Synchronmotoren geht das nicht so einfach, hier muss das Magnetfeld des Stators genau das Magnetfeld des Rotors treffen, damit der Motor ohne Moment frei laufen kann. Die Betriebsart wird gemeinhin "segeln" genannt und entspricht dem Freilauf in N-Position des Automatikwahlhebels.

Wird ein Fahrzeug mit Synchronmotor und inaktiver Motorsteuerung abgeschleppt, induziert der Rotor eine Spannung im Stator, die die Komponenten der Motorsteuerung beschädigen kann.

[frabartolo]

Schonmal Danke für die umfassende Antwort
Was ich mit Umschaltung meine?
Bei Drehstrom Asynchronmotoren können die Wicklungen entweder im Stern angeschlossen werden (L1, L2 und L3 jeweils ans eine Ende der Wicklung und in der Mitte zu einem Punkt zusammengefasst - der könnte auch an den Nulleiter angeschlossen werden, macht man aber normalerweise nicht). Dann liegen an jeder Wicklung 220V an und der Motor zieht nicht so viel Strom. Ist das Ganze angelaufen und es wird mehr Leistung verlangt, können die Wicklungen im Dreieck angeschlossen werden (bzw. umgeschaltet - normalerweise mittels Schütz - dann werden jeweils 2 Wicklungsenden an eine Phase angeschlossen, damit an jeder Wicklung effektiv die 380V anliegen - und voilá - eine höhere Leistung abgegeben werden kann).
Das Ganze wird im Normalfall verwendet, um den Anlauf des Motors mit seiner Last etwas energiesparender zu handhaben...
Achja - gesehen habe ich das nicht nur bei Motoren, sondern auch bei einem (starken) Heizgerät. Dort hat man nach einem ersten Erwärmen von Stern nach Dreieck umgeschaltet, um die Dauerleistung hoch zu haben.

[Ahvi5aiv]

Also meines Wissens nach wurde Stern-Dreieck nur gemacht damit man die Hohen Anlaufströme bei Asynchronmotoren begrenzt. Die können ein vielfaches (7fach oder 3fach?) des Nennstromes sein und die Wicklungen beschädigen. Ggf. lösen aber auch einfach die Leitungsschutzschalter falsch aus.
Wenn der Motor dreht dann wurde umgeschaltet. Wir hatten das in der Ausbildung immer mit einem Zeitrelais (diskret) oder später mit einer SPS per Timer aufgebaut.
Da Heizungen Kaltleiter sind und ebenfalls sehr viel mehr Strom ziehen wenn Sie kalt sind könnte das hier auch sehr Hilfreich sein. Aber das es dort auch gemacht wird war mir nicht bekannt.

[MAlfare]

Hallo E-lmo!

Wird ein Fahrzeug mit Synchronmotor und inaktiver Motorsteuerung abgeschleppt, induziert der Rotor eine Spannung im Stator, die die Komponenten der Motorsteuerung beschädigen kann.

Wobei hier aber noch zwischen fremd erregt (Renault ZOE) und permanent erregt unterschieden werden muss.
Im ersten Fall ist die indizierte Spannung wesentlich kleiner, da nur noch das Remanenzfeld wirksam ist.

Gruß
Manfred

[Ahvi5aiv]

Ja, bei Synchronmotoren ist es nochmal anders. Die müssen ja generell erst mal mit einem Hilfsmotor auf Drehzahl gebracht werden wenn man eine feste Frequenz zur Verfügung hat Da waren Frequenzumrichter schon sehr hilfreich, vor allem weil man damit auch die wesentlich billigeren Acynchronmotoren gut betreiben kann.

[E-lmo]

Mit Frequenzumrichter erspart man sich auch den Stern-Dreieck-Anlauf, da man hier den Motor stufenlos regeln (also auch langsam beschleunigen kann)
Dass eine Stern/Dreieck-Umschaltung bei einem Motor zum Energiesparen eingesetzt wird, ist mir praktisch nicht bekannt.
Mir fallen da lediglich Polumschaltbare Motore ein. Hier ist die Läuferdrehzahl umschaltbar und führt bei Drehzahlabhängigen Lasten wie Lüftern und Pumpen zu einer geringeren Leistungsaufnahme. Bei Fahrstühlen hatte man die letzten Zentimeter vor dem Stopp dadurch etwas verlangsamt. Das alles hat sich mittlerweile aber durch den Einsatz von Frequenzumrichter zumindest beim Neubau erledigt.
So eine Art Frequenzumrichter ist ja im Auto schon zwingend nötig, da hier nur Gleichspannung zur Verfügung steht!
@Malfare: Steht bei Renault ein Hinweis zum Abschleppen in der Betriebsanleitung?

[MAlfare]

Hallo E-lmo!

@Malfare: Steht bei Renault ein Hinweis zum Abschleppen in der Betriebsanleitung?

Tut es:

Wahl der Abschleppart

Im Fall einer Strompanne
Jede Art des Abschleppens ist bei vollständig entladener Batterie zulässig: Abschleppen auf einer Abschleppbühne oder Abschleppen auf der Straße mithilfe der Abschleppöse (siehe nachfolgende Seiten). Nach dem Verriegeln der Türen unbedingt 5 Minuten warten, bevor mit dem Abschleppen begonnen wird.

Jede andere Pannenart
Nur das Abschleppen auf einer Abschleppbühne ist erlaubt.

Gruß
Manfred

[iOnier]

Bei C-Zero / iOn:
"Montieren Sie die Abschleppstange.
Starten Sie Ihr Fahrzeug (Kontrollleuchte "Ready" leuchtet auf).
Stellen Sie den Gangwahlhebel auf Position N.
Lösen Sie die Feststellbremse.
Schalten Sie die Warnblinkanlage Ihres Fahrzeugs ein.
Lassen Sie Ihr Fahrzeug höchstens über eine maximale Strecke von 30 km und mit einer maximalen Geschwindigkeit von 30 km/h abschleppen."

Abschleppen also nur zulässig, wenn das Auto noch "elektrisch betriebsbereit" gemacht werden kann. Ist auch logisch, der permanenterregte Motor erzeugt sonst unkontrollierte Spannungen, die die Leistungselektronik zerstören könnten.

Ich hab' allerdings gerade Probleme mir vorzustellen, warum dann ein Abschleppen nötig sein sollte.

Allerdings würde ich eh nicht in "N" abschleppen, sondern in "D". Das hält das Gespann gestreckt (früher mit Abschleppseilen war es üblich, dass der Abgeschleppte ständig etwas auf der Bremse stand, damit das Seil nicht dauernd durchhängt und wieder anruckt, insbesondere am Gefälle, wenn man nicht gleich realisiert, wenn der Abschleppende vom Gas geht; dann besteht sogar die Gefahr, das Seil zu überfahren). Außerdem wird dann gleich der Fahrakku wieder geladen. Haben schon Leute praktiziert bei Überführungsfahrten ohne geeignete Ladestationen an Teilen der Strecke.

[E-lmo]

@Malfare: Ich frage mich allerdings, warum der abgeschleppte die Türen verriegeln sollte und 5 Minuten warten soll. Fährt der im Abschleppmodus autonom hinterher?

Die Warnhinweise bei VW beziehen sich auch auf einen Defekt, bei dem die Fahrbereitschaft nicht hergestellt werden kann und die Motorsteuerung den Freilauf des Motors somit nicht mehr garantieren kann.
Hatte immer schon vor, eine Leere Batterie durch Abgeschlepptwerden und rekuperieren zu laden, nur leider noch keine dringende Gelegenheit.