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Was ist eine Motorsteuerungsplatine und wie funktioniert sie?

Inhaltsverzeichnis

Leiterplattenhersteller entwerfen Leiterplatten für den Betrieb bestimmter Geräte oder Systeme. Die Motorsteuerungsplatine steuert beispielsweise einen Elektromotor und sorgt so für dessen ordnungsgemäßen Betrieb, Effizienz und Sicherheit. Diese Funktionen machen es zu einem wichtigen Bestandteil elektrischer Geräte und Systeme. Im Folgenden befassen wir uns eingehender mit diesem Leiterplattentyp und seiner Anwendung in verschiedenen Branchen.

Was ist eine Motorsteuerplatine?

Es handelt sich um eine Leiterplatte, die zum Betrieb eines verwendet wird Elektromotor. Man kann es auch als Motortreiberplatine bezeichnen, da es die zu seinen Wicklungen fließende Leistung reguliert und bewirkt, dass es sich entweder zu drehen beginnt oder stoppt.

Die Platine enthält auch die Elektronik und Schaltkreise zur Anpassung Geschwindigkeit und Drehmoment. Zu den weiteren Funktionen gehören Energiemanagement für Effizienz und Sicherheitsfunktionen wie Überlastschutz und Überhitzungsabschaltung.

Das Board ist in verschiedenen Ausführungen und Größen erhältlich. Es kann ein einfaches Modul für ein kleines sein Gleichstrommotor oder eine komplexe Platine für den Drehstrommotor einer industriellen Anlage oder Einheit.

Einige Treiberplatinen werden an separate Controller angeschlossen und empfangen Antriebseingänge. Einige integrieren den Mikrocontroller in ihre Schaltkreise und übernehmen damit Steuerungs- und Antriebsfunktionen.

Eine Steuerplatine für eine Drehmaschine
Eine Steuerplatine für eine Drehmaschine
Ressource: https://www.youtube.com/watch?v=VqDopj8-BBA

Funktion der Motorsteuerungsplatine

Eine Motorplatine sorgt für die ordnungsgemäße Funktion. Es empfängt Benutzereingaben oder Sensorinformationen und interpretiert die Signale, um den erforderlichen Vorgang zu bestimmen. Mithilfe der Eingaben führt es folgende Funktionen aus:

Starten und Stoppen des Motors

Die Hauptfunktion der Motorplatine besteht darin, ihre Drehung zu starten und zu stoppen. Die Platine öffnet den Stromkreis, um ihn für die Startfunktion an eine Spannungsquelle anzuschließen.

Die Platine enthält außerdem die Elektronik, die die Stromquelle trennt, um den Motor zu stoppen, sowie einen Schaltkreis, der eine umgekehrte Bremsspannung oder einen Bremswiderstand anlegt.

Jogging und Inching

Joggen und zentimeterweise sind alltägliche motorische Abläufe. Beim Joggen legt die Leiterplatte kurzzeitig die volle Netzspannung an und startet und stoppt den Motor, um kurze Bewegungsstöße zu erzeugen. Diese Bewegungen bewegen dann eine Last.

Beim Tippvorgang wird die Drehung in kurzen Stößen gestartet, jedoch bei einer niedrigeren Spannung. Diese Vorgänge sind hilfreich, wenn Sie Werkzeugmaschinen einstellen oder Anwendungen verwenden, die eine präzise Lastpositionierung erfordern.

Kommunikation und Feedback

Motorsteuerkreise für fortschrittliche Systeme verfügen über Kommunikationsschnittstellen, um sie mit anderen Geräten oder Systemen zu verbinden. Einige enthalten Sensoren und andere Geräte für den Betrieb im geschlossenen Regelkreis, insbesondere wenn sie für intelligente Systeme konzipiert sind.

Motor- und Schaltkreisschutz

Die Platine enthält Schaltkreise zur Erkennung von Übertemperatur und Überlast. Diese schützen die Platine und andere Schaltkreise vor elektrische Störungen und Überhitzung.

Der Schutz setzt sich jedoch über die Platinenebene hinaus fort. Es umfasst auch externe Sicherheitsgeräte wie Relais und Leistungsschalter Überlastung und Kurzschluss Schutz.

H-Brücken-Motortreiberplatinen
H-Brücken-Motortreiberplatinen
Ressource: https://www.youtube.com/watch?4cxWFa4kg_o

Methoden zur Motor-PCB-Steuerung

Der Motortreiber ist der Teil, der die Leistung direkt an die Stator- oder Ankerspulen steuert. Es enthält typischerweise diskrete Komponenten zur Bewältigung des höheren Stroms und arbeitet mit den Controller-Eingängen. Die typische Steuerplatine verwendet diese Art von Treiberschaltungen.

H-Brückensteuerung

Die Schaltpläne einer H-Brückenschaltung bilden ein „H“. Es besteht aus vier in Zweiergruppen gruppierten Schaltern und besteht aus Bipolartransistoren oder, am häufigsten, MOSFETs.

Durch das Schließen zweier dieser Schalter wird Strom in eine Richtung zugeführt. Durch das Schließen der anderen beiden Schalter ändern sich Polarität und Drehrichtung. Der H-Brückentreiber ist die am häufigsten verwendete Steuerungsmethode für Gleichstrommotoren.

Variable Widerstandskontrolle

Bei dieser Methode steuert die Treiberplatine mithilfe von Widerständen die in den Ankerspulen fließende Strommenge. Durch Variation des Widerstands passt es die Spannung an und reguliert so Geschwindigkeit und Drehmoment.

Zusätzlich zur Geschwindigkeitsregelung helfen die Widerstände bei der Begrenzung Einschaltströme. Es hat den Vorteil, dass es läuft, sichere Spannungsniveaus gewährleistet und eine Überhitzung verhindert.

PWM-Steuerung

PWM bedeutet Pulsweitenmodulation. Es handelt sich um eine Steuermethode, bei der die Treiberschaltung den Strom schnell ein- und ausschaltet und dabei eine Reihe von Rechteckimpulsen erzeugt.


Durch Variieren der Ein-/Ausschaltgeschwindigkeit (Frequenz) ändert sich die Breite der Impulse. Dadurch wird wiederum die Spannung variiert, sodass die Platine die Geschwindigkeit anpassen kann, ohne den Strom zu reduzieren und Drehmoment zu verlieren.

Design und Layout der Schrittmotor-Steuerplatine
Design und Layout der Schrittmotor-Steuerplatine
Ressource: https://www.researchgate.net

Arten von Motorsteuerungsplatinen

Verschiedene Motortypen verwenden unterschiedliche Arten von Steuerplatinen. Basierend auf dieser Klassifizierungsmethode verfügen wir über die folgenden Typen: AC-, DC-, Schritt- und Servomotor-Leiterplatten.

AC-Motorsteuerungsplatine

Man kann ihn auch als Frequenzumrichter oder Wechselstrom-Wechselrichter bezeichnen. Es funktioniert durch Ändern der Netzfrequenz, um Funktionen wie Geschwindigkeit und Drehmoment zu steuern. Der AC-Treiber eignet sich für Anwendungen, die eine konstante Geschwindigkeitsänderung erfordern.

DC-Motorsteuerungsplatine

Der Gleichstromtyp wandelt den Wechselstromeingang in einen gepulsten Einwegstrom um. Es wird typischerweise in Gleichstrommotoren eingesetzt, die mit Wechselstrom betrieben werden. Die DC-Platine ist bei Anwendungen mit niedriger Geschwindigkeit beliebt.

Schrittmotor-Steuerplatine

Dieser Treibertyp wandelt die Eingangsleistung in einen gepulsten Gleichstromausgang um, leitet ihn an die Statorphasen weiter und veranlasst diese, sich in „Schritten“ zu drehen. Diese Steuerungsmethode macht ein Rückkopplungssystem überflüssig. Durch Erhöhen der Impulsgeschwindigkeit erhöht sich die Rotationsgeschwindigkeit und umgekehrt.

Servomotor-Steuerplatine

Eine Servomotor-Controller-Platine verwendet a variabler Widerstand (Potentiometer) und PWM-Signal zur Positions-, Geschwindigkeits- oder Drehmomentregelung. Digitale Versionen verwenden stattdessen einen Mikroprozessor. Ein geschlossener Regelkreis mit einem Sensor ermöglicht es den Steuer- und Treiberschaltungen, die korrekte Positionierung sicherzustellen.

Die Motorsteuerplatine eines Rollers
Die Motorsteuerplatine eines Rollers
Ressource: https://www.youtube.com/watch?tbB3edRw4o4

PCB-Anwendungen für die Motorsteuerung

Die Elektromotorplatine ist in vielen Anwendungen Standard, von Haushaltsgeräten bis hin zu fortschrittlichen Automatisierungssystemen in Produktionsanlagen. Nachfolgend finden Sie eine Liste von Anwendungen, die diesen Leiterplattentyp erfordern.

Consumer Elektronik

Diese Leiterplatten sind integraler Bestandteil von Unterhaltungselektronik wie Lüftern, Waschmaschinen, Klimaanlagen usw. Die Leiterplatten regeln deren Betrieb und sind mit verschiedenen Geräteeingängen verbunden, um erweiterte Steuerungsoptionen bereitzustellen.

Fertigungsausrüstung und -systeme

Der Vorstand betreibt motorisierte Systeme wie Förderbänder, CNC Maschinenund Sortier- oder Verpackungsanlagen in der Fertigungsindustrie. Es regelt verschiedene Funktionen wie Drehung, Lasthaltung und Betätigung.

Automotive Systems

Verschiedene Automobilsysteme verwenden spezielle Leiterplatten, um die Funktion verschiedener Komponenten zu regeln, die für den ordnungsgemäßen Betrieb von Fahrzeugen entscheidend sind. Dazu gehören Klimaanlagen, Scheibenwischer, mehrere Pumpen sowie Systeme zum Öffnen und Schließen von Fenstern.

Robotik

Elektrische Robotersysteme nutzen die Steuerplatinen, um Arme, Greifer und andere Teile zu bewegen. Diese Robotersysteme finden praktische Anwendungen in der industriellen Automatisierung, in medizinischen Geräten und Anlagen sowie in anderen Branchen.

Elektrische Fahrzeuge

Elektroautos, Roller und andere E-Fahrzeuge sind für präzise Rotation und andere Funktionen auf die PCB-gesteuerte Elektronik angewiesen. Die Platinen sind mit anderen Geräten, einschließlich Sensoren, verbunden, um den Antrieb und das Bremsen zu regeln.

Militärische Ausrüstung und Verteidigungssysteme

Motorisierte Militärgeräte und Verteidigungssysteme enthalten einzigartige Steuerungs- und Treiberplatinen, die starten, stoppen und die Geschwindigkeit variieren, um gewünschte Funktionen zu erreichen. Durch die elektronische Steuerung sind die Systeme äußerst präzise und bieten weitere Vorteile wie: Energieeffizienz.

Luft- und Raumfahrtsysteme

Elektromotoren bewegen Flugzeugklappen, Fahrwerke und andere Komponenten. Alle diese Systeme erfordern Leiterplatten, um Eingaben zu empfangen und die Leistung zu regulieren, um präzise Bewegungen sicherzustellen. Die Platinen müssen zuverlässig funktionieren und rauen Umgebungen standhalten.

Zusammenfassung

Die Motorsteuerungsplatine ist ein wichtiger Bestandteil von Geräten oder Systemen, die Elektromotoren verwenden, von Haushaltsgeräten bis hin zu den riesigen Maschinen von Produktionsanlagen. Es verfügt über einen einzigartigen Schaltkreis, der den Betrieb regulieren kann und so unterschiedliche Geschwindigkeiten und andere Vorteile wie Überlast- und Übertemperaturschutz ermöglicht.

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