Warum eigendlich FOC oder das BEC fliegt raus!

Es gibt tausende von verschiedenen BLDC-Reglern auf dem Markt und recht viele sind sogar Opensource oder Openhardware Projekte aber nur ganz weniger benutzen feldorientierte Regelung.
Warum ist das so? Klar FOC ist wesentlich aufwändiger zum implementieren und die Hardware wird ebenfalls aufwändiger. Aber ein Hauptgrund ist die Entwicklung eines zuverlässigen Beobachters für die Lage des Rotors. Einem BLDC-Regler reichen 6 Zustände, die er entweder über die
Messung des Nulldurchgangs der BEMF des Motors ermittelt oder über 3 HALL-Sensoren.

Die feldorientierte Regelung braucht aber einen möglichst genauen Lagewinkel des Rotors um den Antrieb effizient zu regeln. Deshalb braucht man entweder einen Encoder an der Rotorwelle oder ein Modell mit dem die Rotorlage rechnerisch bestimmt wird. Und gerade dieser Punkt ist für mich als Regelungstechniker am interessantesten.

Genau wie konventionelle BLDC-Regler hat auch ein Umrichter der mit feldorientierter Regelung arbeitet, dass bei niedrigen Drehzahl die Gegenspannung des Motor zu gering ist um an ihr die Rotorlage zu bestimmen. Aber der große Vorteil der feldorientierten Regelung ist, dass das Motor-Modell so ausgelegt werden kann, dass der Beobachter aus dem Stillstand des Motors herraus eine halbwegs genaue Rotorlage ermitteln kann und so der Motor ohne Startroutine anläuft.

Benjamin Vedder demonstriert das gerade mit seinem VESC und diesem Beobachter und seine Ergebnisse sehen sehr gut aus. Sein erstes Vergleichsvideo zeigt sehr schön einen wesentlichen Vorteil der FOC.

Das ganze ist wesentlich leiser. Es gibt weniger Vibrationen auf dem Antrieb, weil die Ströme schön sinusförmig sind und wenn man die PWM-Frequenz auf 20kHz setzt hört man auch die PWM nicht mehr. Was bleibt sind entweder mechanische Geräusche der Lager und des Getriebes oder Schwingungen die durch eine schlecht eingestellte Regelung kommen. Aber das Verfahren ermöglicht einen sehr ruhigen und leisen Lauf der Maschine.

Besonders merkt man, unter Last. Wie mein Video hier mit meinem RES-Beobachter-System zeigt.
Die PWM ist mit 20kHz nicht zu hören und der Motor dreht sich ohne fiepen oder ähnliche Töne obwohl gerade 20A fließen. Was man hört ist der Lagerschaden des 6374 vorn im Bild :).

Aber was bringt der Aufwand jetzt?

Eine E-Maschine die nahezu lautlos und vibrationsarm läuft. Außerdem stellt eine Stromregelung auch eine sehr wirksame Strombegrenzung dar. Falls die Luftschraube zu groß ist und der Motor mit einem normalen BLDC-Regler überhitzen würde, ist das mit einem Umrichter der FOC verwendet,

nicht möglich (Wenn die Stromgrenze richtig gewählt ist.). Wenn 20A über die Fernbedienung vorgegeben werden, dann stellt der Regler sie ein. Mehr Strom fließt dann nicht.

Gerade für die Anwendung im Kopter ist außerdem wichtig, dass so ein Umrichter neue Sollwerte viel schneller anfahren kann. Damit steigt die mögliche Dynamik des Lageregelkreises einen Kopters. Damit fliegt der Kopter ruhiger und kann schneller seine Lage verändern. 

Für den Modellflug mit Flächen-Modellen ist die höhere Effizienz und der ruhige Lauf das beste Kriterium. Gerade in einem großen Schlepper mit 12-14S kann sich der Einsatz von FOC richtig lohnen. Das Modell ist leiser und nimmt bis zu 30% weniger Strom auf. (Zu gegebener Zeit werde ich Gerd Giese ein Exemplar des Umrichters schicken, damit er diese Behauptung mit Messergebnissen untermauern kann :). ) .

Und hier kommt mein Dilemma mit dem TD Combat. Für den kleinen 3S Miefquirl lohnt sich solch ein Aufwand nicht. Ab 6S wird das Thema eigentlich erst interessant, Deshalb habe ich auch beschlossen, Das BEC fliegt raus! Ein externes BEC oder eine andere Empfängerstromversorgung ist in diesem Bereich durch aus üblich, und ich brauche keinen ineffizient arbeitenden viel zu groß ausgelegten Schaltregler für 5-8,4V auf dem Umrichter vorsehen. Das spart Platz und sorgt für eine bessere Spannungsversorgung der restlichen Bauteile.