Bir dc motorun hız kontrolü için pwm frekansını seçmenin arkasındaki kriterler?

Fırçalı bir dc motor (24v, 500rpm, 2A, 4kgcm) için bir hız kontrol devresi üzerinde çalışıyorum.

Kullanmayı planladığım ana bileşenler PIC16f873, 4n25 optocoupler, IRFZ44N MOSFET, BY 500 - 800 diyot (serbest tekerlekli kullanım için).

• PWM frekansını seçmenin ardındaki kriterler nelerdir?
• Çok yüksek ve çok düşük PWM frekanslarının sistem üzerindeki etkileri nelerdir?
• Burada sağlanan donanımda yapılması gerekenler ve dezavantajlar nelerdir?

Motor sürerken PWM frekansından etkilenen birkaç sorun vardır:

1. Atımların yeterince hızlı gelmesi gerekir, böylece motorun mekanik sistemi onları ortalar. Genellikle birkaç 10 Hz ila birkaç 100 Hz bunun için yeterlidir. Bu nadiren sınırlayıcı bir faktördür.

2. Bazı durumlarda, sızlanmanın PWM frekansında duyulmaması önemlidir. Mekanik sistem bir bütün olarak tek darbelere tepki göstermese bile, bir bobinin münferit sargıları olabilir. Bir elektrik motoru manyetik kuvvetler üzerinde çalışır, her bir tel halkası bir bobin içinde bu kuvvetleri oluşturacak şekilde düzenlenir. Bu, bir sarımdaki her tel parçasının, en azından zamanın bir bölümünde, akımla orantılı olarak yanal bir kuvveti olduğu anlamına gelir. Sargılardaki tel uzağa hareket edemez, ancak sonucun duyulabilmesi için yeterince titreyebilir. 1 kHz PWM frekansı diğer tüm yönlerde iyi olabilir, ancak bu bir son kullanıcı cihazına giriyorsa, bu frekanstaki sızlanma kabul edilemez olabilir. Bu nedenle, son tüketici motor kontrolü için PWM çoğu kez 25 kHz'te yapılır ve çoğu insanın duyabileceği değerin biraz üzerindedir.

3. Ortalama bobin akımı. Bu zor bir konu olabilir. Motorun ayrı ayrı bobinleri çoğunlukla sürüş devresine endüktif görünecektir. Bobinlerden geçen akımın, PWM tarafından uygulanan ortalamadan beklediğiniz gibi olmasını ve esas olarak her bir darbenin yukarı ve aşağı gitmemesini istiyorsunuz.

   Her bobin bazı sonlu dirençlere sahip olacak ve bu da içinden geçen akımın karesi ile orantılı olarak güç kaybına neden olacaktır. Akım, darbe üzerinde büyük bir değişiklik olduğunda, aynı ortalama akımda kayıplar daha yüksek olacaktır. Darbeli gerilime neredeyse anında tepki veren bobinin aşırı örneğini ve% 50 kare dalga ile sürdüğünüzü düşünün. Dirençli dağılım, bobini her zaman tam olarak sürmek için 1/2 olacak, ortalama akım (dolayısıyla ortaya çıkan motor torku) da 1/2 tam olarak açık olacaktır. Bununla birlikte, eğer bobin darbeler yerine sabit bir 1/2 akımla sürülürse, rezistif dağılım tam 1/4 tam ancak aynı 1/2 tam ölçekli akım ve dolayısıyla tork olacaktır.

   Bunu düşünmenin bir başka yolu, ortalama DC seviyesinin üstünde önemli bir AC akımı istemiyor olmanızdır. AC akımı motoru hareket ettirecek hiçbir şey yapmaz, sadece ortalama bunu yapar. Bu nedenle, AC bileşeni sadece bobinlerde ve diğer yerlerde dirençli kayıplara neden olur.

4. Anahtarlama kayıpları. İdeal anahtar tamamen açık veya tamamen kapalıdır, yani hiçbir zaman gücü kaybetmez. Gerçek anahtarlar anında değişmez ve bu nedenle, belirli bir gücü harcadıkları bir geçiş bölgesinde sınırlı bir süre harcarlar. Tahrik elektroniğinin işinin bir kısmı bu geçiş süresini en aza indirmektir. Bununla birlikte, ne yaparsanız yapın, anahtarın ideal olmadığı kenar başına bir süre olacaktır. Bu süre genellikle kenar başına belirlenir, böylece toplam PWM süresinin oranı frekansla artar. Örneğin, anahtar her darbe geçişinde toplam 1 µs geçirirse, o zaman 40 µs periyot olan 25 kHz PWM frekansında geçiş süresi toplamın 1 / 40'ıdır. Bu kabul edilebilir olabilir. Bununla birlikte, eğer anahtarlama frekansı 100 kHz’e çıkarılmışsa, yani 10 µs o zaman geçiş süresi% 10 olacaktır. Bu muhtemelen sorunlara neden olacaktır.

Devrinize gelince, en büyük endişem Q1'in ne kadar yavaş sürüleceği. Opto-izolatörler, bilhassa kapanırken, tek tek transistörler gibi diğer birçok bileşene göre oldukça yavaştır. Sadece R2'yi (değerini okuyabilmeme rağmen) kapatmak için FET geçidini aşağıya çekiyorsunuz. Bu yavaş olacak. Yukarıda bahsettiğim diğer tüm indirimleri dikkate alarak, yavaş bir PWM frekansına tolerans gösterebilirseniz, bu uygun olabilir.

Opto'nun motor tarafına bir PIC koymayı düşünebilirsiniz. UART arayüzü veya PWM frekansında çalışması gerekmeyen bir şey aracılığıyla bu PIC ile dijital olarak iletişim kurabilirsiniz. Bu PIC daha sonra yerel olarak uygun PWM'yi üretir ve Q1'i bu amaç için fazladan devre ile açıp kapatır. Bu şekilde, yüksek hızlı sinyaller ve hızlı kenarlar bir opto izolatörden geçmez.

Böyle opto-izole kapı sürücüsü tavsiye ederim: https://www.fairchildsemi.com/datasheets/FO/FOD3182.pdf D sınıfı amplifikatörde ~ 200kHz anahtarlama frekansında böyle bir şey kullandım.

Ayrıca, sargı direnci hakkında yorum yapmak için, motordaki akım diyot boyunca yuvarlanmaya devam edecek ve açıldığında üssel olarak yükselecektir. kapalıyken çürümeye başlar, böylece sarımdaki sıcaklık o kadar kötü olmaz.