DC Motor - PWM ve Voltaj

Teorik olarak 5V değerinde bir DC motoru kontrol ederken motoru şu şekillerde kullanabilirim:

% 100 çalışma döngüsü PWM ile 5V.
% 50 çalışma döngüsü PWM ile 10V.
% 25 görev döngüsü PWM ile 20V.

İkisi arasında bir fark var mı? 2/3 seçeneğini kullanmak motorun ömrünü kısaltır mı? PWM frekansını değiştirmek motorun ömrünü uzatır mı? Bunu yapmanın nedeni, motoru daha yüksek voltajla çok daha yavaş sürmenin mümkün olmasıdır.

motor pwm

— Gilad
kaynak

Motoru neden daha yüksek bir voltajla daha yavaş sürdürebileceğinizi düşündüğünüzün son ifadesini takip ettiğimden emin değilim?

— PeterJ

Anma geriliminin 4 katı kadar uygulayacağınız zamanın% 25'i. Daha yüksek voltajla birlikte daha büyük akım yükselmelerine sahip olursunuz ve her ikisi de sadece% 25 oranında uygulansa bile motorunuza zarar verebilir.

— EwokNightmares

Gerçekte ne olduğunu düşünmek isteyebilirsiniz - voltaj sadece motorunuzdan akımı itmenin bir yoludur, ikisinin ürünü gerçek güçtür. Voltaj kontrolü, DC servo motoru kontrol etmenin çok belirsiz bir yoludur.

— John U

Ben de sonuç olarak daha fazla tork dalgalanması olabilir düşünüyorum.

— EwokNightmares

Görev frekansınız nedir? 1kH yerine 1Hz olsaydı daha fazla etki var :-)

— shuckc

Yanıtlar:

Evet, bu çok farklı. PWM sürücüsü ve voltaj sürücüsü ayrı olarak gerçekten çok fazla şey ifade etmez, ancak bu şekilde birleştirildiğinde önemli ölçüde farklı performans elde edersiniz.

Elektriksel olarak, bir motoru bir indüktör (sargılar), direnç ve bir voltaj kaynağı (EMF, motor hızıyla orantılı) olarak modelleyebilirsiniz. Daha yüksek bir voltaja kıyasla daha düşük bir voltaj uyguladığınızda:

yavaşla $dI/dt$ motor sargıları boyunca, torku azaltır
arka EMF nedeniyle daha düşük bir maksimum hıza sahip olmak

PWM ve daha yüksek bir voltaj ile, eşit hızlarda daha yüksek tepe hızlarına ve genellikle çok daha yüksek torka erişebilirsiniz.

Daha yüksek voltajlar uygulanırken motorun hasar görmesinin gerçek bir nedeni yoktur. Motor hasarı aşağıdakilerden kaynaklanır:

Rulman aşırı yükü (örn. Bir baskı yatağı aksının miline yana doğru itme)
Rulman aşırı hızı (çoğunlukla kullanılan yağa bağlıdır)
Fırça ark (yüksek hızlardan ve çok daha az oranda daha yüksek akımdan kaynaklanır)
aşırı ısınmaya bağlı iç yapıların deformasyonu ve delaminasyonu

Ayrıca, bir motorun çok yüksek akımlarda aşırı ısınması veya çalıştırılması, manyetik doygunluk nedeniyle torkta (önemli) bir azalmaya neden olacaktır.

Motorunuzu hız, tork ve kuvvet sınırları dahilinde tutmanın yanı sıra düzgün bir şekilde soğutmayı garanti ederseniz, PWM ile daha yüksek voltajlarda çalıştırmanın bir dezavantajı yoktur.

— user36129
kaynak

Tam olarak nasıl daha yavaş

d I / d t

$dI/dt$ torku azaltır mı?

— Phil Frost

@PhilFrost söylemeliydim: alt

d I / d t

$dI/dt$ PWM ile kombine edilmiştir. Daha yavaş bir eğim, PWM döngüsü boyunca akımın daha düşük bir ortalama değeri anlamına gelir. Bu, DCM işlemi için en doğrudur (çok düşük PWM frekansları kullandığınız için çoğunlukla PWM motor kontrolünde olduğu gibi), ancak etki çok daha küçük olmasına rağmen CCM için de bir ölçüde doğrudur.

— user36129

DCM'nin (iyi tasarlanmış) motor kontrolü için norm olduğundan emin misiniz? Wikipedia, PWM motor kontrol frekanslarının "birkaç kilohertz (kHz) ile bir motor sürücüsü için onlarca kHz" arasında değiştiğini söylüyor; buna "son derece düşük" dediğim şey değil ve birlikte çalıştığım çoğu motorla CCM'nin operasyon bölgesinde.

— Phil Frost

Bu tamamen uygulamanıza bağlıdır. Tipik küçük DC motor uygulamalarını varsaydım - hobi malzemeleri, RC uçakları, vb. Bu alan için DCM normdur. Genellikle çok düşük motor endüktanslarıyla (genellikle <1mH) en fazla birkaç kHz'de çalıştırılırlar. Mevcut ve fiziksel boyut arttıkça, DCM yapmak hiç zor değil ve CCM insanların yaptığı tek şey. Ve son derece düşük frekansla, sesli bölge demek istiyorum. Bunu ölçmeliydim.

— user36129

Ayrıntılı bir cevap için teşekkürler. Amacım motorunu olabildiğince yavaş çalıştırmak ve üzerinde 1: 1000 vites var. Küçük motor kullanıyorum. Motor serin çalışıyor ama ömründen endişe duyuyorum.

— Gilad

PWM ile çalışan motor bir kova dönüştürücüsüdür . Devreniz ve motorunuz iyi bir kova dönüştürücü yaptığında, seçeneklerinizin her biri arasında bir fark yoktur.

Akılda tutulması gereken bazı şeyler:

Çok daha yüksek bir voltajda, belki etrafında $1000V$ , sargılardaki yalıtım başarısız olacaktır. $20V$ bu bir endişe için çok düşük.

PWM frekansınız motorun sargı endüktansı için çok düşükse, her PWM döngüsündeki akım önemli ölçüde değişecektir, yüksek tork dalgalanmanız olacak ve artık iyi bir kova dönüştürücünüz olmayacaktır . Performans ve verimlilik düşecektir. Aşırı durumda, motorun dönmesini bile sağlayamayabilirsiniz .

Bir kova dönüştürücüde olduğu gibi, bir PWM sürücü transistörler ve zorunlu olarak ek kayıplar getiren diğer devreleri içerir. PWM sürücüsü ayrıca tasarımı daha karmaşıktır, düzgün çalışması daha zordur, uygulanması daha pahalıdır, vb. Bu kayıpların bazıları (örneğin, histerezis kayıpları) motorun içindedir ve daha yüksek motor sıcaklığına neden olur. genellikle motor performansı için sınırlayıcı parametre ve daha yüksek bir sıcaklık, genel olarak motorun ömrünü azaltır. Bununla birlikte, bu kayıpların DC'de zaten var olan kayıplara yaklaşmalarını sağlamak için çok zayıf bir tasarıma ihtiyacınız olacaktır, örneğin sargılardaki dirençli kayıplar, bu nedenle PWM ve DC sürücü verimliliği arasındaki fark çok fazla değildir.

— Phil Frost
kaynak

PWM kullanırken dikkat etmeniz gereken birkaç şey var.

İlk olarak, motorunuzun göreceği PWM voltajı yüksek frekans harmoniklerine sahip olacaktır. Bu harmonikler, DC voltajı kullanırsanız motorunuzda bulunmayacak kayıplar yaratacaktır. Bunun anlamı, PWM ve DC (diğer tüm şeyler eşit olduğunda) ile motorunuzun ısınmasıdır. Bunun motorunuzun ömrünü nasıl etkilediği pek çok şeye bağlıdır. Motor dünyasında, motor bobini sıcaklığındaki her 10 ° C'lik artış için motor yalıtımının ömrünü yarıya indirdiğinizi söyleyen çok kaba bir kural vardır. Motoru düşürmek veya isim plakası derecelendirmesinde PWM kullanarak ne kadar ısınacağını söylemek için kullandığınız PWM sürücüsü ile motorda bir derecelendirme testi yapmanız gerekir. Yine de çoğu insan bu testi yapacak donanıma sahiptir.

İkincisi, örneğin (5V-20V) gibi düşük voltajlardan bahsettiğinizi varsayarsak, artan voltajın muhtemelen yalıtım ömrü üzerinde çok fazla etkisi olmaz. Açıkçası motora bağlıdır, ancak genellikle motorlardaki yalıtım kısa süreler için en az 1000 V'a kadar gerilimlere dayanabilir. PWM nedeniyle voltaj yükselmeleri göz önüne alındığında, ~ 400V-600V veya daha yüksek nominal motorlardan bahsedene kadar yalıtım ömründe azalma konusunda endişelenmenize gerek yoktur. PWM ile daha yüksek voltajların fırça ömrü üzerinde bir etkisi olabilir , ancak test edilmeden söylenmesi gerçekten zor.

— Eric
kaynak