Động cơ DC - PWM vs điện áp

Khi điều khiển động cơ DC được đánh giá ở mức 5V theo lý thuyết tôi có thể điều khiển động cơ theo những cách sau:

5V với 100% chu kỳ nhiệm vụ PWM.
10V với 50% chu kỳ nhiệm vụ PWM.
20V với 25% chu kỳ nhiệm vụ PWM.

có một sự khác nhau giữa hai cái đó? Sẽ sử dụng tùy chọn 2/3 rút ngắn tuổi thọ của động cơ? Thay đổi tần số PWM sẽ cải thiện tuổi thọ động cơ? Lý do để làm điều này là có thể lái động cơ chậm hơn nhiều với điện áp cao hơn.

motor pwm

— Gilad
nguồn

Tôi không chắc chắn tôi làm theo tuyên bố cuối cùng về lý do tại sao bạn nghĩ rằng bạn có thể lái xe máy chậm hơn với điện áp cao hơn?

— PeterJ

25% thời gian bạn sẽ áp dụng 4 lần điện áp định mức. Bạn sẽ có các xung dòng lớn hơn cùng với điện áp cao hơn và cả hai có thể làm hỏng động cơ của bạn ngay cả khi chúng chỉ được áp dụng 25% thời gian.

— EwokNightmares

Bạn có thể muốn xem xét những gì thực sự xảy ra - điện áp chỉ là một phương tiện để đẩy dòng điện qua động cơ của bạn, sản phẩm của cả hai là công suất thực tế. Điều khiển điện áp là một cách rất mơ hồ để điều khiển động cơ servo DC.

— John U

Tôi nghĩ cũng có khả năng bạn có thể có nhiều gợn mô-men xoắn hơn.

— EwokNightmares

Tần suất nhiệm vụ của bạn là gì? Có nhiều tác động hơn nếu đó là 1Hz, thay vì 1kH :-)

— shuckc

Câu trả lời:

Vâng, điều này rất khác nhau. Ổ đĩa PWM và ổ điện áp riêng biệt không thực sự có ý nghĩa nhiều, nhưng khi kết hợp theo cách này, bạn sẽ có hiệu suất khác nhau đáng kể.

Về mặt điện, bạn có thể mô hình một động cơ như một cuộn cảm (cuộn dây), điện trở và nguồn điện áp (EMF, tỷ lệ thuận với tốc độ động cơ). Khi bạn áp dụng điện áp thấp hơn so với điện áp cao hơn, bạn sẽ:

$dI/dt$
có tốc độ tối đa thấp hơn vì EMF trở lại

Với PWM và điện áp cao hơn, bạn sẽ có thể đạt được tốc độ cực đại cao hơn và thường là mô-men xoắn cao hơn nhiều với tốc độ bằng nhau.

Không có lý do thực sự mà một động cơ sẽ làm hỏng khi áp dụng điện áp cao hơn. Hư hỏng động cơ là do:

Quá tải ổ trục (ví dụ đẩy sang một bên trên trục của trục mang lực đẩy)
Mang quá mức (phụ thuộc chủ yếu vào dầu được sử dụng)
Chải arcing (gây ra bởi tốc độ cao và ở mức độ cao hơn, thấp hơn nhiều cũng hiện tại cao hơn)
biến dạng và phân tách cấu trúc bên trong do quá nóng

Ngoài ra, quá nhiệt hoặc chạy động cơ ở dòng điện rất cao sẽ làm giảm (đáng kể) mô-men xoắn vì bão hòa từ.

Nếu bạn có thể đảm bảo rằng bạn giữ cho động cơ của bạn ở trong giới hạn tốc độ, mô-men xoắn và lực cũng như làm mát đúng cách, thì không có nhược điểm nào khi chạy nó ở điện áp cao hơn với PWM.

— người dùng36129
nguồn

d I / d t

$dI/dt$

d I / d t

$dI/dt$

Bạn có chắc chắn DCM là tiêu chuẩn cho điều khiển động cơ (được thiết kế tốt) không? Wikipedia cho biết tần số điều khiển động cơ PWM dao động từ "từ vài kilohertz (kHz) đến hàng chục kHz cho một ổ đĩa động cơ"; đây không phải là cái mà tôi gọi là "cực kỳ thấp" và với hầu hết các động cơ mà tôi đã làm việc cùng với khu vực hoạt động CCM.

— Phil Frost

Điều này hoàn toàn phụ thuộc vào ứng dụng của bạn. Tôi loại các ứng dụng động cơ DC nhỏ điển hình - công cụ sở thích, máy bay RC, v.v. Đối với miền đó, DCM là chuẩn mực. Chúng thường được vận hành tối đa một vài kHz, với độ tự cảm động cơ rất thấp (thường <1mH). Khi kích thước hiện tại và vật lý tăng lên, thật khó để làm DCM và CCM là tất cả những gì mọi người làm. Và với tần suất cực thấp, ý tôi là vùng âm thanh. Tôi nên định lượng điều đó.

— dùng36129

Cảm ơn câu trả lời chi tiết. Mục tiêu của tôi là chạy xe máy chậm nhất có thể và tôi đã có sẵn 1: 1000 trên đó. Tôi đang sử dụng động cơ nhỏ. Động cơ chạy mát mẻ nhưng tôi quan tâm đến tuổi thọ của nó.

— Gilad

Một động cơ điều khiển PWM là một bộ chuyển đổi buck . Trong phạm vi mà mạch và động cơ của bạn tạo ra một bộ chuyển đổi buck tốt , không có sự khác biệt giữa mỗi tùy chọn của bạn.

Một số điều cần lưu ý:

$1000V$ $20V$

Nếu tần số PWM của bạn quá thấp so với độ tự cảm quanh co của động cơ, dòng điện qua mỗi chu kỳ PWM sẽ thay đổi đáng kể, bạn sẽ có gợn mô-men xoắn cao và bạn không còn có bộ chuyển đổi buck tốt . Hiệu suất và hiệu quả sẽ bị ảnh hưởng. Trong trường hợp cực đoan, bạn thậm chí có thể không làm cho động cơ quay .

Cũng giống như với bộ chuyển đổi buck, ổ đĩa PWM bao gồm các bóng bán dẫn và các mạch điện khác, điều này nhất thiết phải đưa ra thêm tổn thất. Thiết bị truyền động PWM cũng phức tạp hơn để thiết kế, khó hoạt động hơn, tốn kém hơn khi thực hiện, v.v. Một số tổn thất này (ví dụ, tổn thất trễ) nằm trong động cơ và sẽ dẫn đến nhiệt độ động cơ cao hơn, đó là thường là thông số giới hạn cho hiệu suất của động cơ và nhiệt độ cao hơn sẽ làm giảm tuổi thọ của động cơ. Tuy nhiên, bạn sẽ yêu cầu một thiết kế rất kém để làm cho những tổn thất này tiếp cận với những tổn thất mà bạn đã có ở DC, chẳng hạn như tổn thất điện trở trong cuộn dây, do đó sự khác biệt giữa hiệu suất của ổ đĩa PWM và DC là không nhiều.

— Phil Frost
nguồn

Có một vài điều bạn cần chú ý khi sử dụng PWM.

Đầu tiên, điện áp PWM mà động cơ của bạn sẽ nhìn thấy sẽ có sóng hài tần số cao. Những sóng hài này sẽ gây ra tổn thất trong động cơ của bạn nếu không sử dụng điện áp DC. Điều này có nghĩa là động cơ của bạn sẽ nóng hơn khi có PWM so với DC (tất cả những thứ khác đều bằng nhau). Làm thế nào điều này ảnh hưởng đến cuộc sống của động cơ của bạn phụ thuộc vào rất nhiều thứ. Có một quy tắc rất thô thiển trong thế giới động cơ nói rằng cứ tăng nhiệt độ cuộn dây động cơ 10 ° C, bạn sẽ giảm một nửa tuổi thọ của cách điện của động cơ. Bạn sẽ phải thực hiện một bài kiểm tra xếp hạng trên động cơ với ổ đĩa PWM bạn đang sử dụng để giảm tốc độ của động cơ hoặc cho bạn biết mức độ nóng hơn khi sử dụng PWM ở mức đánh giá tên. Hầu hết mọi người thực sự được trang bị để làm bài kiểm tra này, mặc dù.

Thứ hai, giả sử bạn đang nói về điện áp thấp như ví dụ của bạn (5V-20V), bản thân điện áp tăng có lẽ sẽ không ảnh hưởng nhiều đến tuổi thọ cách điện. Rõ ràng nó phụ thuộc vào động cơ, nhưng nói chung, cách điện trong động cơ có thể chịu được điện áp lên đến ít nhất 1000 V trong thời gian ngắn. Do điện áp tăng đột biến do PWM, điều này có nghĩa là bạn không thực sự phải lo lắng về việc giảm tuổi thọ cách điện cho đến khi bạn nói về động cơ được đánh giá ~ 400V-600V trở lên. Các điện áp cao hơn với PWM có thể có ảnh hưởng đến tuổi thọ của bàn chải nhưng thực sự rất khó để nói mà không cần kiểm tra.

— Eric
nguồn