Frekvence taktování ovladače: kompromis mezi teplotou, hlukem a přesností

Řídicí jednotka upravuje napětí baterie na impulsy, tisícekrát za sekundu, aby generovala proud pro motor. Počet cyklů za sekundu se nazývá frekvence pulzního šířkového modulačního signálu, nebo frekvence PWM. Toto nastavení má vliv na zahřívání řídicí jednotky, motoru, hlučnost a kvalitu řízení. Neexistuje žádná univerzální optimální hodnota: vždy je nutné najít kompromis pro každý konkrétní pár řídicí jednotka-motor.

Co dělá tento proces rozdělení

Každá fáze motoru je střídavě připojována k plusovému a mínusovému pólu baterie. Poměr času stráveného na každé straně určuje průměrné napětí. Cívky, díky své indukčnosti, vyhlazují tyto impulsy: proud se během jednoho impulsu mírně zvýší a během následujícího impulsu se sníží. Tímto způsobem vzniká malá, pilovitá oscilace kolem požadované hodnoty. Viz vnitřek řídicí jednotky motoru a vektorová modulace.

Zvýšení frekvence: výhody a nevýhody

Co získáme

• Menší pulzace proudu: Proud má méně času na odchylky mezi jednotlivými impulsy. Ztráty v motoru způsobené touto pulzací se snižují.
• Nižší hlučnost : nad přibližně 20 000 cyklů za sekundu, což je horní hranice lidského sluchu, už není slyšet pískání způsobené řezáním.
• Preciznější ovládání: Řídicí jednotka měří a koriguje v každém cyklu; více cyklů znamená proudový obvod, který může být rychlejší.

To, za co platíme

• Menší ztráty spínání: Při každém přepnutí spínacího prvku dochází k určitému úniku energie. Zdvojnásobení frekvence zdvojnásobuje tyto ztráty. Při vysokém proudu to může vést k nutnosti snížení maximálního povoleného proudu.
• Více výpočtů: mikrokontrolér musí provádět všechny výpočty v každém cyklu.
• Snížení elektromagnetních rušení, které je nutné řešit prostřednictvím návrhu obvodu.

Role indukčnosti motoru

Kolísání proudu přímo závisí na indukčnosti motoru: čím nižší je indukčnost, tím rychleji se proud mění při každé impulsu. Velmi výkonné a kompaktní motory s nízkou indukčností proto vyžadují vyšší frekvenci, aby se udrželo rozumné kolísání. Naopak, motor v náboji koloběžky, který má vyšší indukčnost, postačí nižší frekvence.

Je jeden z důvodů, proč se nepřipojuje jakýkoli motor k jakémukoli řadiči bez ověření: motor s velmi nízkou indukčností připojený k řadiči s nízkou frekvencí může vykazovat výrazné špičky proudu.

Spojení s rychlostí motoru

Pro správnou reprodukci sinusové vlny je potřeba dostatečný počet cyklů pulzního šířkového modulačního (PWM) signálu na jeden otáčku motoru. Frekvence elektrického napájení se zvyšuje s rychlostí a počtem pólů (viz náš návod na Kv, Kt a póly). Při velmi vysokých rychlostech u motoru s mnoha póly může příliš nízká frekvence PWM signálu zhoršit řízení.

Najít kompromis

U řídicích jednotek pro malé elektrické vozidla se frekvence obvykle pohybuje v rozmezí od desítek po několik desítek tisíc cyklů za sekundu. Výběr se provádí na základě následujících faktorů:

• teplota tranzistorů v řídicí jednotce s vysokým proudem;
• teplota motoru při stabilní rychlosti;
• hluk, zejména při nízkých rychlostech;
• Kvalita řízení při maximální rychlosti.