Frekvensen for en controller: en afvejning mellem varme, støj og præcision

En controller skærer batterispændingen op i pulser, tusindvis af gange i sekundet, for at generere strømmen til motoren. Antallet af pulser pr. sekund kaldes skæringsfrekvensen, eller PWM-frekvensen. Denne indstilling har en subtil indflydelse på controllerens og motorens opvarmning, støjniveauet og kvaliteten af styringen. Der findes ikke en universel "god" værdi: kun et kompromis, der skal findes for hvert controller-motor-par.

Hvad opdelingen indebærer

Hver fase af motoren er skiftevis forbundet til plus- og minuspolen på batteriet. Andelen af tid, der bruges på hver side, bestemmer den gennemsnitlige spænding. Spolerne, takket være deres induktans, udglatter disse impulser: strømmen stiger lidt under en impuls og falder igen under den næste. Dette resulterer i en lille, tandformet udsving omkring den ønskede værdi. Se indvendigt i en motorstyreenhed og vektormodulation.

At øge frekvensen: Fordele og ulemper

Hvad man opnår

• Mindre strømvariation: Strømmen har mindre tid til at svinge mellem to pulser. Tabene i motoren, som skyldes denne variation, reduceres.
• Mindre hørbar støj : Over cirka 20.000 cykler pr. sekund, som er grænsen for det menneskelige øre, er den hvinende lyd fra skæringen ikke længere hørbar.
• Mere præcis styring: Controlleren måler og korrigerer i hver cyklus; jo flere cyklusser, desto mere præcis kan strømstyringen være.

Det, vi betaler for

• Mindre tab ved skiftning: Ved hvert skift mellem transistorer, afgiver en transistor en smule energi. At fordoble frekvensen fordobler disse tab. Ved høje strømme kan dette tvinge en reduktion af den tilladte strøm.
• `Mere beregning: mikrocontrolleren skal udføre hele kommandoen i hver cyklus.`
• `Mindre elektromagnetisk interferens, som skal kontrolleres gennem kredsløbsdesignet.`

Motorens induktans' rolle

Strømvariationerne afhænger direkte af motorens induktans: Jo lavere induktans, jo hurtigere ændrer strømmen sig ved hver puls. Meget kraftfulde og kompakte motorer med lav induktans kræver derfor en højere frekvens for at opretholde en rimelig strømvariation. Omvendt kan en motor til en elscooter med en højere induktans nøjes med en lavere frekvens.

Det er en af grundene til, at man ikke bare tilslutter en hvilken som helst motor til en hvilken som helst controller uden først at kontrollere det: en motor med meget lav induktans kan opleve store strømstød, hvis den er tilsluttet en controller med lav frekvens.

Forbindelsen til motorens hastighed

For at genskabe en sinusbølge korrekt, er det nødvendigt med et tilstrækkeligt antal takter pr. omdrejning. Men den elektriske frekvens stiger med hastigheden og antallet af poler (se vores guide om Kv, Kt og poler). Ved meget høje hastigheder på en motor med mange poler, vil en for lav takfrekvens forringe styringen.

At finde en balance

På controllere til små elektriske køretøjer ligger frekvensen typisk mellem et par tusinde og flere titusinder af cyklusser pr. sekund. Valget afhænger af følgende faktorer:

• Temperaturen på transistorerne i controlleren, som bruges til høj strøm
• Temperaturen på motoren ved stabil hastighed
• lyden, især ved lave hastigheder;
• kvaliteten af styringen ved maksimal hastighed.