Egy vezérlő működési frekvenciája: egy kompromisszum a hőmérséklet, a zaj és a pontosság között
Egy vezérlő a telep akkumulátorának feszültségét impulzusokká alakítja, ezre többször másodpercenként, hogy a motor megfelelő áramot kapjon. Az impulzusok számának másodpercenkénti gyakoriságát kapcsolási frekvenciának, vagy PWM frekvenciának nevezzük. Ez a beállítás jelentősen befolyásolja a vezérlő, a motor hőmérsékletét, a zajt és a vezérlés minőségét. Nincs egyetlen, univerzálisan jó érték: minden vezérlő-motor kombinációhoz egy megfelelő kompromisszumot kell találni.
A lényeg
- Minél magasabb a frekvencia, annál jobban felmelegednek a vezérlő tranzisztorai minden kapcsolási ciklus során.
- Minél alacsonyabb a feszültség, annál nagyobb a motor áramának ingadozása, ami a motor túlmelegedését okozhatja és zajt generálhat.
- A kis indukvitással rendelkező motorok magasabb frekvenciát igényelnek.
- A fix frekvencia meghatározza a vezérlés sebességét: korlátozza az áramköri ciklus sebességét.
A vágás folyamata
Minden egyes motorfázis váltakozóan kapcsolódik a település pozitív és negatív pólusához. Az egyes oldalakon eltöltött idő aránya határozza meg a középfeszültséget. A tekercsek, indukciónak köszönhetően, simítják ezeket a impulzusokat: az áram egy impulzus alatt kissé emelkedik, majd a következő impulzus alatt csökken. Így egy kis, fogazatú hullámot hoz létre a kívánt érték körül. Lásd a motorvezérlő belsejét és a vektormodulációt.
A frekvencia növelésének előnyei és hátrányai
Amit nyerünk
- Kevesebb áramingadozás: Az áramnak kevesebb ideje van a hullámzásra két impulzus között. Ez az áramingadozás okozta veszteség a motorban csökken.
- Kevesebb hallható zaj: a 20 000 Hz feletti frekvenciákon, ami a hallás emberi határértéke, a vágás zajának hangja már nem hallható.
- Finomabb vezérlés: a vezérlő minden ciklusban méri és korrigálja a működést; minél több ciklus, annál pontosabb a áramköri szabályozás, ami gyorsabb működést eredményezhet.
Ami pedig az, amiért fizetünk
- Kevesebb kapcsolási veszteség: Minden kapcsolás során egy tranzisztor disszipál egy kis mennyiségű energiát. A kapcsolási frekvencia duplázása megduplázza ezeket a veszteségeket. Nagy áram esetén ez arra kényszerítheti a felhasználót, hogy csökkentse a megengedett áramerősséget.
- Nagyobb számítási igény: a mikrokontrollernek minden ciklusban az összes parancsot ki kellene futtatnia.
- `Kevesebb elektromágneses interferencia, amit a tervezés során kell kontrollálni.`
A motor induktanciájának szerepe
Az áramhullámosság közvetlenül függ a motor indukciójától: minél alacsonyabb az indukció, annál gyorsabban változik az áram minden impulzusnál. A nagyon erős és kompakt, alacsony indukciójú motorok magasabb frekvenciát igényelnek ahhoz, hogy a hullámosság elfogadható határokon belül maradjon. Ezzel szemben egy hagyományos, nagyobb indukciójú motor, például egy robogó motorja, alacsonyabb frekvenciával is megfelelően működik.
Ez az egyik oka annak, hogy nem szabad akármilyen motort akármelyik vezérlőhöz csatlakoztatni anélkül, hogy ellenőriznék: egy nagyon alacsony induktaivitású motor alacsony frekvenciájú vezérlővel használva jelentős áramlökéseket okozhat.
A kapcsolat a motor fordulatszámával
A szinuszos jel pontos reproduálásához elegendő számú impulzus szükséges egy elektromos fordulat alatt. Az elektromos frekvencia azonban a sebességgel és a pólusok számával nő (lásd a Kv, Kt és a pólusok című cikkünket). Nagyon magas fordulatszámon, egy sok pólusú motor esetében, a túl alacsony impulzusfrekvencia rontja a vezérlést.
Kompromissumot találni
Az elektromos járművek vezérlőegységeinél a frekvencia általában néhány száz és néhány tízezer Hertz között van. A megfelelő frekvencia kiválasztása a következő szempontok alapján történik:
- A nagy áramerősségű vezérlő tranzisztoraiban mérhető hőmérséklet
- A motor hőmérséklete stabil sebességnél
- a zaj, különösen alacsony sebességnél;
- A maximális sebességnél tapasztalt kormányzás minősége.
Műhelytipp.
Ne változtassa meg a PWM frekvenciáját, kivéve, ha erre konkrét ok van, és rendelkezik olyan eszközzel, amellyel mérhetőek a hőmérsékletek. Egy vezérlő gyári beállítása általában a teljesítményfokozatának kialakításához igazodik.
Gyakori kérdések
Miért zúg a motor alacsony sebességnél?
A tekercsek vibrálása enyhe zajt okoz. Ha a frekvencia a hallható tartományba esik, akkor ez a zaj hallható, különösen alacsony sebességnél, amikor minden más csendes. A magasabb frekvencia csökkenti ezt a zúgást, de ezzel együtt a vezérlő valamivel jobban felmelegedhet.
A magasabb frekvencia mindig jobb-e?
Nem. Ez csökkenti a hullámosságot és a zajt, de növeli a vezérlő veszteségeit. Egy bizonyos ponton a vezérlő túlzottan felmelegszik anélkül, hogy a motor teljesítménye érezhetően javulna.
A PWM frekvencia befolyásolja-e az akkumulátor élettartamát?
Kicsit: ez a beállítás eltolja a veszteségeket a vezérlő és a motor között. A megfelelő vezérlő-motor párosításhoz való helyes beállítása minimalizálja a teljes veszteséget. A hatása azonban viszonylag alacsony a sebességhez és a vezetési stílushoz képest.