A frequência de amostragem de um controlador: um equilíbrio entre calor, ruído e precisão

Um controlador corta a tensão da bateria em pulsos, milhares de vezes por segundo, para gerar a corrente do motor. O número de ciclos por segundo é chamado de frequência de chaveamento, ou frequência PWM. Essa configuração influencia a temperatura do controlador, a temperatura do motor, o ruído e a qualidade do controle. Não existe um valor ideal universal: apenas um compromisso a ser encontrado para cada combinação de controlador e motor.

O que o corte faz

Cada fase do motor é conectada alternadamente ao positivo e ao negativo da bateria. A proporção de tempo gasto em cada lado define a tensão média. Os enrolamentos, graças à sua indutância, suavizam esses pulsos: a corrente aumenta um pouco durante um pulso e diminui durante o seguinte. Assim, mantém uma pequena ondulação em forma de dente de serra em torno do valor desejado. Veja o interior de um controlador e a modulação vetorial.

Aumentar a frequência: vantagens e desvantagens

O que ganhamos

• Menos ondulação de corrente: A corrente tem menos tempo para variar entre dois pulsos. As perdas no motor causadas por essa ondulação diminuem.
• Menos ruído audível: Acima de aproximadamente 20.000 ciclos por segundo, o limite da audição humana, o som agudo da corte não é mais perceptível.
• Um controle mais preciso: o controlador mede e corrige em cada ciclo; mais ciclos significam um controle de corrente que pode ser mais rápido.

O que estamos pagando

• Menos perdas por comutação: a cada comutação, um transistor dissipa um pouco de energia. Dobrar a frequência dobra essas perdas. Em altas correntes, isso pode exigir a redução da corrente máxima permitida.
• **Mais cálculos:** o microcontrolador precisa executar todo o comando em cada ciclo.
• Maior emissão de interferência eletromagnética, que deve ser controlada através do projeto do circuito.

O papel da indutância do motor

A ondulação da corrente depende diretamente da indutância do motor: quanto menor a indutância, mais rapidamente a corrente varia a cada pulso. Motores muito potentes e compactos, com baixa indutância, exigem, portanto, uma frequência mais alta para manter uma ondulação razoável. Por outro lado, um motor de cubo para scooters, com uma indutância maior, pode operar com uma frequência mais baixa.

É uma das razões pelas quais não se conecta qualquer motor a qualquer controlador sem uma verificação prévia: um motor com uma indutância muito baixa, quando conectado a um controlador de baixa frequência, pode apresentar picos de corrente significativos.

A relação com a velocidade do motor

Para reproduzir corretamente uma onda senoidal, é necessário um número suficiente de ciclos de chaveamento por rotação elétrica. No entanto, a frequência elétrica aumenta com a velocidade e o número de polos (veja nosso guia sobre Kv, Kt e os polos). Em velocidades muito altas em um motor com muitos polos, uma frequência de chaveamento muito baixa pode degradar o controle.

Encontrar o equilíbrio

Em controladores para veículos elétricos de pequeno porte, a frequência geralmente varia entre algumas dezenas e dezenas de milhares de ciclos por segundo. A escolha é feita considerando:

• a temperatura dos transistores do controlador de alta corrente;
• a temperatura do motor em velocidade constante;
• o ruído, especialmente em baixas velocidades;
• A qualidade da resposta do acelerador na velocidade máxima.