Frecvența de comutare a unui controler: un compromis între căldură, zgomot și precizie
Un controler modulează tensiunea bateriei în impulsuri, de mii de ori pe secundă, pentru a produce curentul necesar motorului. Numărul de cicluri pe secundă se numește frecvența de comutare, sau frecvența PWM. Acest parametru influențează încălzirea controlerului, încălzirea motorului, zgomotul și calitatea controlului. Nu există o valoare universală optimă: este necesar să se găsească un compromis potrivit pentru fiecare combinație controler-motor.
Esentialul
- Cu cât frecvența este mai mare, cu atât tranzistorii din controler se încălzesc mai mult la fiecare comutare.
- Cu cât tensiunea este mai scăzută, cu atât curentul motorului fluctuează mai mult, ceea ce poate provoca supraîncălzirea motorului și poate genera zgomot.
- Motoarele cu inductanță scăzută necesită o frecvență mai mare.
- Frecvența stabilește, de asemenea, ritmul de funcționare: aceasta limitează viteza buclei de curent.
Ce face procesul de segmentare
Fiecare fază a motorului este conectată alternativ la polul pozitiv și la cel negativ al bateriei. Proporția de timp petrecută pe fiecare parte stabilește tensiunea medie. Bobinajele, datorită inductanței lor, netezesc aceste impulsuri: curentul crește puțin în timpul unei impulsuri și scade în timpul următoarei. Astfel, menține o mică oscilație, sub formă de dinți de fierăstrău, în jurul valorii dorite. Consultați interiorul unui controler și modulația vectorială.
Creșterea frecvenței: avantaje și dezavantaje
Ce câștigăm
- Reducerea fluctuațiilor de curent: Curentul are mai puțin timp să varieze între două impulsuri. Pierderile din motor, cauzate de aceste fluctuații, scad.
- Nivel de zgomot audibil redus: peste aproximativ 20.000 de cicluri pe secundă, limita auzului uman, sunetul produs de tăiere nu mai este perceptibil.
- Un control mai precis: controlerul măsoară și corectează la fiecare ciclu; mai multe cicluri înseamnă o buclă de curent care poate fi mai rapidă.
Ce plătim
- Reducerea pierderilor de comutație: La fiecare comutație, un tranzistor disipe o cantitate mică de energie. Dublarea frecvenței dublează aceste pierderi. La curenți mari, acest lucru poate impune reducerea curentului admisibil.
- `Calcul suplimentar: microcontrolerul trebuie să execute toate comenzile la fiecare ciclu.`
- Mai puține interferențe electromagnetice, care trebuie controlate prin designul circuitului.
Rolul inductanței motorului
Undulația de curent depinde direct de inductanța motorului: cu cât aceasta este mai mică, cu atât curentul variază mai rapid la fiecare impuls. Motoarele foarte puternice și compacte, cu o inductanță scăzută, necesită o frecvență mai mare pentru a menține o undulație rezonabilă. În schimb, un motor pentru roata spate al unui scuter, cu o inductanță mai mare, se mulțumește cu o frecvență mai mică.
Acesta este un motiv pentru care nu se conectează orice motor la orice controler fără o verificare prealabilă: un motor cu o inductanță foarte scăzută, conectat la un controler cu o frecvență joasă, poate prezenta vârfuri de curent semnificative.
Legătura cu viteza motorului
Pentru a reproduce corect o sinusoidă, este necesar un număr suficient de cicluri de comutare pe rotație electrică. Însă, frecvența electrică crește odată cu viteza și cu numărul de poli (vezi ghidul nostru despre Kv, Kt și poli). La viteze foarte mari, pe un motor cu mulți poli, o frecvență de comutare prea scăzută poate degrada funcționarea.
A găsi un echilibru
La frecvență, în cazul controlerelor pentru vehicule electrice mici, se situează, de obicei, între câteva zeci și câteva mii de cicluri pe secundă. Alegerea se face ținând cont de:
- temperatura tranzistorilor din controlerul pentru motoare cu putere mare;
- temperatura motorului la o viteză stabilă;
- zgomotul, în special la viteze mici;
- calitatea funcționării la viteza maximă.
Sfaturi utile pentru atelier.
Modificăm frecvența de comutare doar atunci când există un motiv specific și o modalitate de a măsura temperaturile. Setările implicite ale unui controler corespund, în general, designului etajului său de putere.
Întrebări frecvente
De ce motorul emite un sunet asemănător unui fluier la viteze mici?
Tăierea (a componentelor) poate provoca vibrații ușoare în bobinaje. Dacă frecvența acestor vibrații se află în intervalul audibil, se poate auzi un sunet, mai ales la viteze mici, când restul sistemului este silențios. O frecvență mai mare reduce acest zgomot, dar poate duce la o ușoară creștere a temperaturii controlerului.
O frecvență mai mare este întotdeauna mai bună?
Nu. Aceasta reduce fluctuațiile și zgomotul, dar crește pierderile controlerului. Dincolo de un anumit punct, controlerul se încălzește mai mult, fără a aduce un beneficiu semnificativ motorului.
Frecvența de comutare influențează autonomia?
Un pic: aceasta mută pierderile de energie dintre controler și motor. Alegerea potrivită pentru cuplul controler-motor minimizează pierderile totale. Efectul este totuși mic în comparație cu cel al vitezei și al stilului de condus.