Frekvenca preklapljanja krmilnika: kompromis med toploto, hrupom in natančnostjo

Krmilnik razreže napetost baterije na impulze, tisočkrat na sekundo, da ustvari tokove za motor. Število ciklov na sekundo se imenuje frekvenca preklapljanja ali frekvenca PWM. Ta diskretna nastavitev vpliva na segrevanje krmilnika, segrevanje motorja, hrup in kakovost krmiljenja. Univerzalne pravilne vrednosti ni: obstaja le kompromis, ki ga je treba najti za vsak par krmilnik-motor.

Kaj počne preklapljanje

Vsaka faza motorja je izmenično povezana s plusom in minusom baterije. Razmerje časa na vsaki strani določa povprečno napetost. Navitja zaradi svoje induktivnosti zgladijo te impulze: tok med impulzom malo naraste, med naslednjim pa pade. Tako ohranja majhno žagasto valovitost okoli želene vrednosti. Oglejte si notranjost krmilnika in vektorsko modulacijo.

Povečanje frekvence: prednosti in cena

Kaj pridobimo

• Manjša valovitost toka: tok ima manj časa za odstopanje med dvema impulzoma. Izgube v motorju zaradi te valovitosti se zmanjšajo.
• Manj slišnega hrupa: nad približno 20 000 cikli na sekundo, kar je meja človeškega sluha, piskanja preklapljanja ni več slišati.
• Natančnejše krmiljenje: krmilnik meri in popravlja pri vsakem ciklu; več ciklov pomeni tokovno zanko, ki je lahko hitrejša.

Kaj plačamo

• Več preklopnih izgub: pri vsakem preklopu tranzistor razprši nekaj energije. Podvojitev frekvence podvoji te izgube. Pri visokem toku lahko to prisili v zmanjšanje dovoljenega toka.
• Več izračunov: mikrokrmilnik mora pri vsakem ciklu izvesti celotno krmiljenje.
• Več elektromagnetnih motenj, ki jih je treba obvladati z zasnovo vezja.

Vloga induktivnosti motorja

Valovitost toka je neposredno odvisna od induktivnosti motorja: nižja kot je, hitreje se tok spreminja pri vsakem impulzu. Zelo zmogljivi in kompaktni motorji z nizko induktivnostjo zato zahtevajo višjo frekvenco, da ohranijo razumno valovitost. Nasprotno pa se motor pesta skiroja z večjo induktivnostjo zadovolji z nižjo frekvenco.

To je razlog, zakaj brez preverjanja ne priključimo katerega koli motorja na kateri koli krmilnik: motor z zelo nizko induktivnostjo na krmilniku z nizko frekvenco lahko doživi velike tokovne konice.

Povezava s hitrostjo motorja

Za pravilno reprodukcijo sinusoide je potrebno zadostno število preklopnih ciklov na električni obrat. Vendar se električna frekvenca povečuje s hitrostjo in številom polov (glejte naš vodnik o Kv, Kt in polih). Pri zelo visoki hitrosti na motorju s številnimi poli prenizka frekvenca preklapljanja poslabša krmiljenje.

Iskanje kompromisa

Pri krmilnikih majhnih električnih vozil se frekvenca običajno giblje med deset tisoč in nekaj deset tisoč cikli na sekundo. Izbira se opravi s preverjanjem:

• temperature tranzistorjev krmilnika pri visokem toku;
• temperature motorja pri stabilizirani hitrosti;
• hrupa, zlasti pri nizki hitrosti;
• kakovosti krmiljenja pri največji hitrosti.