Frekvensen för en styrenhets omvandling: en avvägning mellan värme, brus och precision
En styrenhet delar batterispänningen i pulser, tusentals gånger per sekund, för att generera strömmen till motorn. Antalet cykler per sekund kallas omkopplingsfrekvens, eller PWM-frekvens. Denna inställning påverkar styrenhetens och motorns värmeutveckling, ljudnivån och kvaliteten på styrningen. Det finns inget universellt "rätt" värde: endast en kompromiss som måste hittas för varje kombination av styrenhet och motor.
Det viktigaste
- Ju högre frekvensen är, desto mer värme avges av transistorerna i styrenheten vid varje omkoppling.
- Ju lägre spänningen är, desto mer fluktuerar strömmen till motorn, vilket kan leda till att motorn blir varm och avger ljud.
- Motorer med låg induktans kräver en högre frekvens.
- Frekvensen påverkar också hur snabbt styrenheterna reagerar: den begränsar hastigheten på strömkretsen.
Vad delningen åstadkommer
Varje fas i motorn är växelvis ansluten till plus- och minuspolen på batteriet. Andelen tid som varje sida används bestämmer den genomsnittliga spänningen. Spolarna, tack vare sin induktans, jämnar ut dessa pulser: strömmen stiger något under en puls och sjunker sedan under den följande. Detta resulterar i en liten, sågtandsformad variation runt det önskade värdet. Se insidan av en motorstyrenhet och vektormodulation.
Att öka frekvensen: Fördelar och kostnader
Vad man vinner
- Mindre strömfluktuationer: Strömmen har mindre tid att variera mellan två pulser. Förlusterna i motorn som orsakas av dessa fluktuationer minskar.
- Mindre hörbart ljud : Utöver ungefär 20 000 cykler per sekund, vilket är gränsen för den mänskliga hörseln, hörs inte längre det väsande ljudet från skärningen.
- Finkornigare styrning: Styrsystemet mäter och korrigerar vid varje cykel; fler cykler innebär en strömslinga som kan vara snabbare.
Vad vi betalar för
- Minskad förlust vid omkoppling: Vid varje omkoppling förloras en liten mängd energi. Att fördubbla frekvensen fördubblar dessa förluster. Vid höga strömmar kan detta tvinga fram en minskning av den tillåtna strömmen.
- Mer beräkning: Mikrokontrollern måste utföra alla beräkningar i varje cykel.
- `Mindre elektromagnetiska störningar, som kan hanteras genom kretsdesignen.`
Motorns induktans och dess funktion
Strömvågningen beror direkt på motorns induktans: ju lägre induktans, desto snabbare varierar strömmen vid varje puls. Mycket kraftfulla och kompakta motorer med låg induktans kräver därför en högre frekvens för att bibehålla en rimlig strömvågning. Å andra sidan, en navmotor för elscooter, med högre induktans, klarar sig bra med en lägre frekvens.
Det är en av anledningarna till varför man inte kopplar vilken motor som helst till vilken styrenhet som helst utan att först kontrollera: en motor med mycket låg induktans kan, när den används med en styrenhet som har en låg frekvens, uppvisa stora strömtoppar.
Sambandet med motorns hastighet
För att korrekt återskapa en sinusvåg krävs ett tillräckligt antal omkopplingscykler per varv. Frekvensen ökar med hastigheten och antalet poler (se vår guide om Kv, Kt och poler). Vid mycket höga hastigheter på en motor med många poler kan en för låg omkopplingsfrekvens försämra styrningen.
Att hitta en balans
På styrenheter för små elfordon ligger frekvensen vanligtvis mellan några tusen och tiotusentals cykler per sekund. Valet görs genom att beakta:
- Temperaturen på transistorerna i styrenheten för hög ström
- motorns temperatur vid stabil hastighet;
- ljudet, särskilt vid låga hastigheter;
- kvaliteten på styrningen vid maximal hastighet.
Tips för verkstaden.
Ändra inte samplingsfrekvensen om du inte har en specifik anledning och ett sätt att mäta temperaturen. Fabriksinställningarna för en styrenhet motsvarar vanligtvis designen av dess effektförstärkare.
Vanliga frågor
Varför låter min motor som en visselpipa vid låga hastigheter?
Delningen får lindningarna att vibrera något. Om frekvensen ligger inom det hörbara området, kan man höra det, särskilt vid låga hastigheter när allt annat är tyst. En högre frekvens minskar detta vinande, men det kan leda till att styrenheten blir något varmare.
Är en högre frekvens alltid bättre?
Nej. Den minskar fluktuationer och brus, men ökar förlusterna i styrenheten. Utöver en viss gräns leder det till att styrenheten blir varmare utan att ge någon märkbar fördel för motorn.
Ändrar frekvensen för omvandlingen batteritiden?
En viss grad: den fördelar förlusterna mellan styrenheten och motorn. Om den väljs rätt för kombinationen av styrenhet och motor, minimeras den totala förlusten. Effekten är dock relativt liten jämfört med effekten av hastighet och körstil.