Есть ли способ сказать, на какой частоте мне нужен ШИМ?

8

У меня есть двигатель 12 В постоянного тока, который вращается со скоростью 60 об / мин или 1 Гц. Нужен ли мне ШИМ, соответствующий частоте, чтобы он работал? Большинство из тех, что я видел, имеют частоту около 25 кГц для двигателя 12 В 20 А.

Philbus
источник
4
Выходная скорость очень мало связана с частотой ШИМ. 25 кГц звучит как будто вне диапазона слышимых частот.
Винни
1
Основной компромисс в том, что чем быстрее вы едете, тем меньше акустический шум, но ваша схема привода может нагреваться. Также больше излучаемых выбросов (если это вызывает озабоченность). Чем медленнее вы двигаетесь (до определенной точки), тем меньше нагрев в цепи привода и меньше излучаемых выбросов. Скорее всего, вы обнаружите, что переключение в звуковом диапазоне создает раздражающий тон. Таким образом, 20 кГц - это хорошая минимальная частота, если речь идет об акустическом шуме.
mkeith
Зачем вам вообще нужен ШИМ? Хотите запустить его медленнее, чем номинальная скорость?
Брюс Эбботт

Ответы:

15

Нет. Вы не сопоставляете число оборотов в секунду с частотой ШИМ. Это должно быть намного выше. Вы хотите, чтобы он был достаточно высоким, чтобы двигатель работал плавно (инерция двигателя сглаживает движение, а индуктивность двигателя помогает сгладить ток), но не настолько высоки потери переключения в вашей электронике. Часто по крайней мере 8-10 кГц, но вы можете захотеть> 20 кГц, если слышен шум. У вас есть немного свободы, прежде чем она станет "неправильной" частотой.

DKNguyen
источник
14

Вы хотите, чтобы индуктивность двигателя приводила к достаточно низкой пульсации тока во время цикла ШИМ. Вот правило одного из производителей дисков :

епWM0.6ВSUппLYLMОTОряNОMяNAL

Эта формула приводит к некоторой пульсации, около 40% пика на пределе и D = 50%, поэтому может быть желательна чуть более высокая частота, особенно если двигатель будет работать с низким рабочим циклом.

В любом случае оптимальная частота ШИМ, таким образом, может зависеть от конструкции двигателя (для эффективности переключения и низкой стоимости не требуется, чтобы частота ШИМ была выше необходимой. Излишне высокая частота ШИМ может привести к чрезмерным потерям в двигателе, так как также как и в драйвере. С другой стороны, если частота слишком низкая, RMS-драйвер и ток двигателя будут чрезмерными и приведут к большим потерям драйвера (и медным потерям в двигателе и проводке). могут быть акустические эффекты, такие как раздражающий скулящий, если частота слышна или если она возбуждает вибрационные моды, которые слышны, и на очень низких частотах пульсация крутящего момента может быть даже нежелательной.

Например, для блинных двигателей с очень низкой индуктивностью может потребоваться внешний последовательный индуктор, чтобы можно было использовать разумную частоту ШИМ.

Несмотря на практические правила и т. Д., Вам, вероятно, придется проверить двигатель и драйвер, чтобы получить хорошую оценку эффективности. 20 кГц-25 кГц, вероятно, является разумной отправной точкой для обычного щеточного двигателя постоянного тока с зубчатой ​​головкой, как я думаю, вы описываете.

Спехро Пефхани
источник
1

Частота выбора зависит от применяемого фильтра (например, как RC-фильтр). Ваш двигатель постоянного тока, вероятно, не будет нуждаться ни в каких фильтрах, потому что его инерция будет служить этой цели, пока частота ШИМ достаточно высока (достаточно нескольких кГц). В конечном итоге двигатель будет издавать нежелательный шум, в этом случае вы можете добавить конденсатор для сглаживания.

Те 25 кГц, о которых вы упомянули, вероятно, полагаются на стандарт Intel для фанатов ПК. Но обратите внимание: 25 кГц не пропорциональны оборотам в любом виде. При диммировании с помощью ШИМ рабочий цикл определяет энергопотребление двигателя . Если вы хотите контролировать фактические обороты, вам нужно реализовать цикл управления. Если вы не используете один из упомянутых 4-контактных вентиляторов для ПК, установка оборотов только с помощью ШИМ невозможна.

Сим сын
источник
2
Это довольно сумасшедший компьютерный фанат, если он тянет 20А. Хватит летать на маленькой модели самолета!
Нгуен
Это мотор стеклоочистителя, который я использую для привода шнека для экструдера накаливания. Я обязательно рассмотрю то, что вы упомянули. Я просто немного занят, в противном случае я бы ответил раньше, спасибо за совет!
Филбус
Даже 4-контактным вентиляторам ПК требуется, чтобы материнская плата считывала сигнал скорости вентилятора для управления в замкнутом контуре. Единственное преимущество по сравнению с 3-контактными вентиляторами заключается в том, что регулирование скорости вращения вентилятора осуществляется с помощью ШИМ - и с меньшими потерями - по сравнению с прямым изменением напряжения постоянного тока, которым управляется вентилятор.
19
1

Ответ Шепро показывает способ оценки нижнего предела для епWM, Я хотел бы добавить, что верхний предел обычно зависит от вашего мертвого времени, которое представляет искажение мертвого времени (DTD). В игру вступают несколько аспектов, в том числе ошибка регулирования (которая обычно компенсируется), гармоники (которые иногда необходимо отфильтровывать) и повышенное рассеивание мощности MOSFET (во время паузы ток двигателя протекает через диоды корпуса MOSFET, которые имеют намного более высокое падение напряжения, чем у полностью открытого MOSFET).

Как правило, вы хотите, чтобы ваш период ШИМ был примерно в 50 раз больше, чем мертвое время, поэтому мертвое время, которое происходит дважды во время цикла ШИМ, занимает только 4% времени. Тогда вам нужно будет запрограммировать компенсацию мертвого времени, только если вам нужна хорошая точность, и будет достаточно очень простых методов компенсации (таких как добавление постоянного смещения к рабочему циклу).

Звуковой диапазон уже упоминался. Обычно вы хотитеепWMбыть выше слышимых частот, чтобы избежать шума. Как правило, шум выше 16 кГц считается достаточно слабым, чтобы большинство людей его не различали, особенно за обычным механическим шумом работающего двигателя.

Дмитрий Григорьев
источник