เกณฑ์ที่อยู่เบื้องหลังการเลือกความถี่ pwm สำหรับการควบคุมความเร็วของมอเตอร์ dc หรือไม่?

ฉันกำลังทำงานกับวงจรควบคุมความเร็วสำหรับมอเตอร์แปรงถ่าน (24v, 500rpm, 2A, 4kgcm)

ส่วนประกอบหลักที่ฉันวางแผนจะใช้คือ PIC16f873, optocoupler 4n25, IRFZ44N MOSFET, โดย 500 - 800 ไดโอด (สำหรับการหมุนฟรี)

• เกณฑ์ที่อยู่เบื้องหลังการเลือกความถี่ PWM คืออะไร
• ผลกระทบของความถี่ PWM สูงและต่ำมากในระบบคืออะไร
• สิ่งที่เป็นข้อเสียและการปรับปรุงที่จะทำในฮาร์ดแวร์ที่ให้ไว้ที่นี่?

มีปัญหาหลายอย่างที่ได้รับผลกระทบจากความถี่ PWM เมื่อขับมอเตอร์:

1. พัลส์จะต้องมาเร็วพอที่ระบบกลไกของมอเตอร์จะทำการเฉลี่ย โดยปกติ 10 วินาทีของเฮิร์ตซ์ไปจนถึง 100 เฮิร์ตซ์นั้นดีพอสำหรับเรื่องนี้ นี่คือปัจจัยที่ จำกัด ไม่ค่อย

2. ในบางกรณีเป็นสิ่งสำคัญที่ไม่สามารถได้ยินเสียงหอนที่ความถี่ PWM แม้ว่าระบบกลไกโดยรวมจะไม่ตอบสนองต่อพัลส์เดี่ยว แต่ขดลวดแต่ละม้วนสามารถ มอเตอร์ไฟฟ้าทำงานกับแรงแม่เหล็กโดยลวดทุกเส้นในขดลวดที่จัดเรียงเพื่อสร้างแรงเหล่านี้ นั่นหมายความว่าสายไฟทุกเส้นในขดลวดมีแรงบิดไปด้านข้างตามสัดส่วนกับกระแสอย่างน้อยส่วนหนึ่งของเวลา ลวดในขดลวดไม่สามารถเคลื่อนที่ไปได้ไกล แต่ก็ยังสามารถสั่นได้พอสำหรับผลลัพธ์ที่จะได้ยิน ความถี่ PWM 1 kHz อาจใช้ได้ในทุก ๆ ด้าน แต่ถ้านี่เป็นการเข้าสู่อุปกรณ์ของผู้ใช้เสียงหอนที่ความถี่นั้นอาจไม่เป็นที่ยอมรับ ด้วยเหตุผลนี้ PWM สำหรับการควบคุมมอเตอร์แบบผู้บริโภคขั้นสุดท้ายมักทำที่ 25 kHz ซึ่งเกินกว่าที่คนทั่วไปจะได้ยินเพียงเล็กน้อย

3. กระแสคอยล์เฉลี่ย นี่อาจเป็นปัญหาที่ยุ่งยาก ขดลวดส่วนบุคคลของมอเตอร์จะมีลักษณะส่วนใหญ่อุปนัยกับวงจรการขับขี่ คุณต้องการให้กระแสผ่านขดลวดนั้นส่วนใหญ่เป็นสิ่งที่คุณคาดหวังจากค่าเฉลี่ยที่ใช้โดย PWM และไม่ขึ้นและลงอย่างมากในแต่ละพัลส์

   ขดลวดแต่ละอันจะมีค่าความต้านทาน จำกัด ซึ่งทำให้สูญเสียพลังงานตามสัดส่วนของกำลังสองที่ผ่าน การสูญเสียจะสูงกว่าที่ค่าเฉลี่ยปัจจุบันเมื่อมีการเปลี่ยนแปลงในปัจจุบันมากกว่าพัลส์ ลองพิจารณาตัวอย่างสุดขีดของขดลวดที่ทำปฏิกิริยากับแรงดันไฟฟ้าแบบพัลซิ่งเกือบจะในทันทีและคุณกำลังขับด้วยคลื่น 50% การกระจายตัวต้านทานจะเป็น 1/2 ของการขับคอยล์เต็มตลอดเวลาโดยที่กระแสเฉลี่ย (ดังนั้นจึงเกิดแรงบิดของมอเตอร์) ก็จะเต็ม 1/2 อย่างไรก็ตามหากขดลวดถูกขับเคลื่อนด้วยกระแส 1/2 คงที่แทนที่จะเป็นพัลส์การกระจายตัวต้านทานจะเป็น 1/4 ของเต็ม แต่จะมี 1/2 ของกระแสเต็มสเกลเหมือนกันดังนั้นจึงมีแรงบิด

   อีกวิธีในการคิดเกี่ยวกับสิ่งนี้คือคุณไม่ต้องการกระแสไฟฟ้ากระแสสลับจำนวนมากที่อยู่เหนือระดับ DC โดยเฉลี่ย กระแส AC ไม่ทำอะไรเลยที่จะย้ายมอเตอร์เฉพาะค่าเฉลี่ยเท่านั้นที่ทำ ส่วนประกอบ AC ทำให้เกิดการสูญเสียตัวต้านทานในขดลวดและที่อื่น ๆ เท่านั้น

4. การสลับขาดทุน สวิตช์ในอุดมคตินั้นสามารถเปิดหรือปิดได้เต็มที่ซึ่งหมายความว่ามันจะไม่สูญเสียพลังงานใด ๆ สวิตช์จริงไม่ได้สลับทันทีและใช้เวลา จำกัด ในช่วงการเปลี่ยนผ่านซึ่งจะกระจายพลังงานที่สำคัญ ส่วนหนึ่งของงานอิเล็กทรอนิกส์ไดรฟ์คือการลดเวลาการเปลี่ยนแปลงนี้ อย่างไรก็ตามไม่ว่าคุณจะทำอะไรจะมีบางครั้งต่อขอบที่สวิตช์ไม่เหมาะ เวลานี้มักจะถูกกำหนดไว้ที่ขอบดังนั้นสัดส่วนของระยะเวลา PWM ทั้งหมดจึงขึ้นกับความถี่ ตัวอย่างเช่นหากสวิตช์ใช้เวลารวม 1 ins ในการเปลี่ยนแปลงแต่ละพัลส์จากนั้นที่ความถี่ 25 kHz PWM ซึ่งเป็นระยะเวลา 40 ,s เวลาเปลี่ยนภาพคือ 1/40 ของผลรวม นั่นอาจเป็นที่ยอมรับ อย่างไรก็ตามหากความถี่สวิตชิ่งเพิ่มขึ้นเป็น 100 kHz ซึ่งหมายถึงระยะเวลา 10 ,s ดังนั้นเวลาเปลี่ยนจะเท่ากับ 10% ที่อาจจะทำให้เกิดปัญหา

สำหรับวงจรของคุณความกังวลที่ใหญ่ที่สุดของฉันคือการขับรถช้าๆในไตรมาสที่ 1 ออปโต - ไอโซเมเตอร์ช้ามาก (สัมพันธ์กับส่วนประกอบอื่น ๆ ส่วนใหญ่เช่นทรานซิสเตอร์แต่ละตัว) โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อปิด คุณมี R2 เท่านั้น (แม้ว่าฉันจะสามารถอ่านค่าได้) ดึงลงมาที่ประตู FET เพื่อปิด นั่นจะช้า อาจเป็นไปได้ถ้าคุณสามารถทนความถี่ PWM ที่ช้าโดยพิจารณาการแลกเปลี่ยนอื่น ๆ ทั้งหมดที่ฉันกล่าวถึงข้างต้น

คุณอาจลองวาง PIC ไว้ที่ด้านมอเตอร์ของออปโต คุณสามารถสื่อสารแบบดิจิทัลกับ PIC นั้นผ่านทางอินเตอร์เฟส UART หรือสิ่งที่ไม่จำเป็นต้องทำงานที่ความถี่ PWM PIC นั้นจะสร้าง PWM ที่เหมาะสมภายในเครื่องและขับฮาร์ดไดรฟ์ Q1 และปิดพร้อมวงจรพิเศษสำหรับจุดประสงค์นั้น ด้วยวิธีนี้สัญญาณความเร็วสูงและขอบที่รวดเร็วจะไม่ข้ามตัวแยกแสง opto

ฉันแนะนำให้คนขับเกต opto-isolated อย่างนี้: https://www.fairchildsemi.com/datatab//FO/FOD3182.pdf ฉันใช้สิ่งนี้ในแอมพลิฟายเออร์คลาส D ที่ความถี่ 200kHz สลับ

นอกจากนี้หากต้องการแสดงความคิดเห็นเกี่ยวกับความต้านทานการพันกระแสไฟฟ้าในมอเตอร์จะหมุนผ่านไดโอดและจะเพิ่มขึ้นแบบทวีคูณเมื่อเปิดสวิตช์และ exp สลายตัวเมื่อปิดสวิตช์ดังนั้นความร้อนในขดลวดจะไม่เลว