มอเตอร์กระแสตรง - PWM เทียบกับแรงดันไฟฟ้า

เมื่อควบคุมมอเตอร์กระแสตรงที่ได้รับการจัดอันดับที่ 5V ตามหลักวิชาฉันสามารถขับมอเตอร์ด้วยวิธีต่อไปนี้:

1. 5V พร้อม PWM รอบการทำงาน 100%
2. 10V พร้อม 50% PWM รอบการทำงาน
3. 20V กับ PWM รอบการทำงาน 25%

มีความแตกต่างระหว่างทั้งสองหรือไม่? การใช้ออปชั่น 2/3 จะทำให้อายุการใช้งานของมอเตอร์สั้นลงหรือไม่? การเปลี่ยนความถี่ PWM จะช่วยปรับปรุงอายุการใช้งานของมอเตอร์หรือไม่? เหตุผลในการทำเช่นนี้คือมันเป็นไปได้ที่จะขับมอเตอร์ช้าลงด้วยแรงดันที่สูงขึ้น

ใช่มันแตกต่างกันมาก ไดรฟ์ PWM และไดรฟ์แยกแรงดันไม่ได้หมายความว่ามาก แต่เมื่อรวมกันในวิธีนี้คุณจะได้รับประสิทธิภาพที่แตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญ

ด้วยไฟฟ้าคุณสามารถสร้างแบบจำลองมอเตอร์เป็นตัวเหนี่ยวนำ (ขดลวด) ตัวต้านทานและแหล่งกำเนิดแรงดันไฟฟ้า (EMF ตามสัดส่วนกับความเร็วมอเตอร์) เมื่อคุณใช้แรงดันไฟฟ้าที่ต่ำกว่าเมื่อเทียบกับแรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้นคุณจะ:

• รับช้าลงผ่านขดลวดมอเตอร์ลดแรงบิด$dI/dt$
• มีความเร็วสูงสุดต่ำกว่าเนื่องจาก EMF ด้านหลัง

ด้วย PWM และแรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้นคุณจะสามารถบรรลุความเร็วสูงสุดที่สูงขึ้นและมักจะมีแรงบิดสูงกว่าที่ความเร็วเท่ากัน

ไม่มีเหตุผลจริงที่มอเตอร์จะเกิดความเสียหายเมื่อใช้แรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้น ความเสียหายของมอเตอร์เกิดจาก:

• แบกเกิน (เช่นผลักไปด้านข้างบนเพลาของเพลาแบริ่งแรงขับ)
• ตลับลูกปืน overspeed (ขึ้นอยู่กับน้ำมันที่ใช้เป็นหลัก)
• แปรง arcing (เกิดจากความเร็วสูงและในระดับที่น้อยกว่าและกระแสที่สูงขึ้น)
• การเสียรูปและการทำลายโครงสร้างภายในเนื่องจากความร้อนสูงเกินไป

นอกจากนี้ความร้อนสูงเกินไปหรือการทำงานของมอเตอร์ที่กระแสสูงมากจะทำให้แรงบิดลดลงอย่างมากเนื่องจากความอิ่มตัวของสนามแม่เหล็ก

หากคุณสามารถรับประกันได้ว่าคุณจะรักษาความเร็วของมอเตอร์ให้อยู่ในระดับแรงบิดและแรงรวมถึงการทำให้มอเตอร์เย็นลงอย่างเหมาะสมไม่มีข้อเสียในการใช้งานด้วยแรงดันไฟฟ้าที่สูงกว่าด้วย PWM

PWM ที่ขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์เป็นแปลงเจ้าชู้ เท่าที่วงจรและมอเตอร์ของคุณสร้างตัวแปลงบั๊กที่ดีก็ไม่มีความแตกต่างระหว่างตัวเลือกแต่ละตัวของคุณ

สิ่งที่ควรทราบ:

ที่แรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้นบางอย่างอาจจะประมาณ $1000V$ฉนวนกันความร้อนในขดลวดจะล้มเหลว $20V$ ต่ำเกินไปสำหรับเรื่องนี้ที่จะต้องกังวล

หากความถี่ PWM ของคุณต่ำเกินไปสำหรับการเหนี่ยวนำขดลวดของมอเตอร์กระแสในแต่ละรอบ PWM จะเปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญคุณจะมีระลอกแรงบิดสูงและคุณไม่มีตัวแปลงบั๊กที่ดีอีกต่อไป ประสิทธิภาพและประสิทธิภาพจะประสบ ในกรณีที่รุนแรงคุณอาจไม่ได้รับมอเตอร์หมุน

เช่นเดียวกับตัวแปลงบั๊กไดรฟ์ PWM เกี่ยวข้องกับทรานซิสเตอร์และวงจรอื่น ๆ ซึ่งจำเป็นต้องมีการสูญเสียเพิ่มเติม ไดรฟ์ PWM มีความซับซ้อนมากขึ้นในการออกแบบยากที่จะทำงานอย่างถูกต้องมีราคาแพงกว่าที่จะใช้ ฯลฯ การสูญเสียเหล่านี้ (ตัวอย่างเช่นการสูญเสียฮิสเทรีซิส) อยู่ภายในมอเตอร์และจะทำให้อุณหภูมิมอเตอร์สูงขึ้น มักจะ จำกัด พารามิเตอร์สำหรับประสิทธิภาพของมอเตอร์และอุณหภูมิที่สูงขึ้นโดยรวมจะลดอายุการใช้งานของมอเตอร์ อย่างไรก็ตามคุณต้องการการออกแบบที่แย่มาก ๆ ที่จะทำให้การสูญเสียวิธีการสูญเสียที่คุณมีอยู่ที่ DC เช่นการสูญเสียความต้านทานในขดลวดดังนั้นความแตกต่างระหว่างประสิทธิภาพของไดรฟ์ PWM และ DC จึงไม่มาก

มีสองสิ่งที่คุณต้องระวังเมื่อคุณใช้ PWM

ก่อนอื่นแรงดัน PWM ที่มอเตอร์ของคุณจะเห็นจะมีฮาร์โมนิกความถี่สูง เสียงประสานเหล่านี้จะทำให้เกิดการสูญเสียในมอเตอร์ของคุณซึ่งจะไม่เกิดขึ้นหากคุณใช้แรงดันไฟฟ้ากระแสตรง สิ่งนี้หมายความว่ามอเตอร์ของคุณจะร้อนขึ้นเมื่อใช้ PWM กับ DC (ทุกอย่างเท่ากัน) สิ่งนี้มีผลต่อชีวิตของมอเตอร์ของคุณอย่างไรขึ้นอยู่กับหลาย ๆ อย่าง มีกฎง่ายๆในโลกของมอเตอร์ที่บอกว่าทุกๆ 10 ° C ที่เพิ่มขึ้นในอุณหภูมิของขดลวดมอเตอร์คุณจะลดอายุการใช้งานของฉนวนของมอเตอร์ลงครึ่งหนึ่ง คุณจะต้องทำการทดสอบเรตติ้งของมอเตอร์ด้วยไดรฟ์ PWM ที่คุณใช้ในการตรวจสอบมอเตอร์หรือเพื่อบอกคุณว่ามันร้อนแรงแค่ไหนที่จะใช้ PWM ที่ระดับป้าย คนส่วนใหญ่มีความพร้อมในการทำแบบทดสอบนี้จริงๆ

ประการที่สองสมมติว่าคุณกำลังพูดถึงแรงดันไฟฟ้าต่ำเช่นตัวอย่างของคุณ (5V-20V) แรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นอาจจะไม่ส่งผลกระทบต่ออายุการใช้งานของฉนวนมากนัก เห็นได้ชัดว่ามันขึ้นอยู่กับมอเตอร์ แต่โดยทั่วไปฉนวนในมอเตอร์สามารถทนต่อแรงดันไฟฟ้าได้สูงถึง 1,000 V เป็นระยะเวลาสั้น ๆ แรงดันไฟฟ้าที่ได้รับเนื่องจาก PWM หมายความว่าคุณไม่ต้องกังวลเกี่ยวกับการลดอายุการใช้งานของฉนวนจนกว่าคุณจะพูดถึงมอเตอร์ที่มีการจัดอันดับ ~ 400V-600V หรือสูงกว่า แรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้นด้วย PWM อาจส่งผลต่ออายุการใช้งานแปรง แต่มันยากที่จะพูดโดยไม่ต้องทดสอบ