אספקת אותות PWM למנוע הזרם הישר של מפעיל היא שיטה נפוצה להתאמת מהירות התנועה, אולם במקרים מסוימים עלולות להיווצר רעש אקוסטי כתוצאה מיללות המנוע. בשלב מסוים במהלך שלב הבדיקה של הפרויקט, ייתכן ששמתם לב שאותו מנוע זרם ישר מייצר יללות מנוע בעוצמה משתנה בעת חיבורו לבקרי מהירות שונים. ייתכן שהדבר נובע מתדרי PWM שונים שהוגדרו בכל בקר מהירות או תוכנית ארדואינו. במאמר זה, נסקור את היתרונות והחסרונות של התאמת תדר PWM וכיצד הוא משפיע על יללות המנוע.
שאלות נפוצות ונפוצות
להלן סקירה כללית של השאלות הנפוצות והנפוצות שאנו מקבלים כדי לעזור לכסות בקצרה את יסודות מחזור העבודה, PWM, ואת ההשפעות של שינויים בתדר PWM על מנועי DC.
- מהו מחזור עבודה?
מחזור עבודה הוא היחס בין זמן ההפעלה לזמן הכיבוי, שבדרך כלל מבוטא באחוזים. משמעות הדבר היא שאם המפעיל שלך נפתח ונסוג למשך 20 שניות, ולאחר מכן מבלה 40 שניות נוספות במנוחה לפני שהתהליך חוזר על עצמו, "מחזור העבודה" יתבטא כ-33%. הזמן שלוקח ל"מחזור מלא" אחד בדוגמה זו יהיה 60 שניות.
מחזור עבודה = זמן פעילות / (זמן פעילות + זמן כבוי)
- מה המשמעות של PWM?
אפנון רוחב הפולס (PWM) היא טכניקה נפוצה בהפעלת מנועים שבה אותות חשמליים עוברים בין 0% ל-100% ממתח האספקה המופעל על המנוע, בדומה להפעלה וכיבוי ממחזור עבודה. זה מאפשר את היכולת לשלוט בערך הממוצע של המתח המופעל על המנוע כדי להתאים את מהירות המנוע. שליטה במחזור העבודה מאפשרת את היכולת לשלוט בערך המתח הממוצע כדי להתאים את מהירות המנוע.
מחזור עבודה * מתח מהמקור = ערך מתח ממוצע
- מהו תדר PWM וכיצד הוא משפיע על ביצועי מנוע DC?
תדר ה-PWM מייצג את המהירות שבה מחזור PWM הושלם על ידי התקן בקרת המנוע שלך. לא נדיר שמנועי DC יחוו רעש יבבה כאשר בקר המנוע בו נעשה שימוש מוגדר לתדרי PWM נמוכים יותר.
- האם ניתן לבטל לחלוטין את יללת המנוע, או שצפוי רעש מסוים?
זה יכול להשתנות מכיוון שליצרן בדרך כלל תהיה סבילות מובנית מסוימת שגורמת למגוון רעשי ומאפייני מנוע שונים. עיצובים מסוימים של מנועים עשויים לכלול רוטורים שגורמים לייללת מנוע מסוימת ללא קשר לתדר ה-PWM בו נעשה שימוש. הגדרת תדר ה-PWM גבוה ככל האפשר עבור מנועי DC שהיו במצב תקין נוטה לסייע בהפחתת יללת המנוע (זה יפורט ביתר פירוט בהמשך).
- האם התאמת תדר ה-PWM כדי להפחית את יללת המנוע יכולה להשפיע לרעה על המנוע או על ביצועי המערכת הכוללים?
עלייה בתדר ה-PWM גורמת לעלייה באובדן ההספק בגשר ה-H המשמש עם ה- שלך. מיקרו-בקר ארדואינו ועלול לגרום להתחממות יתר של לוח מפעיל המנוע. משתמשים יזדקקו לשיטה לקירור גשר ה-H או מפעיל המנוע שלהם כדי למנוע נזק לרכיבים.
מה גורם למנועי DC לילל?
נסקור את הרעש האקוסטי של המנוע, שהוא נשמע לאוזן האנושית ולא רעש חשמלי. מעגל מקביל של מנוע DC פועל נראה למעלה. עקב כוח אלקטרו-מניע אחורי (EMF), מתח בכיוון ההפוך לזרימת הזרם ינבע מתנועת סלילי המנוע יחסית לשדה מגנטי. במנוחה או במהירויות נמוכות, למעגל המקביל למנוע DC עם מברשות יש מעט מאוד EMF, אם בכלל, והוא דומה למעגל RL מסדר ראשון הנראה למטה.
רעש יללת המנוע שאנו שומעים נגרם על ידי אדוות המומנט שנוצרה מאדוות הזרם (i). אנו יודעים גם שתדר החיתוך העליון עבור מסנן מעביר נמוכים RL הוא בעל הנוסחה המוצגת להלן:
ניתוק תדר = 1 / (2π𝜏)
אֵיפֹה:
𝜏 = שמאל / ימין
L = השראות (H)
R = התנגדות (Ω)
𝜏 = קבוע זמן (שניות)
תדר ה-PWM האידיאלי תאורטית יהיה תלוי בהשראות ובהתנגדות של מעגל מנוע, אך צפוי להיות גדול או שווה פי 5 מתדר החיתוך. טווח גבוה יותר זה של תדר PWM יאפשר לזרם העובר דרך מנוע ה-DC להגיע ל-99.3% (קרוב ל-100%) מערך הזרם המרבי כדי למנוע אדוות זרם ולהפחית את יללות המנוע.
אובדן הספק ופיזור חום בגשר H
כאשר מתג עובר ממצב הפעלה וכיבוי, המתח והזרם שונים מאפס וגורמים לפיזור הספק על ידי המתגים. בגשר H קיימים גם מתח וגם זרם בזמן שהם מתחפים, כך שתדר מיתוג גבוה יותר כתוצאה מתדר PWM גדל פירושו פיזור חום והספק רב יותר. מומלץ להתקין גופי קירור או מאווררים על לוחות מנהלי התקנים שאינם כלולים עם התקני קירור אלה כדי למנוע נזק ולהבטיח פעולה תקינה.
שֶׁלָנוּ מגן ארדואינו LC-81 MegaMoto GT H-bridge כולל מאוורר קירור מובנה וצלעות קירור להפחתת התחממות יתר נוספת, מה שהופך אותו לאידיאלי לעומסי זרם גבוהים. עבור מפעילים עם דרישות צריכת זרם נמוכות יותר, אנו מציעים גם את גשר H של LC-80 MegaMoto Plus עבור ארדואינושניהם ניתן להשתמש בגשר H עם ארדואינו מיקרו-בקרים ובעלי דירוגי תדר PWM שמגיעים עד 20 קילו-הרץ עבור מתח DC.
כיצד להפחית את יללות מנוע DC על ידי התאמת תדר PWM עם ארדואינו?
מהירות שעון המונה קובעת את תדר ה-PWM של אות הפלט. עבור הפופולריים ביותר שלנו ארדואינו אונו, שעון המערכת יחולק בערך של מקדם-מדרגה כדי לקבל את שעון המונה. CS02, CS01 ו-CS00 הם שלושת הביטים הפחות משמעותיים של אוגרי הטיימר/מונה המאחסנים את ערך 3 הביטים של מקדם-מדרגה.
הגדר או נקה את שלושת הביטים הפחות משמעותיים הללו באוגר TCCRnB הרלוונטי שנמצא בקטע void setup() של קוד הארדואינו שלך. שינוי הגדרות הטיימר באמצעות קידוד, ניתן לכוונן את תדר ה-PWM כפי שניתן לראות בסרטון עיון זה.
מדריך PWM לארדואינו #1 - כיצד לשנות את תדר ה-PWM:
האדם הממוצע ישמע בדרך כלל צלילים בתדרים שבין 20 הרץ ל-20,000 הרץ.
תדירות = מחזור/זמן
1 הרץ = מחזור/שנייה אחד
20 הרץ = מחזור אחד / (זמן)
20 הרץ * (זמן) = מחזור אחד
זמן = מחזור אחד / 20 הרץ
זמן = 0.05 שניות
זמן = 50 מילישניות
עבור תדר PWM של 20 הרץ, מחזור אחד יתרחש על פני תקופה של 50 מילישניות כפי שניתן לראות להלן.
בתדרים מעל 20 קילוהרץ, כל מחזור מתקצר מזמן התגובה הממוצע של אדם, ויגרום לכך שרוב האנשים לא יוכלו לשמוע יללות מנוע. טווח תדרי PWM של 16 קילוהרץ עד 20 קילוהרץ יפתור בדרך כלל את רוב הבעיות של יללות מנוע DC. טווח זה יכול לשמש כנקודת התחלה לבדיקות לפני ביצוע התאמות הדרגתיות לכיוון אופטימיזציה של תדר PWM ספציפית להתנהגות ולמאפייני המנוע שלך.
תדירות = מחזור/זמן
20 קילוהרץ = מחזור אחד / (זמן)
20000 הרץ * (זמן) = מחזור אחד
זמן = מחזור אחד / 20000 הרץ
זמן = 0.00005 שניות
זמן = 50 מיקרו-שניות
עבור תדר PWM של 20 קילוהרץ, מחזור אחד יתרחש על פני תקופה של 50 מיקרו-שניות כפי שניתן לראות להלן.
לסיכום
כוונון תדר PWM יכול לסייע במזעור הצליל הלא רצוי של יללות המנוע, אולם עלינו להיות מודעים ליתרונות ולחסרונות של ביצוע פעולה זו. חשוב למצוא את תדר ה-PWM המתאים בעל האיזון הטוב ביותר בין אובדן הספק של נהג המנוע, פיזור חום ויללות המנוע, שמתאים לכם.
אנו מקווים שמצאתם את זה אינפורמטיבי ומעניין כמונו, במיוחד אם חיפשתם לדעת עוד על תנועות מנוע DC בתדר PWM נמוך. אם יש לכם שאלות או שאתם רוצים לדון עוד במוצרים שלנו, אל תהססו לפנות אלינו! אנחנו מומחים במה שאנחנו עושים ונשמח לסייע בכל דרך שנוכל.
sales@progressiveautomations.com | 1-800-676-6123