A menetsebesség beállításának egy gyakori módja a PWM jelek továbbítása egy aktuátor egyenáramú motorjához, azonban bizonyos esetekben akusztikus zaj keletkezhet a motor sípolása miatt. A projekt tesztelési fázisa során észrevehette, hogy ugyanaz az egyenáramú motor változó hangerővel sípolhat, amikor különböző sebességszabályozó eszközökhöz csatlakoztatja. Ez az egyes sebességszabályozókban vagy Arduino programokban beállított eltérő PWM frekvenciáknak tudható be. Ebben a cikkben a PWM frekvencia beállításának előnyeit és hátrányait, valamint a motor sípolására gyakorolt hatását tárgyaljuk.
Gyakori kérdések
Az alábbiakban áttekintjük a gyakori kérdéseket, amelyek segítenek röviden áttekinteni a kitöltési tényező, a PWM alapjait, és azt, hogy a PWM frekvencia változásai milyen hatással vannak az egyenáramú motorokra.
- Mi a kitöltési tényező?
Kitöltési ciklus a bekapcsolási és a kikapcsolási idő aránya, amelyet általában százalékban fejeznek ki. Ez azt jelenti, hogy ha a működtető 20 másodpercig kinyúlik és visszahúzódik, majd további 40 másodpercet nyugalmi állapotban tölt, mielőtt a folyamat megismétlődik, akkor a „munkaciklus” 33%-ban lenne kifejezve. Egy „teljes ciklus” időtartama ebben a példában 60 másodperc lesz.
Munkaciklus = Bekapcsolási idő / (Bekapcsolási idő + Kikapcsolási idő)
- Mit jelent a PWM?
Impulzusszélesség-moduláció (PWM) egy olyan technika, amelyet gyakran használnak a motorok üzemeltetésében, ahol az elektromos jelek a motorra adott tápfeszültség 0% és 100%-a között váltanak, hasonlóan a kitöltési tényező be- és kikapcsolásához. Ez lehetővé teszi a motorra adott feszültség átlagértékének szabályozását a motor fordulatszámának beállításához. A kitöltési tényező szabályozása lehetővé teszi az átlagos feszültségérték szabályozását a motor fordulatszámának beállításához.
Kitöltési tényező * Forrásból származó feszültség = Átlagos feszültségérték
- Mi a PWM frekvencia, és hogyan befolyásolja az egyenáramú motor teljesítményét?
A PWM frekvencia azt jelzi, hogy milyen gyorsan hajt végre egy PWM ciklust a motorvezérlő eszköz. Nem ritka, hogy az egyenáramú motorok sípoló hangot hallanak, amikor a használt motorvezérlő alacsonyabb PWM frekvenciákra van állítva.
- Teljesen ki lehet küszöbölni a motor búgását, vagy várható némi zaj?
Ez változhat, mivel a gyártók általában beépített toleranciával rendelkeznek, ami a motorzajok és -karakterisztikák széles skáláját okozza. Bizonyos motortervek olyan rotorokkal rendelkezhetnek, amelyek a használt PWM frekvenciától függetlenül némi motorzúgást okozhatnak. A jó állapotú egyenáramú motorok esetében a PWM frekvencia lehető legmagasabbra állítása általában segít a motorzúgás csökkentésében (erről később részletesebben is lesz szó).
- A PWM frekvencia módosítása a motor vonyításának csökkentése érdekében negatív hatással lehet a motorra vagy az általános rendszer teljesítményére?
A PWM frekvencia növekedése a H-híd teljesítményveszteségének növekedését eredményezi, amelyet a készülékkel használunk. Arduino mikrovezérlő és a motorvezérlő panel túlmelegedését okozhatja. A felhasználóknak valamilyen módszert kell alkalmazniuk a H-híd vagy a motorvezérlő hűtésére, hogy megakadályozzák az alkatrészek károsodását.
Mi okozza az egyenáramú motorok nyüszítését?
A motor akusztikus zajával foglalkozunk, amely az emberi fül számára hallható, és nem elektromos zaj. Fent egy működő egyenáramú motor helyettesítő áramköre látható. Az ellentétes elektromotoros erő (EMF) miatt az áram folyásával ellentétes irányú feszültség keletkezik a motor tekercseinek mágneses mezőhöz viszonyított mozgásából. Nyugalmi állapotban vagy alacsony fordulatszámon a kefés egyenáramú motor helyettesítő áramkörének kicsi vagy egyáltalán nincs ellentétes elektromotoros erője, és hasonló az alább látható elsőrendű RL áramkörhöz.
A motor nyüszítő hangját, amit hallunk, az áram (i) ingadozásából keletkező nyomatékingadozás okozza. Azt is tudjuk, hogy az RL aluláteresztő szűrő felső határfrekvenciája az alábbi képlettel néz ki:
Frekvenciahatár = 1 / (2π𝜏)
Ahol:
𝜏 = B / J
L = induktivitás (H)
R = Ellenállás (Ω)
𝜏 = időállandó (másodperc)
Az elméletileg ideális PWM frekvencia a motor áramkörének induktivitásától és ellenállásától függ, de várhatóan nagyobb vagy egyenlő a határfrekvenciával. A PWM frekvencia magasabb tartománya lehetővé teszi, hogy az egyenáramú motoron átfolyó áram elérje a maximális áramérték 99,3%-át (közel 100%-át), így elkerülhető az áramingadozás és csökkenthető a motor bőgése.
H-híd teljesítményvesztesége és hőelvezetése
Ahogy egy kapcsoló be- és kikapcsolásból átvált, a feszültség és az áram nem nulla, ami a kapcsolók által elnyelt energiát eredményez. Egy H-híd kapcsolás közben mind feszültség, mind áram jelen van, így a PWM frekvencia növeléséből adódó magasabb kapcsolási frekvencia több hő- és energiaelvezetést jelent. A károsodás elkerülése és a megfelelő működés biztosítása érdekében ajánlott olyan hűtőbordákat vagy ventilátorokat telepíteni a motorvezérlő kártyákra, amelyek nem tartoznak a hűtőeszközökhöz.
A miénk LC-81 MegaMoto GT H-híd Arduino pajzs beépített hűtőventilátorral és hűtőbordákkal rendelkezik a túlmelegedés további csökkentése érdekében, így ideális nagy áramerősségű terhelésekhez. Alacsonyabb áramfelvételi igényű aktuátorokhoz a következőt is kínáljuk: LC-80 MegaMoto Plus H-híd ArduinohozMindkettő A H-híd használható Arduinóval mikrovezérlőkkel rendelkeznek, és PWM frekvenciabesorolásuk akár 20 kHz-ig is terjedhet egyenfeszültség esetén.
Hogyan csökkenthető az egyenáramú motor zümmögése a PWM frekvencia Arduino-val történő beállításával?
A számláló órajelének sebessége határozza meg a kimeneti jel PWM frekvenciáját. A legnépszerűbb Arduino Uno, a rendszerórajelet elosztjuk egy előosztó értékével, így kapjuk meg a számláló órajelét. A CS02, CS01 és CS00 az időzítő/számláló regiszterek három legkisebb helyiértékű bitje, amelyek az előosztó 3 bites értékét tárolják.
Állítsd be vagy töröld ezt a három legkevésbé jelentős bitet a vonatkozó TCCRnB regiszterben, amely az Arduino kódod void setup() szegmensében található. az időzítő előosztók módosítása kódolással, a PWM frekvencia a referenciavideóban látható módon állítható.
Arduino PWM oktatóanyag #1 - A PWM frekvencia módosítása:
Egy átlagos ember általában 20 Hz és 20 000 Hz közötti hangokat hall.
Frekvencia = ciklus/idő
1 Hz = 1 ciklus/másodperc
20 Hz = 1 ciklus / (idő)
20 Hz * (Idő) = 1 ciklus
Idő = 1 ciklus/ 20 Hz
Idő = 0,05 másodperc
Idő = 50 ms
20 Hz-es PWM frekvencia esetén egy ciklus 50 milliszekundum alatt történik, az alábbiak szerint.
20 kHz feletti frekvenciákon minden ciklus rövidebb lesz, mint egy átlagos ember reakcióideje, és ennek eredményeként a legtöbb ember nem hallja a motorzúgást. A 16 kHz és 20 kHz közötti PWM frekvenciatartomány általában megoldja az egyenáramú motorok zúgásának legtöbb problémáját. Ez a tartomány kiindulópontként használható a teszteléshez, mielőtt fokozatos beállításokat végezne a PWM frekvencia finomhangolásához, kifejezetten a motor viselkedéséhez és jellemzőihez igazítva.
Frekvencia = ciklus/idő
20 kHz = 1 ciklus / (idő)
20000 Hz * (Idő) = 1 ciklus
Idő = 1 ciklus/ 20000 Hz
Idő = 0,00005 másodperc
Idő = 50 µs
20 kHz-es PWM frekvencia esetén egy ciklus 50 mikroszekundum alatt történik, az alábbiak szerint.
ÖSSZEFOGLALVA
A PWM frekvencia beállítása segíthet minimalizálni a motor zúgásának nemkívánatos hangját, azonban tisztában kell lennünk ennek előnyeivel és hátrányaival. Fontos megtalálni a megfelelő PWM frekvenciát, amely a legjobb egyensúlyt biztosítja a motorvezérlő teljesítményvesztesége, a hőelvezetés és a motor zúgása között, és amely az Ön számára is megfelelő.
Reméljük, hogy Ön is ugyanolyan informatívnak és érdekesnek találta ezt az anyagot, mint mi, különösen, ha többet szeretett volna megtudni az alacsonyabb PWM frekvencián jelentkező egyenáramú motorok zümmögéséről. Ha bármilyen kérdése van, vagy szeretne bővebben beszélni termékeinkről, kérjük, ne habozzon kapcsolatba lépni velünk! Szakértők vagyunk a szakmánkban, és örömmel segítünk mindenben, amiben csak tudunk.
sales@progressiveautomations.com | 1-800-676-6123