Aktüatörün DC motoruna PWM sinyalleri göndermek, hareket hızını ayarlamanın yaygın bir yöntemidir; ancak bazı durumlarda motorun vızıldaması yoluyla akustik gürültüye neden olabilir. Projenizin test aşamasında, aynı DC motorunuzun farklı hız kontrol cihazlarına bağlandığında farklı ses seviyelerinde vızıldama sesi çıkardığını fark etmiş olabilirsiniz. Bu, her hız kontrol cihazında veya Arduino programında ayarlanan farklı PWM frekanslarından kaynaklanabilir. Bu makalede, PWM frekansını ayarlamanın avantajlarını ve dezavantajlarını ve bunun motor vızıldamasını nasıl etkilediğini ele alacağız.
Sıkça Sorulan ve Genel Bilgiler
Aşağıda, görev döngüsü, PWM ve PWM frekansındaki değişikliklerin DC motorlar üzerindeki etkileri hakkında temel bilgileri kısaca ele almak için sıkça sorulan soruların bir özeti bulunmaktadır.
- Görev Döngüsü nedir?
Görev döngüsü Çalışma süresi, genellikle yüzde olarak ifade edilen, çalışma dışı kalma süresinin oranıdır. Bu, eğer aktüatörünüz 20 saniye boyunca uzama ve geri çekilme yapıyorsa ve ardından işlem tekrarlanmadan önce 40 saniye boyunca hareketsiz kalıyorsa, "çalışma döngüsü"nün %33 olarak ifade edileceği anlamına gelir. Bu örnekte bir "tam döngü" için geçen süre 60 saniye olacaktır.
Çalışma Döngüsü = Çalışma Süresi / (Çalışma Süresi + Kapanma Süresi)
- PWM ne anlama geliyor?
Darbe genişliği modülasyonu (PWM) Bu teknik, motor çalışmasında yaygın olarak kullanılan bir yöntemdir; burada elektrik sinyalleri, motora uygulanan besleme voltajının %0'ı ile %100'ü arasında geçiş yapar, tıpkı görev döngüsündeki açma/kapama gibi. Bu, motora uygulanan voltajın ortalama değerini kontrol ederek motor hızını ayarlama olanağı sağlar. Görev döngüsünün kontrolü, ortalama voltaj değerini kontrol ederek motor hızını ayarlama olanağı sunar.
Çalışma Döngüsü * Kaynaktan Gelen Gerilim = Ortalama Gerilim Değeri
- PWM frekansı nedir ve DC motor performansını nasıl etkiler?
PWM frekansı, motor kontrol cihazınız tarafından bir PWM döngüsünün ne kadar hızlı tamamlandığını gösterir. Kullanılan motor kontrol cihazı düşük PWM frekanslarına ayarlandığında DC motorların vızıltı sesi çıkarması yaygın bir durumdur.
- Motor sesini tamamen ortadan kaldırmak mümkün mü, yoksa bir miktar gürültü olması beklenmeli mi?
Bu durum, üreticilerin genellikle farklı motor gürültülerine ve özelliklerine neden olan bir tolerans aralığına sahip olmaları nedeniyle değişebilir. Bazı motor tasarımlarında, kullanılan PWM frekansından bağımsız olarak, motor vızıltısına neden olan rotorlar olabilir. İyi durumda olan DC motorlar için PWM frekansını mümkün olduğunca yüksek ayarlamak, motor vızıltısının azaltılmasına yardımcı olur (Bu daha sonra daha ayrıntılı olarak ele alınacaktır).
- Motor sesini azaltmak için PWM frekansını ayarlamanın motor veya genel sistem performansı üzerinde olumsuz bir etkisi olabilir mi?
PWM frekansındaki artış, cihazınızla birlikte kullanılan H-köprüsünde güç kaybının artmasına neden olur. Arduino mikrodenetleyici Bu durum motor sürücü kartının aşırı ısınmasına neden olabilir. Kullanıcıların, bileşenlerin hasar görmesini önlemek için H-köprüsünü veya motor sürücüsünü soğutmanın bir yöntemine ihtiyaçları olacaktır.
DC motorların vızıldamasına ne sebep olur?
Motorun insan kulağı tarafından duyulabilen, elektriksel gürültü olmayan akustik gürültüsünü ele alacağız. Çalışan bir DC motorun eşdeğer devresi yukarıda görülmektedir. Geri elektromotor kuvvet (EMF) nedeniyle, motor bobinlerinin manyetik alana göre hareket etmesi sonucu akım akışının ters yönünde bir voltaj oluşacaktır. Durgun halde veya düşük hızlarda, fırçalı DC motorun eşdeğer devresinde çok az veya hiç geri EMF yoktur ve aşağıda görülen birinci dereceden RL devresine benzer.
Duyduğumuz motorun vızıltı sesi, akım (i) dalgalanmasından kaynaklanan tork dalgalanmasından kaynaklanmaktadır. Ayrıca, bir RL alçak geçiren filtrenin üst kesme frekansının aşağıdaki formüle sahip olduğunu da biliyoruz:
Frekans kesme noktası = 1 / (2π𝜏)
Nerede:
𝜏 = L / R
L = indüktans (H)
R = Direnç (Ω)
𝜏 = zaman sabiti (saniye)
Teorik olarak ideal PWM frekansı, motor devresinin endüktansına ve direncine bağlıdır, ancak kesme frekansının 5 katından büyük veya ona eşit olması beklenir. Bu daha yüksek PWM frekans aralığı, DC motordan geçen akımın maksimum akım değerinin %99,3'üne (yaklaşık %100'üne) ulaşmasını sağlayarak akım dalgalanmasını önler ve motor vızıltısını azaltır.
H-Köprü Güç Kaybı ve Isı Dağılımı
Bir anahtar açılıp kapanırken, voltaj ve akım sıfırdan farklıdır ve anahtarlar tarafından güç tüketimine neden olur. Bir H-köprüsü, anahtarlama sırasında hem voltaj hem de akım içerir; bu nedenle, PWM frekansını artırarak elde edilen daha yüksek anahtarlama frekansı, daha fazla ısı ve güç tüketimi anlamına gelir. Bu soğutma cihazlarıyla birlikte gelmeyen motor sürücü kartlarına ısı emici veya fan takılması, hasarı önlemek ve düzgün çalışmayı sağlamak için önerilir.
Bizim LC-81 MegaMoto GT H-köprü Arduino Shield Aşırı ısınmayı daha da azaltmak için dahili soğutma fanı ve ısı dağıtıcılarına sahiptir, bu da onu yüksek akım yükleri için ideal hale getirir. Daha düşük akım çekme gereksinimlerine sahip aktüatörler için ayrıca şunları da sunuyoruz: LC-80 MegaMoto Plus Arduino için H-köprüsü. İkisi birden H-köprüsü Arduino ile kullanılabilir. Mikrokontrolcüler, DC voltaj için 20 kHz'e kadar çıkan PWM frekans değerlerine sahiptir.
Arduino ile PWM Frekansını Ayarlayarak DC Motorun Vızıltısını Nasıl Azaltabilirim?
Sayaç saatinin hızı, çıkış sinyalinin PWM frekansını belirler. En popüler modellerimiz için... Arduino UnoSistem saati, bir ön bölücü değerine bölünerek sayacın saat sinyali elde edilir. CS02, CS01 ve CS00, ön bölücünün 3 bitlik değerini saklayan Zamanlayıcı/Sayaç kayıtlarının en düşük üç bitidir.
Arduino kodunuzun void setup() bölümünde bulunan ilgili TCCRnB kaydındaki bu üç en düşük anlamlı biti ayarlayın veya temizleyin. Zamanlayıcı ön bölücülerini kodlama yoluyla değiştirmekBu referans videoda görüldüğü gibi, PWM frekansı ayarlanabilir.
Arduino PWM Eğitimi #1 - PWM Frekansını Değiştirme:
Ortalama bir insan genellikle 20 Hz ile 20.000 Hz arasındaki sesleri duyabilir.
Frekans = döngü/zaman
1 Hz = 1 döngü/saniye
20 Hz = 1 döngü / (Zaman)
20 Hz * (Zaman) = 1 döngü
Zaman = 1 döngü / 20 Hz
Süre = 0,05 saniye
Süre = 50 ms
Aşağıda görüldüğü gibi, 20 Hz'lik bir PWM frekansı için bir döngü 50 milisaniyelik bir süre içinde gerçekleşir.
20 kHz'in üzerindeki frekanslarda, her döngü ortalama bir insanın tepki süresinden daha kısa hale gelir ve çoğu kişi motorun vızıltısını duyamaz. 16 kHz ile 20 kHz arasındaki PWM frekans aralığı, DC motor vızıltısının çoğu sorununu genellikle çözer. Bu aralık, motorunuzun davranışına ve özelliklerine özel olarak PWM frekans optimizasyonu için kademeli ayarlamalar yapmadan önce test için bir başlangıç noktası olarak kullanılabilir.
Frekans = döngü/zaman
20 kHz = 1 döngü / (Zaman)
20000 Hz * (Zaman) = 1 döngü
Zaman = 1 döngü / 20000 Hz
Süre = 0,00005 saniye
Süre = 50 µs
20 kHz'lik bir PWM frekansı için, bir döngü aşağıdaki gibi 50 mikrosaniyelik bir süre içinde gerçekleşir.
ÖZETLE
PWM frekansını ayarlamak, istenmeyen motor vızıltısını en aza indirmeye yardımcı olabilir; ancak bunu yapmanın avantaj ve dezavantajlarının farkında olmalıyız. Sizin için en iyi dengeyi sağlayan, motor sürücüsü güç kaybı, ısı dağılımı ve motor vızıltısı arasında en uygun PWM frekansını bulmak önemlidir.
Umarız bu bilgileri bizim kadar bilgilendirici ve ilgi çekici bulmuşsunuzdur, özellikle de düşük PWM frekanslarında DC motor vızıltısı hakkında daha fazla bilgi edinmek istiyorsanız. Herhangi bir sorunuz varsa veya ürünlerimiz hakkında daha fazla bilgi edinmek isterseniz, lütfen bizimle iletişime geçmekten çekinmeyin! Alanımızda uzmanız ve elimizden gelen her şekilde yardımcı olmaktan mutluluk duyarız.
satış@progressiveautomations.com | 1-800-676-6123