एक डीसी मोटर की गति नियंत्रण के लिए pwm आवृत्ति का चयन करने के पीछे मानदंड?

मैं ब्रश डीसी मोटर (24v, 500rpm, 2A, 4kgcm) के लिए गति नियंत्रण सर्किट पर काम कर रहा हूं।

मेरे द्वारा उपयोग किए जाने वाले मुख्य घटक PIC16f873, 4n25 ऑप्टोकॉप्लर, IRFZ44N MOSFET, 500 - 800 डायोड (फ्री व्हीलिंग के लिए) हैं।

PWM फ्रीक्वेंसी चुनने के पीछे क्या मापदंड है?
सिस्टम पर बहुत उच्च और बहुत कम PWM आवृत्तियों के प्रभाव क्या हैं?
यहां उपलब्ध कराए गए हार्डवेयर में क्या कमियां और सुधार हैं?

ढांच के रूप में

— raforanz
स्रोत

मोटर चलाते समय पीडब्लूएम आवृत्ति द्वारा प्रभावित कई मुद्दे हैं:

दालों को पर्याप्त तेजी से आने की जरूरत है ताकि मोटर की यांत्रिक प्रणाली उन्हें बाहर निकाल दे। आमतौर पर Hz के कुछ 10s कुछ 100 Hz के लिए काफी अच्छे होते हैं। यह शायद ही कभी सीमित कारक है।
कुछ मामलों में, यह महत्वपूर्ण है कि पीडब्लूएम आवृत्ति पर रोना नहीं सुना जा सकता है। भले ही एक पूरे के रूप में यांत्रिक प्रणाली एकल दालों पर प्रतिक्रिया नहीं करती है, एक कॉइल के अलग-अलग वाइंडिंग्स कर सकते हैं। एक विद्युत मोटर चुंबकीय बलों पर काम करती है, जिसमें एक तार के प्रत्येक लूप में इन बलों को बनाने की व्यवस्था होती है। इसका मतलब है कि एक घुमावदार तार के प्रत्येक बिट में वर्तमान के समानुपाती बल होता है, कम से कम समय का हिस्सा होता है। वाइंडिंग्स में तार बहुत दूर तक नहीं जा सकते हैं, लेकिन परिणामी होने के लिए यह अभी भी पर्याप्त कंपन कर सकता है। 1 kHz पीडब्लूएम आवृत्ति अन्य सभी मामलों में ठीक हो सकती है, लेकिन अगर यह अंतिम उपयोगकर्ता डिवाइस में जा रहा है तो उस आवृत्ति पर रोना अस्वीकार्य हो सकता है। इस कारण से, अंत उपभोक्ता मोटर नियंत्रण के लिए पीडब्लूएम अक्सर 25 किलोहर्ट्ज़ पर किया जाता है, जो कि ज्यादातर लोग सुन सकते हैं, उससे थोड़ा ही आगे हैं।
औसत कॉइल करंट। यह एक मुश्किल मुद्दा हो सकता है। मोटर के व्यक्तिगत कॉइल ज्यादातर ड्राइविंग सर्किट के लिए आगमनात्मक दिखेंगे। आप चाहते हैं कि कॉइल के माध्यम से करंट ज्यादातर वही हो जो आप PWM द्वारा लगाए गए औसत से उम्मीद करेंगे और प्रत्येक पल्स के ऊपर और नीचे नहीं जाएंगे।

प्रत्येक कॉइल में कुछ परिमित प्रतिरोध होगा, जो इसके माध्यम से वर्तमान के वर्ग के लिए आनुपातिक शक्ति खो देता है। नुकसान एक ही औसत वर्तमान में अधिक होगा जब एक पल्स पर वर्तमान में एक बड़ा बदलाव होता है। स्पंदित वोल्टेज पर लगभग तुरंत प्रतिक्रिया करने वाले कुंडल के चरम उदाहरण पर विचार करें और आप इसे 50% वर्ग तरंग के साथ चला रहे हैं। प्रतिरोधक अपघटन 1/2 होगा जो हर समय कॉइल को पूरी तरह से चलाएगा, औसत करंट (इसलिए परिणामी मोटर टॉर्क) भी फुल का 1/2 है। हालाँकि, अगर कॉइल को दालों के बजाय स्थिर 1/2 करंट के साथ चलाया जाता है, तो प्रतिरोधक विखंडन 1/4 पर पूर्ण होगा, लेकिन पूर्ण पैमाने के समान 1/2 के साथ और इसलिए टॉर्क।

इस बारे में सोचने का एक और तरीका यह है कि आप औसत डीसी स्तर के शीर्ष पर महत्वपूर्ण एसी चालू नहीं चाहते हैं। एसी चालू मोटर को स्थानांतरित करने के लिए कुछ भी नहीं करता है, केवल औसत ही ऐसा करता है। इसलिए एसी घटक केवल कॉइल और अन्य स्थानों में प्रतिरोधक नुकसान का कारण बनता है।
स्विचिंग नुकसान। आदर्श स्विच या तो पूरी तरह से या पूरी तरह से बंद है, जिसका अर्थ है कि यह कभी भी किसी भी शक्ति को भंग नहीं करता है। रियल स्विच तुरंत स्विच नहीं करते हैं और इसलिए कुछ परिमित समय एक संक्रमण क्षेत्र में बिताते हैं जहां वे पर्याप्त शक्ति का प्रसार करते हैं। ड्राइव इलेक्ट्रॉनिक्स के काम का एक हिस्सा इस संक्रमण समय को कम करना है। हालांकि, कोई फर्क नहीं पड़ता कि आप क्या करते हैं प्रति किनारे कुछ समय होगा जहां स्विच आदर्श नहीं है। यह समय आमतौर पर प्रति छोर तय किया जाता है, इसलिए कुल PWM अवधि का इसका अंश आवृत्ति के साथ ऊपर जाता है। उदाहरण के लिए, यदि स्विच प्रत्येक नाड़ी में संक्रमण में कुल 1 switch खर्च करता है, तो 25 kHz PWM आवृत्ति पर, जो कि 40, की अवधि है, संक्रमण का समय कुल का 1/40 है। यह स्वीकार्य हो सकता है। हालाँकि, यदि स्विचिंग आवृत्ति को 100 kHz तक बढ़ा दिया गया, जिसका अर्थ है 10 µ की अवधि, तब संक्रमण का समय 10% होगा। इससे समस्याएँ पैदा होंगी।

आपके सर्किट के लिए, मेरी सबसे बड़ी चिंता यह है कि Q1 को धीरे-धीरे कैसे चलाया जाएगा। ऑप्टो-आइसोलेटर्स कुख्यात रूप से धीमा होते हैं (व्यक्तिगत ट्रांजिस्टर जैसे अधिकांश अन्य घटकों के सापेक्ष), विशेष रूप से बंद होने पर। आपके पास केवल R2 है (हालांकि मैं इसका मूल्य पढ़ सकता हूं) इसे बंद करने के लिए FET गेट पर नीचे खींच रहा हूं। वह धीमा होने जा रहा है। यह ठीक हो सकता है यदि आप धीमी पीडब्लूएम आवृत्ति को सहन कर सकते हैं, जो मैंने ऊपर उल्लिखित अन्य सभी व्यापारों को देखते हुए किया है।

आप ऑप्टो के मोटर की तरफ एक PIC लगाने पर विचार कर सकते हैं। आप UART इंटरफ़ेस या पीडब्लूएम फ़्रीक्वेंसी पर नहीं चलने वाली चीज़ के माध्यम से उस PIC से डिजिटल रूप से संवाद कर सकते हैं। उसके बाद PIC स्थानीय स्तर पर उपयुक्त PWM उत्पन्न करता है और उस उद्देश्य के लिए अतिरिक्त सर्किटरी के साथ Q1 को बंद और हार्ड ड्राइव करता है। इस तरह से उच्च गति संकेतों और तेज किनारों एक ऑप्टो आइसोलेटर भर में नहीं जाते हैं।

— ओलिन लेट्रोप
स्रोत

यह बिंदु # 3 पर जोर देने लायक हो सकता है। टोक़ औसत धारा के समानुपाती होगा, जबकि मोटर में प्रतिरोधक शक्ति अपव्यय वर्तमान वर्ग के औसत के अनुपातिक होगा [औसत वर्तमान का वर्ग नहीं]। यदि एक गैर-चलती मोटर का डीसी प्रतिरोध एक ओम है और इसमें 1 ए लगातार बह रहा है, तो यह एक वाट को नष्ट कर देगा। यदि वर्तमान में 2A आधा समय और 0A आधा समय होता है, तो टोक़ लगभग एक ही होगा लेकिन बिजली अपव्यय दो वाट होगा। यह अतिरिक्त शक्ति खुद को बढ़ाए गए आपूर्ति प्रवाह के रूप में प्रकट करेगी।

— सुपरकैट

@olin लेथ्रोप, क्या होगा यदि मैं उच्च स्विचिंग गति को प्राप्त करने के लिए एक उपयुक्त ट्रांजिस्टर के साथ ऑप्टो कपलर को बदलने के लिए मस्जिद चलाऊं।

— रफोरनाज़

@ आर्टो: तब आपके पास अब अलगाव नहीं है। यदि आपको वास्तव में अलगाव की आवश्यकता नहीं है, तो पहली जगह में ऑप्टो का क्या मतलब था?

— ओलिन लेट्रोप

मैंने सिर्फ एक अलगाव के बारे में सोचा क्योंकि यह एक मोटर के साथ काम कर रहा है। लेकिन आपने कहा कि यह उच्च आवृत्तियों को संभाल नहीं सकता है।

— रफोरनाज़

यह ध्यान देने योग्य हो सकता है कि कई मामलों में आवृत्ति की दो अच्छी श्रेणियां होंगी जहां कोई मोटर चला सकता है - एक उच्च श्रेणी जहां मोटर वर्तमान अनिवार्य रूप से निरंतर है, और एक कम सीमा जहां मोटर वर्तमान अपने डीसी अधिकतम से सभी तरफ घूमता है हर चक्र को शून्य करने के लिए। उच्च आवृत्तियों पर, फ्लाईबैक डायोड अपनी वोल्टेज ड्रॉप और मोटर करंट के अनुपात में ऊर्जा बर्बाद करेगा। कम आवृत्तियों पर, फ्लाईबैक डायोड प्रति चक्र एक निश्चित मात्रा में ऊर्जा बर्बाद करेगा। कुछ मामलों में, MOSFET के साथ फ्लाईबैक डायोड को बदलने से दक्षता में सुधार हो सकता है।

— सुपरकैट

मैं इस तरह से ऑप्टो-पृथक गेट ड्राइवर की सिफारिश करूंगा: https://www.fairchildsemi.com/datasheets/FO/FOD3182.pdf मैंने ~ 200kHz स्विचिंग आवृत्ति पर कक्षा डी एम्पलीफायर में कुछ इस तरह का उपयोग किया है।

इसके अलावा, घुमावदार प्रतिरोध पर टिप्पणी करने के लिए, मोटर में वर्तमान डायोड के माध्यम से घूमता रहेगा, और जब स्विच चालू होगा, तो यह तेजी से बढ़ेगा। जब स्विच बंद हो जाता है तो सड़ जाता है, इसलिए वाइंडिंग्स में गर्मी उतनी खराब नहीं होगी।

— दारियो डेंटेस
स्रोत