डीसी मोटर - PWM बनाम वोल्टेज

Question

5V पर रेट होने वाली DC मोटर को सैद्धांतिक रूप से नियंत्रित करते समय मैं मोटर को इन तरीकों से चला सकता हूं:

1. 100% शुल्क चक्र PWM के साथ 5V।
2. 50% शुल्क चक्र PWM के साथ 10V।
3. 25% शुल्क चक्र PWM के साथ 20V।

क्या दोनों के बीच कोई अंतर है? क्या विकल्प 2/3 मोटर के जीवन को छोटा करेगा? पीडब्लूएम आवृत्ति को बदलने से मोटर जीवनकाल में सुधार होगा? ऐसा करने का कारण यह है कि उच्च वोल्टेज के साथ मोटर को बहुत धीमा चलाना संभव है।

Comments

मुझे यकीन नहीं है कि मैं अंतिम कथन का पालन करता हूं कि आपको क्यों लगता है कि आप मोटर को उच्च वोल्टेज के साथ चला सकते हैं?

— पीटरजे

25% समय आप 4 बार रेटेड वोल्टेज के लिए आवेदन करेंगे। आपके पास उच्च वोल्टेज के साथ-साथ बड़े वर्तमान स्पाइक्स होंगे और दोनों आपकी मोटर को नुकसान पहुंचा सकते हैं, भले ही वे केवल 25% समय पर लागू हो रहे हों।

— EwokNightmares

आप विचार करना चाह सकते हैं कि वास्तव में क्या हो रहा है - वोल्टेज आपके मोटर के माध्यम से वर्तमान को धक्का देने का एक साधन है, दो का उत्पाद वास्तविक शक्ति है। नियंत्रित वोल्टेज डीसी इमदादी मोटर को नियंत्रित करने का एक बहुत अस्पष्ट तरीका है।

— जॉन यू

मुझे लगता है कि इसका परिणाम भी संभव है कि आपके पास अधिक टोक़ लहर भी हो सकती है।

— EwokNightmares

आपका कर्तव्य आवृत्ति क्या है? 1kH :-) के बजाय अगर यह 1Hz हो तो अधिक प्रभाव पड़ता है

— 14

Answer 1

हां, यह बहुत अलग है। पीडब्लूएम ड्राइव और वोल्टेज ड्राइव अलग-अलग होने का वास्तव में इतना मतलब नहीं है, लेकिन इस तरह से संयुक्त होने पर आपको काफी अलग प्रदर्शन मिलेगा।

विद्युत रूप से, आप एक मोटर को एक प्रारंभ करनेवाला (वाइंडिंग्स), रोकनेवाला और एक वोल्टेज स्रोत (ईएमएफ, मोटर की गति के समानुपाती) के रूप में मॉडल कर सकते हैं। जब आप एक उच्च वोल्टेज की तुलना में कम वोल्टेज लागू करते हैं, तो आप करेंगे:

• धीमा हो जाओ $dI/dt$ मोटर घुमावदार के माध्यम से, टोक़ को कम करना
• पीछे EMF की वजह से कम अधिकतम गति है

पीडब्लूएम और एक उच्च वोल्टेज के साथ, आप उच्च गति और अक्सर उच्च गति पर बराबर गति प्राप्त कर पाएंगे।

कोई वास्तविक कारण नहीं है कि उच्च वोल्टेज लागू करने पर एक मोटर को नुकसान होगा। मोटर की क्षति के कारण होता है:

• असर अधिभार (जैसे एक जोर असर धुरा के शाफ्ट पर बग़ल में धक्का)
• असर ओवरस्पीड (ज्यादातर इस्तेमाल किए गए तेल पर निर्भर करता है)
• ब्रश उठना (उच्च गति के कारण और बहुत अधिक, बहुत कम हद तक उच्च धारा)
• अधिक गर्म होने के कारण आंतरिक संरचनाओं का विरूपण और प्रदूषण

इसके अलावा, बहुत अधिक धाराओं पर मोटर को ओवरहीटिंग या चलाने से चुंबकीय संतृप्ति के कारण टॉर्क में (महत्वपूर्ण) कमी होगी।

यदि आप यह गारंटी दे सकते हैं कि आप अपनी मोटर को गति, टॉर्क और फोर्स लिमिट के भीतर रखते हैं और साथ ही इसे अच्छी तरह से ठंडा करते हैं, तो पीडब्लूएम के साथ उच्च वोल्टेज पर इसे चलाने के लिए कोई नकारात्मक पहलू नहीं है।

Comments

बिल्कुल धीमी गति से कैसे होता है $dI/dt$टोक़ कम करें?

— फिल फ्रॉस्ट

@PhilFrost मुझे कहना चाहिए: कम $dI/dt$PWM के साथ संयुक्त। एक धीमी ढलान का मतलब पीडब्लूएम चक्र की अवधि के दौरान वर्तमान का निम्न माध्य मान है। यह डीसीएम ऑपरेशन के लिए सबसे अधिक सच है (जो कि पीडब्लूएम मोटर नियंत्रण के साथ सबसे अधिक बार होता है, जैसा कि आप बेहद कम पीडब्लूएम आवृत्तियों का उपयोग कर रहे हैं) लेकिन सीसीएम के लिए कुछ हद तक सही भी है, हालांकि इसका प्रभाव बहुत छोटा है।

— user36129

क्या आप सुनिश्चित हैं कि डीसीएम मोटर नियंत्रण के लिए आदर्श है? विकिपीडिया का कहना है कि पीडब्लूएम मोटर नियंत्रण आवृत्तियों "कुछ किलोहर्ट्ज़ (kHz) से लेकर दसियों kHz तक मोटर ड्राइव के लिए" होती है; यह वह नहीं है जिसे मैं "बेहद कम" कहूंगा, और अधिकांश मोटरों के साथ मैंने काम किया है, जो ऑपरेशन के सीसीएम क्षेत्र में भी हैं।

— फिल फ्रॉस्ट

यह पूरी तरह से आपके आवेदन पर निर्भर करता है। मैं विशिष्ट छोटे डीसी मोटर अनुप्रयोगों - शौक सामान, आरसी विमानों, आदि के लिए ग्रहण करता हूं। उस डोमेन के लिए, डीसीएम आदर्श है। वे आमतौर पर बहुत कम मोटर अधिष्ठापन (अक्सर <1mH) के साथ, कुछ युगल kHz पर संचालित होते हैं। जैसा कि वर्तमान और भौतिक आकार बढ़ता है, डीसीएम को करना मुश्किल है और सीसीएम वह सब है जो लोग करते हैं। और अत्यंत कम आवृत्ति से, मेरा मतलब श्रव्य क्षेत्र है। मुझे इसकी मात्रा निर्धारित करनी चाहिए थी।

— user36129

विस्तृत उत्तर के लिए धन्यवाद। मेरा लक्ष्य है कि वह जितना संभव हो उतना धीमी गति से मोटर चलाए और मेरे पास पहले से ही उस पर 1: 1000 गियर हैं। मैं छोटी मोटर का उपयोग कर रहा हूं। मोटर शांत चलता है, लेकिन मैं इसके जीवनकाल से चिंतित हूं।

— गिलाद

Answer 2

एक PWM संचालित मोटर एक हिरन कनवर्टर है । इस हद तक कि आपका सर्किट और मोटर एक अच्छा हिरन कनवर्टर बनाते हैं , आपके प्रत्येक विकल्प में कोई अंतर नहीं है।

ध्यान रखने योग्य कुछ बातें:

कुछ बहुत अधिक वोल्टेज पर, शायद आसपास $1000V$, घुमावदार में इन्सुलेशन विफल हो जाएगा। $20V$ यह चिंता का विषय है।

यदि मोटर के घुमावदार अधिष्ठापन के लिए आपका पीडब्लूएम आवृत्ति बहुत कम है, तो प्रत्येक पीडब्लूएम चक्र पर वर्तमान काफी बदल जाएगा, आपके पास उच्च टोक़ तरंग होगी, और आपके पास अब एक अच्छा बक कनवर्टर नहीं होगा। प्रदर्शन और दक्षता को नुकसान होगा। चरम मामले में, आपको मोटर को स्पिन करने के लिए भी नहीं मिल सकता है ।

एक हिरन कनवर्टर के साथ के रूप में, एक PWM ड्राइव में ट्रांजिस्टर और अन्य सर्किटरी शामिल हैं जो आवश्यक रूप से अतिरिक्त नुकसान का परिचय देते हैं। PWM ड्राइव डिजाइन करने के लिए अधिक जटिल है, ठीक से काम करने के लिए कठिन है, लागू करने के लिए अधिक महंगा है, आदि। इनमें से कुछ नुकसान (उदाहरण के लिए, हिस्टैरिसीस नुकसान) मोटर के अंदर हैं, और इसके परिणामस्वरूप एक उच्च मोटर तापमान होगा, जो है आमतौर पर मोटर प्रदर्शन के लिए सीमित पैरामीटर, और एक उच्च तापमान समग्र रूप से मोटर के जीवनकाल को कम करेगा। हालाँकि, आपको इन खराबियों को दूर करने के लिए एक बहुत ही खराब डिज़ाइन की आवश्यकता होगी, जो आपके पास डीसी पर पहले से ही मौजूद घाटे जैसे कि विंडिंग में प्रतिरोधक नुकसान है, इसलिए पीडब्लूएम और डीसी ड्राइव दक्षता के बीच अंतर ज्यादा नहीं है।

Answer 3

जब आप पीडब्लूएम का उपयोग करते हैं तो आपको कुछ चीजें देखने की जरूरत होती है।

सबसे पहले, पीडब्लूएम वोल्टेज जो आपके मोटर को देखेगा, उच्च आवृत्ति हार्मोनिक्स होगा। ये हारमोंस आपकी मोटर में होने वाले नुकसानों का परिचय देंगे, अगर आप डीसी वोल्टेज का उपयोग कर रहे हैं तो यह नहीं होगा। इसका मतलब यह है कि पीडब्लूएम बनाम डीसी (अन्य सभी चीजें बराबर होने पर) के साथ आपकी मोटर गर्म हो जाएगी। यह आपके मोटर के जीवन को कैसे प्रभावित करता है यह बहुत सी चीजों पर निर्भर करता है। मोटर की दुनिया में अंगूठे का एक बहुत कच्चा नियम है जो मोटर कॉइल के तापमान में हर 10 डिग्री सेल्सियस की वृद्धि के लिए कहता है, आप मोटर के इन्सुलेशन के जीवन को आधे से कम कर देते हैं। आपको PWM ड्राइव के साथ मोटर पर एक रेटिंग परीक्षण करना होगा जिसका उपयोग आप या तो मोटर को डुबाने के लिए कर रहे हैं या आपको यह बताने के लिए कि नेमप्लेट रेटिंग में PWM का उपयोग करने में कितना गर्म होगा। अधिकांश लोग वास्तव में इस परीक्षण को करने के लिए सुसज्जित हैं, हालांकि।

दूसरा, यह मानकर कि आप अपने उदाहरण (5V-20V) जैसे कम वोल्टेज के बारे में बात कर रहे हैं, बढ़े हुए वोल्टेज का संभवतः इन्सुलेशन जीवन पर बहुत अधिक प्रभाव नहीं होगा। जाहिर है कि यह मोटर पर निर्भर करता है, लेकिन आमतौर पर मोटरों में इन्सुलेशन कम समय के लिए कम से कम 1000 वी तक वोल्टेज का सामना कर सकता है। PWM के कारण वोल्टेज स्पाइक्स को देखते हुए, इसका मतलब है कि आपको वास्तव में इन्सुलेशन जीवन में कमी के बारे में चिंता करने की ज़रूरत नहीं है जब तक कि आप उन मोटरों के बारे में बात नहीं कर रहे हैं जो ~ 400V-600V या इसके बाद के संस्करण के रेटेड हैं। PWM के साथ उच्च वोल्टेज का ब्रश जीवन पर प्रभाव पड़ सकता है, लेकिन परीक्षण के बिना यह कहना मुश्किल है।