Ciclo de trabajo PWM a voltaje del motor
Convierta el ciclo de trabajo PWM en voltaje efectivo del motor, calcule la velocidad sin carga y la corriente de parada para el control PWM del motor de corriente continua.
Fórmula
V_eff = V_s × D, n₀ = V_eff × Kv
Cómo Funciona
La modulación por ancho de pulso (PWM) controla el voltaje promedio suministrado a un motor de corriente continua al encender y apagar rápidamente la fuente a una frecuencia fija. El ciclo de trabajo (D) es la relación entre el tiempo de funcionamiento y el período, expresado como un porcentaje. La tensión media del motor es igual a D × V_supply, y la velocidad media es aproximadamente proporcional a esta tensión para una carga determinada. En ciclos de trabajo bajos, debe seguir fluyendo suficiente corriente para superar la fricción estática (el ciclo de trabajo mínimo para mover el motor se denomina umbral de banda muerta).
Ejemplo Resuelto
Un motor de 24 V DC debe funcionar al 60% de su velocidad nominal utilizando un controlador PWM a 20 kHz. Paso 1: Ciclo de trabajo requerido: D = 60% → D = 0,60 Paso 2 — Tensión media aplicada al motor: V_avg = 0,60 × 24 V = 14,4 V Paso 3: Período de PWM y puntualidad: T = 1/20000 = 50 µs t_on = 0,60 × 50 µs = 30 µs t_off = 50 µs − 30 µs = 20 µs Paso 4 — Estime la ondulación de la corriente del motor (inductancia del motor L = 2 mH): ΔI = (V_suministro × D × (1−D))/(L × f) ΔI = (24 × 0,60 × 0,40)/(0,002 × 20000) = 5,76/40 = 0,144 A Resultado: configure el temporizador PWM para un pulso alto de 30 µs en un período de 50 µs. La ondulación de corriente de 0,14 A es aceptable para un bobinado de motor de 2 mH.
Consejos Prácticos
- ✓Elija una frecuencia PWM superior a 20 kHz para evitar el ruido audible; para motores inductivos grandes, utilice de 5 a 20 kHz cuando las pérdidas de conmutación sean aceptables
- ✓Agregue un controlador de puerta de arranque o de lado alto al conducir el MOSFET de lado alto de un puente en H; un MOSFET de nivel lógico no se puede mejorar por completo desde un riel de suministro fijo
- ✓Mida la temperatura del motor durante un funcionamiento prolongado de ciclo de trabajo bajo; es posible que el motor reciba un flujo de aire de refrigeración insuficiente de su propio ventilador a bajas velocidades
Errores Comunes
- ✗Uso de una frecuencia PWM demasiado baja (< 1 kHz) para motores con escobillas: los zumbidos audibles y las ondulaciones de alta corriente provocan el sobrecalentamiento y el desgaste de las escobillas
- ✗Si se ignora el umbral mínimo del ciclo de trabajo del motor (por debajo del 10— 20%), es posible que el motor no gire, pero aun así consumirá corriente de parada
- ✗Conducir un motor con un pin GPIO directamente en lugar de un controlador de compuerta: los pines GPIO no pueden generar la carga máxima de puerta necesaria para una conmutación rápida de MOSFET
Preguntas Frecuentes
¿Por qué mi motor zumba o vibra a ciertas frecuencias PWM?
La frecuencia de resonancia mecánica del motor puede excitarse mediante la frecuencia de conmutación PWM o sus armónicos. Intenta barrer la frecuencia PWM; la resonancia normalmente desaparece cuando te alejas entre un 20 y un 30% de la frecuencia de resonancia. El funcionamiento por encima de los 20 kHz elimina por completo el ruido audible.
¿La frecuencia PWM afecta a la eficiencia del motor?
Sí Una frecuencia PWM más alta reduce la ondulación de la corriente y, por lo tanto, las pérdidas de I²R en el bobinado, pero aumenta las pérdidas de conmutación del MOSFET. En el caso de motores pequeños, el rango de separación suele ser de 20 a 50 kHz. Los motores industriales de gran tamaño funcionan a frecuencias más bajas (de 1 a 4 kHz), donde predominan las pérdidas en el núcleo.
¿Cuál es la relación entre el ciclo de trabajo y la velocidad real del motor?
La relación es aproximadamente lineal para una carga determinada, pero la velocidad en un ciclo de trabajo determinado cambia con el par de carga. Con cargas más altas, se produce una mayor caída de tensión a través de la resistencia de la bobina, por lo que la velocidad real es inferior a la estimada en circuito abierto. Un bucle de retroalimentación de velocidad (codificador + PID) corrige esta falta de linealidad.
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