¿Por qué los motores zumban cuando se aplican PWM?

Question

¿Por qué los motores (DC) hacen un zumbido cuando se les aplica un PWM de ciclo de trabajo bajo?

Una vez apliqué un PWM de 10% de ciclo de trabajo a un motor de engranajes y no se movió. Sólo hizo un sonido de zumbido. ¿Qué le hace un ciclo de trabajo bajo a un motor que lo hace zumbar?

Answer 1

Cuando manejas un motor con una señal PWM, básicamente lo estás apagando y encendiendo muy rápidamente. Si el motor se mueve mientras esto sucede, su inercia (junto con la inductancia del devanado) suaviza la señal PWM de manera que la velocidad del motor es proporcional al tiempo medio que el motor está encendido.

Si se utiliza un ciclo de trabajo muy bajo, significa que el motor se enciende sólo durante una cantidad muy pequeña de tiempo en cada ciclo. Si la potencia media suministrada al motor es demasiado pequeña para superar la fricción y cualquier carga en el eje del motor, el motor se calará. En el caso del PWM, se encenderá, se calará y se apagará, una y otra vez, lo que esencialmente lo hace vibrar a la frecuencia del PWM. Si esta frecuencia está dentro del rango audible para los humanos (entre ~20Hz y ~20kHz), oirás esta vibración como un zumbido.

El rotor vibra en el campo magnético que se enciende y se apaga. Al encenderlo, intenta girar pero sólo puede moverse un poco antes de volver a apagar el campo, momento en el que dejará de moverse de nuevo. Vibra de un lado a otro. Esto puede mover el aire que lo rodea, pero también mueve todo el motor - ley de Newton: ¡toda acción tiene una reacción igual y opuesta! Al vibrar todo el motor, el aire que lo rodea vibrará con él y producirá un sonido.

Prueba a poner el motor sobre una caja hueca, esto amplificará las vibraciones del estator y el sonido se hará más fuerte. A la inversa, apriétalo sobre algo como un trozo de goma y eso amortiguará las vibraciones: se vuelve más silencioso.

Answer 2

La corriente va y viene por las bobinas del motor, generando un campo magnético alterno, que a su vez genera microvibraciones mecánicas que producen el sonido.

Answer 3

Ya he tenido este problema antes. Lo solucioné aumentando la frecuencia PWM a una frecuencia inaudible (por encima de 20 kHz). Es fácil de hacer en Arduino, donde se puede configurar hasta 62 kHz. Busca en Google "Arduino fast PWM". Espero que esto ayude.

Answer 4

Hay varias fuentes posibles de zumbidos. Cuando el campo magnético de las bobinas se invierte, las placas de las bobinas (las bobinas de los motores suelen ser placas apiladas para reducir los efectos de la histéresis) se sacuden y se mueven ligeramente unas contra otras. Los motores construidos con más inclinación (mecanizado impreciso) tienen el potencial de que las bobinas se balanceen ligeramente contra la barra de rodamiento cuando las fuerzas magnéticas se invierten. La pila de placas de la bobina puede expandirse y contraerse debido a la compresión aplicada y liberada a medida que se aplica y libera el campo. Tenga en cuenta que hay motores silenciosos, y que éstos suelen estar mecanizados y ensamblados con tolerancias muy ajustadas, de modo que hay muchas menos posibilidades de que se produzcan estos efectos de vibración.

Answer 5

Lo más probable es que el motor de corriente continua del que hablas sea un motorreductor. Los engranajes tienen una holgura entre los dientes para permitir la lubricación y evitar que se dañen los dientes. Con un PWM bajo, sólo está suministrando la potencia suficiente para que los dientes se muevan a través de su holgura y toquen el diente correspondiente. Esta es la razón del ruido.