Estoy trabajando en un circuito de control de velocidad para un motor dc con escobillas (24v, 500rpm, 2A, 4kgcm).
Los principales componentes que planeo usar son PIC16f873, optoacoplador 4n25, MOSFET IRFZ44N, diodo BY 500 - 800(para rueda libre).
La frecuencia PWM afecta a varios aspectos del accionamiento de un motor:
Los impulsos deben ser lo suficientemente rápidos para que el sistema mecánico del motor los compense. Por lo general, entre 10 Hz y 100 Hz son suficientes. Rara vez es el factor limitante.
En algunos casos, es importante que no se oigan gemidos a la frecuencia PWM. Aunque el sistema mecánico en su conjunto no reaccione a impulsos individuales, los devanados individuales de una bobina sí pueden hacerlo. Un motor eléctrico funciona con fuerzas magnéticas, con cada bucle de alambre en una bobina dispuesta para crear estas fuerzas. Esto significa que cada trozo de alambre en un bobinado tiene una fuerza lateral sobre él proporcional a la corriente, al menos parte del tiempo. El alambre del bobinado no puede moverse mucho, pero puede vibrar lo suficiente como para que el resultado sea audible. 1 kHz de frecuencia PWM puede estar bien en todos los demás aspectos, pero si esto va en un dispositivo de usuario final el quejido a esa frecuencia podría ser inaceptable. Por esta razón, PWM para el control del motor del consumidor final se hace a menudo a 25 kHz, siendo sólo un poco más allá de lo que la mayoría de la gente puede oír.
Corriente media de la bobina. Esta cuestión puede ser delicada. Las bobinas individuales del motor parecerán en su mayoría inductivas al circuito de accionamiento. Quieres que la corriente a través de las bobinas sea mayoritariamente la que esperarías de la media aplicada por el PWM y que no suba y baje sustancialmente en cada pulso.
Cada bobina tendrá una resistencia finita, lo que provoca una pérdida de potencia proporcional al cuadrado de la corriente que la atraviesa. Las pérdidas serán mayores con la misma corriente media cuando haya un gran cambio de corriente a lo largo de un impulso. Considere el ejemplo extremo de la bobina que reacciona a la tensión pulsada casi instantáneamente y usted la está manejando con una onda cuadrada del 50%. La disipación resistiva será la mitad de la que se produciría si la bobina funcionara a pleno rendimiento todo el tiempo, y la corriente media (y por tanto el par motor resultante) también será la mitad de la que se produciría a pleno rendimiento. Sin embargo, si la bobina fuera accionada con una corriente constante de 1/2 en lugar de pulsos, la disipación resistiva sería 1/4 de la corriente a plena carga pero con la misma 1/2 de la corriente a plena carga y, por tanto, del par.
Otra forma de ver esto es que no quieres una corriente alterna significativa además del nivel medio de corriente continua. La corriente alterna no hace nada para mover el motor, sólo la media. Por lo tanto, el componente de CA sólo causa pérdidas resistivas en las bobinas y otros lugares.
Pérdidas de conmutación. El interruptor ideal está totalmente encendido o totalmente apagado, lo que significa que nunca disipa energía. Los interruptores reales no conmutan instantáneamente, por lo que pasan un tiempo finito en una región de transición en la que disipan mucha energía. Parte del trabajo de la electrónica de accionamiento es minimizar este tiempo de transición. Sin embargo, hagas lo que hagas, habrá un tiempo por flanco en el que el interruptor no será ideal. Este tiempo suele ser fijo por flanco, por lo que su fracción del periodo PWM total aumenta con la frecuencia. Por ejemplo, si el interruptor pasa un total de 1 µs en transición cada pulso, entonces a una frecuencia PWM de 25 kHz, que es un periodo de 40 µs, el tiempo de transición es 1/40 del total. Esto puede ser aceptable. Sin embargo, si la frecuencia de conmutación se incrementara a 100 kHz, lo que significa un periodo de 10 µs, entonces el tiempo de transición sería del 10%. Esto probablemente causaría problemas.
En cuanto a tu circuito, mi mayor preocupación es la lentitud con la que se accionará Q1. Los optoaisladores son notoriamente lentos (en relación con la mayoría de los demás componentes, como los transistores individuales), especialmente cuando se apagan. Sólo tienes R2 (aunque puedo leer su valor) tirando hacia abajo en la puerta del FET para apagarlo. Eso va a ser lento. Eso puede estar bien si se puede tolerar una frecuencia PWM lento, teniendo en cuenta todas las otras compensaciones que he mencionado anteriormente.
Podrías considerar poner un PIC en el lado del motor del opto. Usted puede comunicarse digitalmente con ese PIC a través de una interfaz UART o algo que no tiene que funcionar a la frecuencia PWM. Ese PIC entonces genera el PWM apropiado localmente y maneja el Q1 duro encendido y apagado con circuitería extra para ese propósito. De esta manera las señales de alta velocidad y los bordes rápidos no atraviesan un optoaislador.
Yo recomendaría un controlador de puerta optoaislado como éste: https://www.fairchildsemi.com/datasheets/FO/FOD3182.pdf He utilizado algo parecido en amplificadores de clase D a una frecuencia de conmutación de ~200kHz.
Además, para comentar sobre la resistencia del bobinado, la corriente en el motor seguirá rodando a través del diodo, y aumentará exponencialmente cuando se encienda, y exp. decaerá cuando se apague, por lo que el calor en los bobinados no será tan malo.
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