DC 모터-PWM 및 전압

이론적으로 5V 정격의 DC 모터를 제어 할 때 다음과 같은 방식으로 모터를 구동 할 수 있습니다.

100 % 듀티 사이클 PWM을 갖춘 5V.
듀티 사이클 PWM이 50 % 인 10V.
25 % 듀티 사이클 PWM을 갖춘 20V.

둘 사이에 차이가 있습니까? 옵션 2/3을 사용하면 모터 수명이 단축됩니까? PWM 주파수를 변경하면 모터 수명이 향상됩니까? 이렇게하는 이유는 더 높은 전압으로 모터를 훨씬 느리게 구동 할 수 있기 때문입니다.

motor pwm

— 길 라드
소스

더 높은 전압으로 모터를 느리게 구동 할 수 있다고 생각하는 이유에 대한 마지막 설명을 잘 모르겠습니다.

— PeterJ

25 %는 정격 전압의 4 배를 적용합니다. 더 높은 전압과 함께 더 큰 전류 스파이크가 발생하며 25 % 만 적용해도 모터가 손상 될 수 있습니다.

— EwokNightmares

실제로 무슨 일이 일어나고 있는지 고려해 볼 수도 있습니다. 전압은 모터를 통해 전류를 공급하는 수단 일 뿐이며 두 제품의 결과는 실제 전력입니다. 전압 제어는 DC 서보 모터를 제어하는 매우 모호한 방법입니다.

— John U

또한 그 결과 토크 리플이 더 커질 수 있다고 생각합니다.

— EwokNightmares

당신의 의무 주파수는 무엇입니까? 1kH가 아니라 1Hz 인 경우 더 많은 영향이 있습니다 :-)

— shuckc

답변:

예, 이것은 매우 다릅니다. PWM 드라이브와 전압 드라이브는 개별적으로 그렇게 많은 것을 의미하지는 않지만 이러한 방식으로 결합하면 성능이 크게 다릅니다.

전기적으로 모터를 인덕터 (와인딩), 저항 및 전압 소스 (EMF, 모터 속도에 비례)로 모델링 할 수 있습니다. 더 높은 전압에 비해 더 낮은 전압을 적용하면 다음이 수행됩니다.

모터 권선을 통해 느린 를 얻음 으로써 토크를 줄입니다. $dI/dt$
역기전력으로 인해 최대 속도가 낮습니다.

PWM과 더 높은 전압을 사용하면 동일한 속도에서 더 높은 피크 속도와 더 높은 토크를 달성 할 수 있습니다.

더 높은 전압을 적용 할 때 모터가 손상 될 이유는 없습니다. 모터 손상은 다음으로 인해 발생합니다.

베어링 과부하 (예 : 스러스트 베어링 축의 축에서 옆으로 밀기)
베어링 과속 (주로 사용 된 오일에 따라 다름)
브러시 아킹 (고속 및 훨씬 적은 전류로 인해 발생)
과열로 인한 내부 구조물의 변형 및 박리

또한 매우 높은 전류에서 모터를 과열 시키거나 구동 시키면 자기 포화로 인해 토크가 (상당한) 감소합니다.

모터를 속도, 토크 및 힘 제한 내에서 유지하고 적절하게 냉각시킬 수 있다면 PWM을 사용하여 더 높은 전압에서 모터를 구동 할 때 단점이 없습니다.

— 사용자 36129
소스

d I / d t

$dI/dt$

d I / d t

$dI/dt$

DCM이 (잘 설계된) 모터 제어의 표준이 확실합니까? Wikipedia에 따르면 PWM 모터 제어 주파수는 "모터 드라이브의 경우 몇 킬로 헤르츠 (kHz)에서 수십 kHz"까지 다양합니다. 이것은 내가 "매우 낮은"이라고 부르는 것이 아니며, 내가 작업 한 대부분의 모터를 사용하여 CCM 작동 영역으로 잘 이동합니다.

— Phil Frost

이것은 전적으로 응용 프로그램에 따라 다릅니다. 나는 취미, RC 비행기 등 전형적인 소형 DC 모터 응용 프로그램을 가정했습니다. 해당 도메인의 경우 DCM이 표준입니다. 일반적으로 모터 인덕턴스가 매우 낮으며 (<1mH 미만) 최대 2kHz에서 작동합니다. 현재와 물리적 크기가 커짐에 따라 DCM을 전혀 사용하기가 어렵고 CCM은 사람들이하는 모든 일입니다. 그리고 매우 낮은 주파수로, 나는 가청 지역을 의미합니다. 나는 그것을 수량화해야했다.

— user36129

자세한 답변을 주셔서 감사합니다. 저의 목표는 모터를 최대한 느리게 돌리는 것입니다. 나는 이미 1 : 1000 기어를 가지고 있습니다. 나는 작은 모터를 사용하고 있습니다. 모터가 시원하게 작동하지만 수명이 걱정됩니다.

— Gilad

PWM 구동 모터는 벅 컨버터 입니다. 회로와 모터가 우수한 벅 컨버터를 만드는 한 , 각 옵션간에 차이는 없습니다.

명심해야 할 사항 :

$1000V$ $20V$

PWM 주파수가 모터의 권선 인덕턴스에 비해 너무 낮은 경우 각 PWM 사이클의 전류가 크게 변경되고 토크 리플이 높아지며 더 이상 좋은 벅 컨버터가 없습니다. 성능과 효율성이 저하됩니다. 극단적 인 경우 에는 모터가 회전하지 않을 수도 있습니다 .

벅 컨버터와 마찬가지로 PWM 드라이브에는 트랜지스터 및 기타 회로가 포함되어있어 추가 손실이 발생합니다. PWM 드라이브는 설계가 더 복잡하고, 제대로 작동하기가 어렵고, 구현하기가 더 비쌉니다. 이러한 손실 중 일부 (예 : 히스테리시스 손실)는 모터 내부에 있으므로 모터 온도가 높아져 모터 온도가 높아집니다. 일반적으로 모터 성능에 대한 제한 매개 변수이며 온도가 높을수록 모터 수명이 전반적으로 줄어 듭니다. 그러나 권선에서 저항 손실과 같이 DC에 이미 존재하는 이러한 손실에 접근하기 위해서는 매우 열악한 설계가 필요하므로 PWM과 DC 드라이브 효율의 차이는 그리 크지 않습니다.

— 필 프로스트
소스

PWM을 사용할 때주의해야 할 사항이 몇 가지 있습니다.

먼저, 모터에서 볼 수있는 PWM 전압은 고주파 고조파를 갖습니다. 이러한 고조파는 DC 전압을 사용하는 경우 모터에 손실이 발생합니다. 이것은 PWM과 DC를 사용할 때 모터가 더 뜨거워진다는 것입니다 (다른 모든 것들은 동일 함). 이것이 모터의 수명에 미치는 영향은 많은 것들에 달려 있습니다. 모터 세계에는 모터 코일 온도가 10 ° C 증가 할 때마다 모터 절연 수명이 절반으로 줄어드는 매우 엄격한 경험이 있습니다. 모터를 감속 시키거나 명판 정격에서 PWM을 사용할 때 온도가 얼마나 더 높은지 알려면 사용중인 PWM 드라이브로 모터에 대한 정격 테스트를 수행해야합니다. 그러나 대부분의 사람들은 실제로이 테스트를 수행 할 준비가되어 있습니다.

둘째, 예 (5V-20V)와 같은 저전압에 대해 이야기 할 때 전압 자체가 절연 수명에 큰 영향을 미치지 않을 것입니다. 분명히 모터에 달려 있지만 일반적으로 모터의 절연은 단기간 동안 최대 1000V의 전압을 견딜 수 있습니다. PWM으로 인한 전압 스파이크가 발생하면 ~ 400V-600V 이상의 정격 모터에 대해 이야기 할 때까지 절연 수명 감소에 대해 걱정할 필요가 없습니다. PWM의 높은 전압 은 브러시 수명에 영향을 줄 수 있지만 테스트 없이는 실제로 말하기가 어렵습니다.

— 에릭
소스