PWM, o modulazione della larghezza dell'impulso, è una tecnica piuttosto elegante che svolge un ruolo cruciale nei regolatori di tensione del motore. Come fornitore di regolatori di tensione del motore, ho visto in prima persona come PWM può fare una grande differenza nel modo in cui i motori si comportano. Quindi, immergiamolo in come funziona PWM in un regolatore di tensione del motore.
Le basi di PWM
Nel suo centro, PWM si tratta di controllare la potenza media erogata a un carico - in questo caso, un motore - variando la larghezza degli impulsi in un treno a impulsi. Pensaci come accendere e spento molto velocemente. Se lo accendi per un breve periodo e per molto tempo, la luce apparirà più dimmer. Se lo accendi per un tempo più lungo e spento per un tempo più breve, sarà più luminoso. Questa è l'idea di base dietro PWM.
In un regolatore di tensione del motore, utilizziamo PWM per controllare la quantità di tensione che raggiunge il motore. Invece di fornire una tensione costante, inviamo una serie di impulsi. La tensione è o al suo valore massimo (quando l'impulso è "acceso") o a zero (quando l'impulso è "spento"). Regolando il rapporto tra il tempo on - tempo totale dell'impulso (noto come ciclo di lavoro), possiamo controllare la tensione media che il motore riceve.
Come PWM influisce sulla velocità del motore
Uno dei motivi principali per cui utilizziamo PWM nei regolatori di tensione del motore è controllare la velocità del motore. Vedete, la velocità di un motore a CC è direttamente correlata alla tensione applicata ad esso. Maggiore è la tensione, più veloce è il motore gira.
Con PWM, possiamo variare la tensione media senza modificare l'ampiezza effettiva della tensione di alimentazione. Ad esempio, se abbiamo un alimentatore a 12 volt e impostiamo il ciclo di lavoro al 50%, la tensione media attraverso il motore sarà di 6 volt (perché la metà delle volte la tensione è di 12 volt e la metà delle volte è 0 volt). Man mano che aumentiamo il ciclo di lavoro, la tensione media aumenta, così come la velocità del motore. Al contrario, la riduzione del ciclo di lavoro riduce la tensione media e rallenta il motore.
PWM e coppia del motore
Tuttavia, non si tratta solo di velocità. PWM ha anche un impatto sulla coppia del motore. La coppia è ciò che consente al motore di funzionare, come spostare un carico pesante. Quando usiamo PWM, la corrente che scorre attraverso il motore cambia anche in modo pulsato.
Durante il tempo on - dell'impulso, la corrente inizia a fluire attraverso gli avvolgimenti del motore. Man mano che la corrente si accumula, crea un campo magnetico che genera coppia. Quando il polso si spegne, l'attuale decade, ma l'inerzia del motore continua a girare. Regolando il ciclo di lavoro, possiamo controllare la corrente media che scorre attraverso il motore, che a sua volta influisce sulla coppia media.
Componenti in un regolatore di tensione del motore basato su PWM
Un tipico regolatore di tensione del motore basato su PWM è costituito da alcuni componenti chiave. Innanzitutto, c'è un alimentatore, che fornisce l'energia elettrica grezza. Quindi, abbiamo un controller PWM. Questo è il cervello dell'operazione. Genera il treno di impulsi con il ciclo di lavoro desiderato.
Successivamente, abbiamo bisogno di un dispositivo di commutazione, come un MOSFET o un IGBT. Questi dispositivi vengono utilizzati per attivare e spegnere l'alimentazione al tasso determinato dal controller PWM. Si comportano come interruttori ad alta velocità che collegano e scollegano il motore dall'alimentazione.
Infine, di solito ci sono alcuni componenti di filtraggio, come condensatori e induttori. Questi aiutano a levigare la tensione e la corrente pulsate, riducendo il rumore elettrico e proteggendo il motore da picchi di tensione improvvisa.
Vantaggi dell'utilizzo di PWM nei regolatori di tensione del motore
Esistono diversi vantaggi nell'uso di PWM nei regolatori di tensione del motore. Prima di tutto, è molto efficiente. Poiché i dispositivi di commutazione sono completamente attivi o completamente fuori per la maggior parte del tempo, c'è pochissima perdita di potenza sotto forma di calore. Ciò significa che più energia elettrica dall'alimentazione viene effettivamente utilizzata per guidare il motore.
Un altro vantaggio è la flessibilità. Possiamo facilmente regolare il ciclo di lavoro per controllare la velocità del motore e la coppia su una vasta gamma. Ciò rende adatti i regolatori di tensione del motore a base di PWM per una varietà di applicazioni, dai piccoli motori hobby ai grandi motori industriali.
Diversi tipi di tecniche PWM
Esistono diversi modi per implementare PWM in un regolatore di tensione del motore. Un metodo comune si chiama "Modulazione del bordo trailing". In questa tecnica, il tempo on - dell'impulso inizia all'inizio del periodo e il tempo libero viene regolato cambiando il punto finale dell'impulso.
Un altro metodo è "Modulazione del bordo principale", in cui il tempo spento inizia all'inizio del periodo, e il tempo on - viene regolato cambiando il punto di partenza dell'impulso. C'è anche "Modulazione allineata", che è un po 'più complesso ma può offrire prestazioni migliori in alcune situazioni.
Real - applicazioni mondiali
Come fornitore di regolanti di tensione del motore, ho visto PWM utilizzato in tutti i tipi di applicazioni mondiali reali. In robotica, ad esempio, PWM viene utilizzato per controllare la velocità e il movimento dei servi motori. I servi motori vengono utilizzati per spostare le articolazioni dei robot e il controllo preciso della loro velocità e posizione è essenziale. Puoi saperne di più suRegolatore di tensione di tipo servoEServomotore di tensione del motoresul nostro sito web.
Nel settore automobilistico, PWM viene utilizzato nei sistemi di servosterzo elettrico e nel controllo delle ventole di raffreddamento. In queste applicazioni, la capacità di controllare la velocità del motore e la coppia in modo efficiente è cruciale per le prestazioni e il risparmio energetico.
Negli elettrodomestici, come lavatrici e aspirapolvere, i regolatori di tensione del motore a base di PWM vengono utilizzati per controllare la velocità dei motori, rendendo gli elettrodomestici più efficienti e più efficienti.
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Riferimenti
- Dorf, RC e Bishop, RH (2016). Sistemi di controllo moderni. Pearson.
- Chapman, SJ (2012). Fondamenti di macchinari elettrici. McGraw - Hill.