Was ist eine gute Faustregel für den praktischen minimalen Entwurfsarbeitszyklus für eine PWM-DC-Motorsteuerung?

Ich entwerfe einen Antrieb, der eine Drehzahl von etwa ~ 350 mit einem Ausgangsdrehmoment von etwa ~ 10 mNm ausgibt. Ich habe einen billigen Motor gefunden, der dieses Drehmoment liefert (plus mehr für die Versicherung), aber die Drehzahl bei Nennspannung ist viel höher als ich möchte. Ich habe berechnet, dass ein Arbeitszyklus von 30% mir das gewünschte Drehmoment und die gewünschte Drehzahl geben würde. Ich habe nur Angst, dass ich den Motor zu langsam laufen lassen würde. Ich weiß, dass der Mikrocontroller, der das PWM-Signal sendet, eine Grenze für das minimale Tastverhältnis hat, das ich anwenden kann, aber ich frage mich, was im Allgemeinen eine gute Faustregel für praktische minimale Tastverhältnisse ist, die auf einen Motor angewendet werden (denn wenn ein Motor sich zu langsam bewegt, können sich Reibung, Impuls usw. ändern und es verhält sich möglicherweise nicht in der erwarteten deterministischen Weise). Kurz gesagt, sind 30 % zu wenig? Oder sollte ich mir mehr Gedanken über das Verhältnis zwischen Nenndrehzahl und Konstruktionsdrehzahl machen?

Bitte poste einen Link zum Datenblatt des Motors.
Wie Sie betonen, ist dieser Motor für ~ 10 kRPM beladen und ~ 12 kRPM unbelastet ausgelegt. Ich habe gesehen, dass Motoren erfolgreich auf ~ 20 % der Grundgeschwindigkeit heruntergelaufen sind, aber ich denke, Sie werden Schwierigkeiten haben, ihn mit 3 % der Grundgeschwindigkeit zu betreiben. Auf der Abtriebswelle befindet sich bereits ein Schneckengetriebe ... warum nicht eine Untersetzung in Ihrer Anwendung verwenden?
Begrenzter Platz. Mein Design hat sich jetzt jedoch geändert, da ich stattdessen einen kleinen und billigen Getriebemotor eingebaut habe.

Antworten (1)

Lassen Sie mich meiner Antwort einen Haftungsausschluss voranstellen: Meine gesamte Erfahrung mit PWM-Motoren bezieht sich auf die Drehzahlregelung von Kühlgebläsen. Ihre Anwendung wird sicherlich zumindest ein wenig anders sein.

So wie ich den minimalen Arbeitszyklus finde, suche ich nach dem Minimum, das es dem Motor ermöglicht, sich zu drehen. Bei handelsüblichen Muffinfächern sind das etwa 40 %. Dann füge ich sicherheitshalber einen kleinen Rand hinzu. Ich finde dies, indem ich einen Arbeitszyklus von 0% anwende und ihn langsam hochfahre, bis der Motor anfängt, sich zu drehen.

Diese Startleistung ist höher als die Leistung, die erforderlich ist, um den Motor am Laufen zu halten, nachdem er bereits hochgefahren ist. Bei Lüftern liegt dieser Wert irgendwo im Bereich von 20-30 %. Mit anderen Worten, wenn ich einen Lüfter wirklich langsam drehen wollte, müsste ich 40 % anwenden, um ihn in Bewegung zu bringen, und dann könnte ich auf 20-30 % zurückgehen.

Normalerweise gehe ich sicherheitshalber nicht unter die Startleistung. Auf diese Weise kann ich sicher sein, dass sich der Motor dreht, obwohl er die minimale Geschwindigkeit begrenzt, die ich erreichen kann.

Dabei gibt es jedoch Probleme. Viele Dinge können die Startleistungsanforderungen beeinflussen. Temperatur, Motorbelastung, Alter, Staub, verschiedene Motorchargen usw. Sie müssen all dies berücksichtigen und eine gewisse Leistungsreserve einbauen.

Alternativ müssen Sie Ihren Motor über einen Drehzahlmesser oder ähnliches überwachen. Lassen Sie dann eine Motorsteuerungssoftware das Richtige tun, wenn sich der Motor zu schnell oder zu langsam dreht. Eine gute Motorsteuerungssoftware berücksichtigt automatisch die Startleistung und andere Dinge.

Wenn Sie keine Motorsteuerungssoftware schreiben möchten, haben Sie keine andere Wahl, als empirisch zu messen, wie hoch die Startleistungsanforderung für Ihr System ist, und dann etwas mehr für die Marge hinzuzufügen. Und hoffe, dass Sie genug hinzugefügt haben.

Überlegen Sie auch, ob der Motor über einen integrierten Lüfter verfügt oder anderweitig auf seine eigene Bewegung angewiesen ist, um sich selbst zu kühlen. Wenn der Motor mehr als ~20 % unter der Nenndrehzahl läuft, wird er wahrscheinlich überdrehen, wenn er nahe dem Nenndrehmoment läuft.
Ich hatte ursprünglich vor, es mit weniger als 20% unter der Nenngeschwindigkeit laufen zu lassen. Ich hatte nicht vor, ein Kühlsystem zu haben.
Meiner Erfahrung nach ist es eine schlechte Idee, einen Motor kontinuierlich mit so weit unter der Nenndrehzahl zu betreiben. Können Sie eine Art mechanische Untersetzung (Riemenscheibe, Getriebe usw.) verwenden, damit der Motor näher an der Nenndrehzahl laufen kann? Möglicherweise können Sie sogar einen kleineren Motor verwenden (Drehmomentvervielfachung).
@DeanB Bad, wie genau?
Kühlen, in erster Linie. Stellen Sie sich das Worst-Case-Szenario eines Motors vor, der im Stillstand als Drehmomentaktuator verwendet wird – er führt nie eine volle Umdrehung aus. Es gibt keinen anderen Luftstrom als Konvektion, aber möglicherweise volle I2C-Verluste in Stator, Rotor und Kommutator (unter der Annahme von Bürsten-DC). Es gibt einen Grund dafür, dass AC-Motoren mit Inverter-Nennleistung, die dafür ausgelegt sind, kontinuierlich mit niedriger Drehzahl betrieben zu werden, externe Gebläse mit voller Drehzahl haben, anstatt sich auf wellenbetriebene Kühlgebläse zu verlassen.
@DeanB Aber bedenke, dass es sich um einen kleinen Motor handelt, der wahrscheinlich keinen eingebauten Lüfter hat. Wenn es ein Kühlproblem gibt, hat das nichts mit der Drehzahl des Motors zu tun, sondern wie er montiert und verwendet wird.
@ David Kessner, stimmt (ich habe das "m" in mNm verpasst). Während die Dinge gut funktionieren mögen, habe ich viele kleine Motoren gesehen, die auf eine gewisse Zwangsluftkühlung angewiesen sind. Denken Sie an einen PM-Gleichstrommotor - das gesamte Kupfer befindet sich auf dem Rotor. Bei sehr niedriger Drehzahl entweicht die Wärme nur über die Wellen vom Rotor. Bei höherer Geschwindigkeit gibt es im Inneren des Gehäuses Luft (auch wenn es abgedichtet ist), der dazu beiträgt, Wärme zum Gehäuse zu leiten, damit sie abgeführt werden kann. Ich sage nicht, dass es nicht funktionieren wird, aber es besteht die Möglichkeit, dass ein paar Motoren im Namen des Experimentierens geopfert werden.
Ich habe das Datenblatt gepostet, und ich denke, dies ist wirklich weniger ein PWM-Problem, als vielmehr eine Frage des langsamen Laufens des Motors im Allgemeinen. In meinem Fall möchte ich ein Motorausgangsdrehmoment von 10 mNm, aber die im Datenblatt angegebene Nenndrehzahl beträgt ~ 9000 U / min. Allerdings möchte ich nur 365 RPM. Ich habe mich gefragt, ob das viel zu niedrig ist und ob es im Allgemeinen eine Faustregel gibt, wie viel Bruchteil man einen Motor sicher betreiben kann, wenn man deterministische Ergebnisse erwartet.
Was ist eine gute Faustregel für den praktischen minimalen Entwurfsarbeitszyklus für eine PWM-DC-Motorsteuerung?
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