PWM - het motor

[Erik M]

Hur undviker man att motorn (likström) går het när man styr den med PWM?

[H.O]

Svårt att säga innan vi vet varför den går varm...
Du kan behöva öka (eller minska) switchfrekvensen. Du kan behöva sätta en induktor i serie med motorn för att få ner rippelströmmen. Du kan behöva byta sättet du PWM-styr på. Eller så kör du den kanske för hårt....

Vad är det för motor?
Hur hög matningspänning har du?
Hur drivs motorn, lite mer specifikt? (Är det en enkel low-side switch som du kör PWM eller är det H-brygga? Om H-brygga kör du locked anti-phase eller sign/magnitude?)
Osv osv...

[Erik M]

Exakt!
Varför går den varm...?
Om det lika gärna kan vara för hög som för låg frekvens så blir det svårt.
Men då vet jag i alla fall att det inte beror på det.

[bearing]

Hur undviker man att motorn (likström) går het när man styr den med PWM?

Mäter och begränsar strömmen?

[gunnerfeldt]

Jag vet ju inte hur du styr den men jag har själv varit med om detta när jag haft en PID loop. Jag upptäckte att det som gjorde den varmast var de korta duty cyklerna som inte fick den att röra sig. Logiskt kanske om man tänker att de blir rena kortslutningar.
Så jag löste det genom att sätta ett thresholdvärde på dutycycle.

[Erik M]

Det skulle fungera och känns helt rätt.
Dock - i just detta fallet är motorn igång hela tiden.
Och i de fall där den gått hela vägen ner till noll, i hastighet, så finns just den spärren.

[bearing]

Att motorn blir varm är nog i de flesta fall orsakat av att det går hög ström genom motorn. Så om du inte har några belägg för att det är själva PWM-styrningen som är orsaken till att motorn blir varm, föreslår jag att du börjar med att mäta strömmen. Tänk på att det inte går samma ström genom styrningen som genom motorn. Det går högre ström genom motorn, förutom vid 100% pulsbreddsförhållande. Vid 10% pbf går det 10ggr högre ström genom motorn än genom styrningen.

En annan orsak kan vara lågt luftflöde i kombination med hög ström. Rotorn kyls ju av vinden den genererar när den roterar.

[Erik M]

OK, när jag skriver en frågeställning försöker jag ta med vad som är relevant, och låta allt annat vara lika.

Men låt oss ta med "allt annat lika" ändå:

Motorn går inte varm då jag styr dess hastighet, RPM, med darlington, diod-bank, power transistor eller reostat.
Belastningen är konstant, dvs samma motkraft hela tiden.
Kraften (12V och 300mA) till motorn går stegvis mellan fullt, hälften, noll och (full) motorbroms.
(Stall ampere ligger på cirka 2A.)

Det är en slotcar, bilbanebil, som kör runt på en bana.
Kaross Corvette C6R, vikt sisådär 150g, utväxling 3:1, trepolig likströmsmotor med cirka 18'000 RPM.

Med PWM är stegen samma som ovan, fart över p-FET och broms över n-FET.
(Ja, det vore bättre om p-FET och n-FET bytte plats, men såhär är det.)

Dvs 12V, duty cycle för fart på 100% eller 50%, duty cycle broms på 100%,
period 5ms, dvs frekvens 200Hz, vila¹ vid växling 1ms.

¹ Data för -
- p-FET: Turn-On Delay Time 13ns / Rise Time 55ns / Turn-Off Delay Time 23ns / Fall Time 37ns
- n-FET: Turn-On Delay Time 8.8ns / Rise Time 30ns / Turn-Off Delay Time 9.4ns / Fall Time 6.5ns

.... vilket sammantaget borde bli behov vila för -
- p ↷ n om (23+37=) 60ns
- n ↷ p om (9.4+6.5=) 16ns (japp, jag rundar av lite)
Man borde iofs kunna dra av nästkommande Turn-On Delay Time från dessa tider.
Dvs typ -
- p ↷ n om (23+37-8.8=) 51ns
- n ↷ p om (9.4+6.5-13=) 3ns

Jag har hur som haver en hel millisekund till detta, så det borde inte bli något överslag där.

[bearing]

200Hz låter väldigt lågt.

En gissning är att frekvensen är så låg att motorn gasar/bromsar under varje PWM-period. Kolla strömripplet med oscilloskop, och höj frekvensen tills ripplet blir rimligt lågt.

EDIT: Trepolig motor i 18000 rpm kommuteras i 1800Hz. Jag tycker att pwm-frekvensen ska vara minst den dubbla. Gärna tiodubbla eller mer.

Om frekvensen inte går att ändra föreslår jag en stor induktans i serie med motorn.

[Erik M]

En sak är alldeles säker.
Motorn har tre, och endast dessa tre, lägen.
100% +12V (max fart)
100% -12V>0V (broms)
50% 12V / 50% inga volt
Den växlar aldrig, PWM-mässigt, mellan fart och broms.

Hm... Jag får "kommuteringen" att bli 3 × 18'000 ÷ 60, alltså frekvens om 900Hz.

Tre poler - tre växlingar per varv...
...18'000 rpm - 300 varv per sekund...
... 900Hz.

Men då gjorde jag det säkert för lätt för mig...

Nå, vi tänker i alla fall i samma banor.

Nästa variant blir med period om 100µs, 10kHz.

[bearing]

Jag räknade på att den växlar 6 gånger per varv eftersom att varje pol kommer vara både positiv och negativ. Vet inte om det är rätt tänkt. Nåja, det spelar inte så stor roll med faktorn två när frekvensen bör ändras massor.

Är det alltså en H-brygga i motorstyrningen?
Med dom tre lägena ser jag inte varför PWM behövs. Läget 50/50 borde vara samma som att dra båda motorns poler till 0 eller till 12V.

[Erik M]

Tja, det är en kort och koncis beskrivning av PWM.

Fast det blir både konstigt och onödigt besvärligt dra båda polerna till 12V.
Så mycket broms är onödigt och backa vill jag ju inte.

[bearing]

Du får nog ge ett schema, för jag förstår inte.

Är det en H-brygga eller halvbrygga?

Nu när jag läste din beskrivning i ett tidigare inlägg låter det som att dina tre lägen är 12V (100%), 6V(50%), 0V(0%). Det är alltså en halvbrygga?
EDIT: OK, nu förstår jag. Med -12V menar du potentialen 0. I läget 50% växlar den mellan 12V och frikopplad motor. I så fall stämmer ju det du säger, att den inte omväxlande "bromsar och gasar" under en PWM-cykel. Så strömmen kommer aldrig bli negativ i 50%-läget. Det borde ju skapa mindre värme. Men kan ju hända att strömmen ändå hinner stiga så högt under den aktiva perioden att motorn blir varmare än om den drivs med ren 6V.

Det blir ingen skillnad för motorn om båda polerna dras till 0V eller till 12V. Blir 0V över motorn oavsett. Jag fick först uppfattningen att det var en H-brygga, och då borde 50/50 betyda 6V på varje pol, d.v.s också 0V över motorn.

[Erik M]

Det blir sex växlingar, eftersom antalet poler per pol ändras:

+①②/③-

+①/③②-

+③①/②-

+③/②①-

+②③/①-

+①②/③-

[bearing]

Precis, det var så jag tänkte. Se edit ovan, ifall du redan börjat svara.