Cómo disminuir la velocidad del motor sin perder el par máximo

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Estoy usando el controlador de motor MDS40A ( enlace ) para impulsar una alimentación motor de ventana (12V, motor cepillado) similar al de ( enlace ). Estoy usando PWM generado por Arduino para controlar la velocidad del motor. A medida que uso un valor más bajo de PWM para obtener una velocidad más lenta (la corriente también se reduce), el par del motor se reduce drásticamente. Estoy usando Arduino Uno.

Lo que he entendido es que con PWM, el voltaje y la corriente no se ven afectados por el ciclo de trabajo. El par depende de la corriente disponible, mientras que las RPM dependen de la corriente disponible o la cantidad de tiempo que está ENCENDIDO. Cuando el motor está encendido, resiste la carga (acelera) y cuando está apagado no resiste la carga (disminuye la carga / desacelera), por lo tanto, las RPM pueden controlarse por la cantidad de tiempo que el motor está encendido, mientras que el par permanece al máximo debido a Corriente máxima en el período ON.

Quiero disminuir la velocidad del motor sin perder el par máximo. ¿Puede alguien ayudarme con esto? ¿Se puede hacer con código?

    
pregunta Robert

3 respuestas

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Pareces estar confundido acerca de lo que quieres. Si desea disminuir la velocidad del motor, pero aún así desea un par máximo, debe aplicar energía eléctrica nominal completa al motor y colocar un freno mecánico en el motor hasta que disminuya a la velocidad deseada. O, de alguna manera, debes hacer que tu motor sea menos eficiente. No creo que eso sea lo que quieres.

Piénselo de esta manera: la energía eléctrica es el producto de la corriente \ $ I \ $ y el voltaje \ $ E \ $:

$$ P = I E $$

La potencia mecánica es el producto del torque (\ $ \ tau \ $, en newton-metros) en velocidad angular (\ $ \ omega \ $, en radianes por segundo):

$$ P = \ tau \ omega $$

Un motor es un convertidor de potencia eléctrico a mecánico. La potencia mecánica siempre es igual a la potencia eléctrica después de las pérdidas.

Además, la corriente es proporcional al par, porque cuanto más corriente se aplica, más fuerte será el campo magnético dentro del motor, y la atracción entre los polos del motor será mayor.

Si las potencias eléctricas y mecánicas están correlacionadas, al igual que la corriente y el par, entonces el voltaje y la velocidad también deben serlo. Y lo son, porque cuanto más rápido gire el rotor a través del campo del estator, mayor será el retroceso que generará. Esta es la ley de inducción de Faraday .

Entonces, si desea disminuir la velocidad, disminuya el voltaje. Si desea disminuir el par, disminuya la corriente. Si aumenta el par de torsión (por ejemplo, poniendo un freno en el motor), está aumentando el par de torsión del motor. Pero si no cambia el suministro de energía eléctrica, entonces la energía mecánica tampoco cambiará. Si aumenta el par, la única forma de mantener constante la potencia mecánica es disminuir la velocidad, por lo que el motor disminuye la velocidad.

Hay un problema aquí: a medida que aumenta el par, la corriente aumenta. Las pérdidas por resistencia en el motor también aumentan, porque los devanados tienen cierta resistencia y esas pérdidas por resistencia son proporcionales al cuadrado de la corriente:

$$ P = R I ^ 2 $$

Entonces, a medida que aumenta la corriente, las pérdidas por resistencia aumentan, lo que convierte al motor en un convertidor menos eficiente de energía eléctrica a energía mecánica, ya que parte de esa energía eléctrica está generando calor. Si detiene el motor, entonces el motor alcanza el 0% de eficiencia: la velocidad es cero, por lo que la potencia mecánica debe ser cero, pero el motor está consumiendo una tonelada de corriente, y hay una caída de voltaje sobre la resistencia del devanado, por lo que la potencia eléctrica es muy alto.

Dato interesante: si puede hacer un motor sin resistencia de bobinado (u otras pérdidas), y lo conecta a una fuente de voltaje perfecta, entonces la regulación de velocidad (la cantidad de cambios de velocidad con el par) es perfecta. Es decir, el motor no se ralentizará si intentas detenerlo: simplemente extraerá exactamente la corriente de la batería para seguir girando a la misma velocidad, sin importar qué suceda.

PWM es irrelevante para esto. El control del motor PWM es solo una forma de aplicar de manera eficiente menos del voltaje de la batería completa al motor. Funciona porque un motor con PWM es equivalente a un convertidor buck . Cambiar su ciclo de trabajo de PWM es equivalente a cambiar la tensión de suministro:

El par máximo que podría tener (que obtendrá cuando el motor se detenga) está limitado por la corriente que su fuente de alimentación puede suministrar y las pérdidas en el motor, tal como está sin PWM. Su controlador PWM podría agregar un poco de resistencia al circuito, reduciendo la corriente y el par un poco, pero generalmente esto no es significativo en comparación con la resistencia de los devanados del motor.

    
respondido por el Phil Frost
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Los motores quieren trabajar donde quieren trabajar. La mejor manera de disminuir la velocidad mientras se mantiene (de hecho, aumenta) el torque es ajustándola. Esto significa construir o comprar una transmisión. Intenta buscar "caja de cambios" o "caja de cambios de hobby".

    
respondido por el Scott Seidman
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Parece que desea reducir la velocidad a la que el motor funcionará en ausencia del par aplicado, sin reducir la cantidad de par que se puede aplicar sin detener el motor. Esto puede ser bastante efectivo si puede variar su ciclo de PWM en respuesta a los cambios en la velocidad real del motor. Esto, a su vez, se puede lograr midiendo la corriente promedio en el tiempo y la tensión en el tiempo promedio a través del motor (asegurándose de que los promedios incluyan correctamente los tiempos en que la corriente y / o la tensión sean negativas) y estimando que la velocidad es proporcional a la tensión menos algunos múltiplos de la corriente. A medida que aumenta el par, la tensión media y, por lo tanto, la relación PWM deberán aumentarse para compensar.

Este enfoque para impulsar un motor se denomina "compensación IR", ya que está ajustando el accionamiento del motor para compensar la pérdida de voltaje debido a la resistencia del motor (la cantidad de pérdida es proporcional al producto de la corriente "I" y la resistencia "R"). Cuando se aplica correctamente, puede funcionar muy bien. Lo único que hay que tener en cuenta es que el rendimiento de un sistema de control compensado por IR mejora a medida que el factor de compensación se aproxima al valor "ideal", pero el sistema de control a menudo se volverá peligrosamente inestable si el factor de compensación excede ese valor, incluso por una poco.

    
respondido por el supercat

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