Una cosa que no se explora en el video es cómo la carga responde a los pulsos de voltaje y corriente producidos por PWM. Dependiendo del tipo de carga, el resultado puede no ser tan eficiente ni tan lineal como se espera.
En el caso de un motor de CC, PWM frecuencia es una variable importante que puede tener un efecto dramático. A frecuencias PWM muy bajas, el motor acelerará y disminuirá su velocidad a medida que se enciende y apaga. A medida que aumenta la frecuencia, la velocidad del motor se vuelve más uniforme, pero aún así producirá una notable vibración y ruido en todo el rango de audio. El uso de una frecuencia ultrasónica (por encima de 20 KHz) elimina el ruido audible, pero aumenta las pérdidas en el transistor de conmutación y el circuito del controlador.
Otro efecto de PWM es un aumento en la corriente y el voltaje de rms en relación con sus valores promedio. Esto provoca una pérdida adicional en los componentes resistivos de la carga.
Considere este circuito equivalente simplificado de un motor de 12V CC, que recibe alimentación de una fuente de 6V para obtener la mitad de la velocidad: -
simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab
R1 representa la resistencia de los devanados y cepillos de la armadura del motor, y V2 es el voltaje que genera el motor mientras gira a media velocidad. R1 elimina la diferencia entre la tensión de alimentación y la tensión del generador, 6V-5V = 1V. Ley de Ohm nos dice que corriente = voltaje / resistencia, por lo que el motor debe estar tomando 1V / 1 & ohm; = 1A. Potencia = voltios * Amperios, por lo que se pierde 1 vatio de potencia en el motor.
Ahora considere qué sucede si, en lugar de utilizar un suministro de CC uniforme, aplicamos 12V con PWM. Esto enciende y apaga rápidamente el motor, reduciendo el voltaje promedio para obtener el mismo efecto que 6V DC. Lógicamente, podría pensar que la aplicación de 12 V con un índice de PWM del 50% lo haría. Sin embargo, lo que realmente sucede es que durante la parte 'on' del ciclo PWM el motor recibe los 12V completos, por lo que la corriente salta a (12V-5V) / 1 & ohm; = 7A. Dado que esta corriente fluye el 50% del tiempo, la corriente promedio es 7A * 50% = 3.5A, no el 1A que queríamos. Esta corriente extra hace que el motor acelere.
Para obtener la mitad de la velocidad, debemos reducir la relación PWM hasta que el motor consuma una corriente promedio de 1A mientras genera 5V. Esto requiere una relación PWM de 1A / 7A = 14.3%. Durante el tiempo de encendido de PWM, R1 está bajando 7V y pasando 7A, por lo que desperdicia 7 * 7 = 49W de potencia. Durante el tiempo de 'apagado' de PWM, la corriente es 0A, por lo que no hay pérdida de energía. La pérdida de potencia promedio ahora es de 49W * 14.3% = 7W, mucho más alta que la 1W que esperábamos!
Afortunadamente, la mayoría de los motores también tienen una considerable inductancia , que resiste el cambio actual. Si la frecuencia de PWM se hace lo suficientemente alta, las variaciones de corriente se suavizarán y la relación PWM a la velocidad del motor se volverá lineal (es decir, 50% de PWM = 50% de velocidad).
Debido a este efecto, para comparar adecuadamente el PWM con el control de velocidad resistivo, debe medir la velocidad del motor, no solo suponer que será proporcional al voltaje promedio. Probar diferentes frecuencias PWM le mostrará el efecto que tiene sobre la linealidad de la eficiencia y el control de velocidad.