Control de velocidad del motor de CC: el motor se calienta demasiado

El problema básico es que las rpm que desea sacar del motor son demasiado bajas. Puede solucionar esto agregando una caja de engranajes, que multiplica el par al mismo tiempo que aumenta las rpm del motor y reduce la corriente para hacer que el motor sea más eficiente.

Un motor PMDC entrega la máxima potencia cuando se carga hasta el 50% de las rpm sin carga. Sin embargo, esto también corresponde al 50% de la energía que se desperdicia, lo que probablemente sobrecalentará el motor a menos que el voltaje sea muy bajo. Un objetivo más práctico es el 80% de la carga sin carga.

Usted quiere 200 rpm en 50% PWM. Por lo tanto, su velocidad objetivo es 4100 * 0.5 * 0.8 = 1640 rpm. Para obtener 200 rpm en la carga necesita una relación de caja de engranajes de 1640/200 = 8.2: 1. Esto multiplicará el par por la misma relación. Como el par es proporcional a la corriente, el motor consumirá menos amperios y funcionará mucho más frío.

Si no puede obtener una caja de engranajes con una relación de ~ 8: 1, una relación más baja aún puede hacer una gran mejora. Luego puede usar una tensión de alimentación más baja que coincida con la relación de engranaje más baja, por ejemplo. 35V con 4.1: 1, 24V con 2.8: 1. El lado negativo es una menor multiplicación de par y, por lo tanto, un mayor consumo de corriente para obtener el par de salida requerido (para que el motor funcione más rápido).

Una causa secundaria de calentamiento excesivo es su baja frecuencia de PWM, que genera una ondulación de corriente muy alta (aumenta hasta el doble de la corriente medida cuando el pulso de PWM está activado y hasta cero cuando está apagado). Debido a que la pérdida de potencia en la resistencia del motor es proporcional a la corriente al cuadrado, esto causa el doble de calentamiento que la misma cantidad de corriente continua suave.

Para reducir la ondulación de la corriente, aumente la frecuencia PWM para que la inductancia de los devanados del motor tenga un efecto útil. 3KHz es lo suficientemente alto para la mayoría de los motores cepillados convencionales.

Necesitas más frecuencia PWM. La idea detrás del control de velocidad PWM es que la inductancia inherente del motor suaviza la corriente de modo que, desde la perspectiva del motor, la corriente es constante y se comporta de la misma manera que si hubiera usado un regulador lineal. Sin embargo, se está ejecutando a una frecuencia PWM tan baja que la inductancia no suaviza la corriente. Esto tiene el efecto de básicamente pulsar el motor: hacer que funcione con un par de torsión extremadamente alto durante un corto período de tiempo y luego dejarlo en marcha por el resto del tiempo. El problema es que las pérdidas en el motor son proporcionales al cuadrado de la corriente, pero el par es directamente proporcional. Entonces, cuando promedia el par de torsión en esta situación, ha cuadrado sus pérdidas en comparación con si simplemente lo ejecutó con un par / corriente suave y constante. El resultado es que hace mucho calor.

Probablemente necesitará al menos 2kHz antes de que empiece a fluir una corriente suave en el motor, y lo mejor sería un máximo de 10kHz.

Pregunta similar aquí: Motor de CC - PWM vs Voltage

Cuando se ejecuta a un voltaje más bajo / ciclo de trabajo más alto, necesitará más potencia para una velocidad / torsión determinada en comparación con un ciclo de trabajo más alto voltaje / menor.

Más potencia significa más calor, que es lo que estás viendo.

Podría haber una razón por la que el motor se está sobrecalentando.

Usted ha aplicado 70Vdc y ha alcanzado 4100rpm, por lo tanto, 2V potencialmente daría como resultado 120rpm. Si tuviera que suministrar 2V desde una fuente de alimentación de CC, debería girar y no recalentarse.

La cosa es que mencionas que estás usando PWM (a través de un temporizador 555) a 100Hz. Eso es potencialmente demasiado bajo dependiendo de la inductancia del estator. Si tiene, relativamente hablando, baja inductancia, terminará con una ondulación de alta corriente que a su vez calentará el motor (a través de la pérdida de cobre y la pérdida de Foucault).

Una simple regla empírica en el control es un factor de 10 en todos los bucles ... La inductancia es una entrada en su frecuencia de conmutación.

SI necesita 10Hz para el control de posición (si tiene un actuador)

100Hz para control de velocidad

1kHz para el control de corriente

10kHz para la tensión / PWM