Montag, 23. Dezember 2013

PWM mit NE555

Die Schaltung wurde geräumig auf Lötstreifenrasterplatine gelötet, weil Platz in dem Fall keine Rolle spielt.
Um die Drehzahl eines 12V Gleichstrommotors zu steuern wurde eine bewährte Schaltung gebaut, welche eine Rechteckspannung erzeugt. Die Schaltung dafür ist nicht neu und wurde einfach von hier übernommen.

Ein schönes Zeichenblatt, welches alle wichtigen Informationen enthält.
Das Ausgangsspannung an ohmscher Last (12V Glühbirne) sieht aus wie aus dem Bilderbuch.
Interessant ist noch die Wahl der richtigen Frequenz. An der zu Glühbirne sind die verwendeten 83Hz völlig ausreichend. Bei anderen Anwendungen z.b. LEDs sollte die Frequenz deutlich höher gewählt werden. An Motoren, welche also einen hohen induktiven Anteil haben spielt die Frequenz noch eine wichtigere Rolle. Eine schöne und kurze Erläuterung dazu gibt es auf mikrocontroller.net, diese habe ich ab hier Zitiert.


[...]Bei der Wahl der PWM Frequenz muss man mehrere Faktoren berücksichtigen und einen Kompromiss eingehen:
  • Die Motorinduktivität L glättet den Strom, der Wicklungswiderstand R führt zu einem Abfallen des Stromes, daraus ergibt sich die elektrische Zeitkonstante des Motors t=\frac{L}{R}. Bei vielen Motoren liegt diese um 1ms. Bei hochwertigen Motoren sollte diese Angabe im Datenblatt zu finden sein. Um den Stromripple gering, also das Drehmoment konstant zu halten, sollte die Periodendauer der PWM diese Zeit nicht überschreiten. Vor allem im 2 bzw. 4-Quadratentebetrieb ist dies wichtig, denn dort kann der Strom auch seine Richtung ändern, was zu einem Abbremsen, somit zu einem deutlichen Ruckeln und zu Vibrationen des Motors und zu unnötigen Verlusten führt.
  • Frequenzen zwischen 100Hz und 10kHz erzeugen hörbare Pfeifgeräusche im Motor
  • Mit zunehmender Frequenz steigen die Schaltverluste in den Transistoren sowie die Verluste in der Ankerwicklung sowie in deren Kern.
 Die aus elektrischer Sicht ideale PWM Frequenz liegt daher meist bei 1-2kHz. Allerdings ist dies genau der Bereich, in dem das Gehör am empfindlichsten ist. Wenn das Pfeifen des Motors nicht stört, ist dies also der ideale Bereich. Da die untere Frequenz durch die elektrische Zeitkonstante des Motors begrenzt ist, kann man nur nach oben ausweichen. Ein Kompromiss ist daher der Bereich 5-15kHz in dem das Gehör deutlich unempfindlicher ist, sich die Verluste noch in Grenzen halten. Verwendet man die einfache Schaltung mit der Freilaufdiode und legt keinen Wert auf einen runden Lauf, bzw. hat eine hohe Masse am Motor, so dass dieser träge ist, dann kann man als Alternative zu den >5kHz die PWM Frequenz auch bis auf 200Hz reduzieren um das Geräusch erträglicher zu machen. Allerdings reduziert sich dann der Wirkungsgrad aufgrund des hohen Stromripples.[...]

(Quelle: http://www.mikrocontroller.net/articles/Motoransteuerung_mit_PWM)

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