Caída del 15% en las RPM del motor cuando se usa el controlador PWM

Soy nuevo en el foro y un novato total en ingeniería eléctrica.

Tengo un motorreductor de 120W, 24V DC. Funciona a ~200 RPM sin carga conectado directamente a una fuente de alimentación de 24V.

Sin embargo, cuando lo conecto a un controlador PWM, las RPM alcanzan un máximo de ~170. El controlador PWM tiene un rango de entrada de 6 V a 90 V CC, clasificado para 15 A, frecuencia PWM de 15 kHz, se supone que el ciclo de trabajo es ajustable de 0 a 100 %, utiliza un potenciómetro de 10 k.

Después de investigar un poco, pensé que tal vez necesitaba compensación IR. Pero parece que la compensación IR es más para mantener estables las RPM con y sin carga. Mi caída está ocurriendo sin carga en ambos casos. Entonces, ¿hay una pérdida de energía asociada con el uso de un controlador PWM?

Por lo que he leído, PWM debería rendir bastante cerca de la máxima potencia. Y, dado que mi controlador es ajustable de 0 a 100 % del ciclo de trabajo, el 100 % de trabajo sería potencia máxima o los 24 V completos, ¿verdad? Cualquier idea de por qué el motor no está funcionando a su máximo potencial sería muy apreciada.

Actualización: usando un medidor Fluke, tomé las siguientes lecturas, como se solicita en esta respuesta a continuación :

Con medidor configurado en CA, midiendo a través del motor y variando el potenciómetro. La lectura rebotó mucho cuando moví el bote. Dicho esto, una vez que las cosas se calmaron, obtuve 0 en el mínimo, 0 en el máximo y 2 en el medio.

Con el medidor configurado en CC. Entrada de CC = 24,5. Voltaje del motor = 21,2. +Entrada de CC al motor+ = 0,6, -Entrada de CC al motor- = 2,7.

¿Ha mirado la salida del controlador PWM para ver cómo se ve la forma de onda al 100%?
Por supuesto, esto es completamente incontestable sin los detalles de implementación del controlador. Como tal, es una pregunta de uso fuera de tema en lugar de una pregunta de diseño de ingeniería .
¿Cuál es su fuente de alimentación para el controlador PWM? ¿Los mismos 24 V? Pruebe 28-30 V al controlador PWM.
Los elementos de conmutación en el controlador, por supuesto, caerán algo de voltaje. Tal vez eso es todo lo que está pasando. Difícil de decir. Puede agregar un filtro RC a la salida del controlador y usarlo para medir el voltaje de CC efectivo con su voltímetro. Por supuesto, un osciloscopio sería mejor, pero como no tiene uno, nos las arreglaremos.
En teoría, tienes razón. El ciclo de trabajo del 100 % con 24 V debería producir el mismo resultado que una conexión directa de 24 V (sin controlador). Pero en realidad, el controlador absorberá algo de energía, lo que provocará una caída de voltaje y, por lo tanto, una velocidad ligeramente menor que la conexión directa. PERO, está viendo una caída de 30 rpm de 200 rpm, lo que equivale a un 15%, lo que parece excesivo.
"-Entrada de CC al motor- = 2,7". - eso no es bueno. ¿Qué voltaje obtiene al medir entre los terminales de entrada y salida en el controlador mismo?

Respuestas (5)

Usted menciona que no tiene un osciloscopio. Está bien, puede hacer algunas mediciones simples con su DMM.

Comience configurando el DMM en el rango de voltaje de CA. Primero, conecte los cables al suministro de 24 V CC que alimenta el controlador PWM. Debería ver una lectura de voltaje muy bajo. Esto confirma que su DMM tiene acoplamiento de CA en su entrada para mediciones de voltaje de CA.

No se ría: ¡algunos medidores realmente baratos (¡peor que baratos!) NO tienen acoplamiento de CA para mediciones de CA!

A continuación, conecte el DMM a través del motor, aún configurado para voltaje de CA. Varíe la olla. Debería ver el cambio de voltaje de CA. El voltaje de CA será mínimo en los extremos del potenciómetro y máximo cerca del centro del potenciómetro. Esta prueba confirma que su DMM puede medir el voltaje a la frecuencia PWM que usa su controlador.

Ahora configure el potenciómetro para la velocidad máxima del motor y observe el voltaje de CA, si lo hay. Vuelva a hacer esto para el ajuste mínimo del potenciómetro y el ajuste medio del potenciómetro. Debería tener tres lecturas de voltaje de CA.

Ahora configure el DMM para medir el voltaje de CC. Ajuste el potenciómetro a la velocidad máxima y mida los cuatro voltajes posibles: entrada de CC, voltaje del motor, voltaje de (+entrada de CC) a (Motor +), voltaje de (-entrada de CC) a (Motor -). Modifique su pregunta con los resultados de esas siete mediciones de voltaje (tres CA, cuatro CC) y lo ayudaremos a interpretar esas lecturas.

[Editar en respuesta a la información agregada a la pregunta original]

Voy a sugerir que necesita un mejor controlador de velocidad PWM. Baso esta sugerencia en lo siguiente:

1) La caída de 0,6 V CC de (CC+) a (Motor+) sugiere una gran cantidad de resistencia de trazas de PCB o un diodo Schottky en serie con mucha resistencia de trazas de PCB.

Aunque este voltaje es mucho más alto de lo que me gusta ver, es solo una indicación de problemas.

2) La caída de 2,7 V CC de (CC-) a (Motor-) es mucho más preocupante. No tenemos idea de las partes internas de su controlador, pero veo (probablemente) mucha resistencia de rastreo de PCB más un MOSFET que no es lo suficientemente robusto: la resistencia RDSon es demasiado alta.

Mi sugerencia es reducir sus pérdidas ahora y construir o comprar un controlador DC PWM mucho más robusto.

[Editar 2]

Este sitio no es el lugar para pedir recomendaciones de productos. La razón de esto es que la información a menudo se desactualiza rápidamente, mientras que este sitio se esfuerza por acumular información atemporal.

Dicho esto: le sugiero que vaya a eBay o algún otro sitio de suministro e ingrese la siguiente cadena en su motor de búsqueda: "control de velocidad del motor de CC". eBay tiene muchas ofertas, pero la que yo elegiría es buena para 10-50 V a 40 amperios.

La cadena de búsqueda que ofrecí debe cumplir con el requisito de este sitio de información que es atemporal y no caduca.

Tomé las lecturas que me pediste. Espero haberlo hecho correctamente. Modifiqué mi pregunta para incluir los resultados.

Si se trata de un puente H (bidireccional), se pierde el doble de la caída de voltaje en los interruptores de semiconductores, que podría rondar fácilmente los 2 V, lo que depende mucho de la corriente de carga y la temperatura. Eso ya es una reducción cercana al 10% en Uout y, por lo tanto, en RPM.

Estoy bastante seguro de que no es bidireccional. A menos, por supuesto, que cambie manualmente los polos del motor.

Es posible que tenga un potenciómetro viejo o mal hecho que no varía correctamente en todo el rango. Puede descartar eso si verifica que la terminal central del potenciómetro va desde el voltaje de un lado hasta el voltaje del otro mientras gira la perilla.

No lo había pensado, lo miraré. Gracias.

Si la entrada al controlador es de 6 V a 90 V CC y la salida máxima es de 24 V CC, debe haber una función de conversión boost-buck en el controlador. Eso puede imponer una restricción en el voltaje de salida máximo. ¿Qué significa realmente un ciclo de trabajo del 100 %? Debe determinar cuál se anuncia como el voltaje de salida efectivo máximo con un voltaje de entrada de 24 V CC. El producto proporciona lo que se especifica o no. Si no es así, no es un buen producto.

Si el producto no tiene función de refuerzo de voltaje, el voltaje máximo de salida estaría limitado por las caídas de voltaje en el circuito PWM y también por el ancho máximo de pulso. La salida podría hacer la transición a "siempre encendida", pero eso significaría que un poco menos que el voltaje máximo sería un cambio de paso de siempre encendido al voltaje en el "tiempo de apagado" mínimo entre pulsos. Como resultado, el voltaje de salida máximo se limita al voltaje de entrada menos las caídas de voltaje interno menos el voltaje perdido debido al tiempo mínimo de "apagado". La especificación del producto debe dejar en claro qué efecto tienen estos factores en el voltaje de salida máximo.

Veo lo que estás diciendo. La forma en que lo entendí es que el voltaje de salida = el voltaje de entrada. Es un controlador solo de CC. Nunca dije que la salida máxima fuera 24v DC. Solo indiqué cuál era el voltaje de entrada aceptable. Sin embargo, es muy posible que sea un producto mal hecho.
El problema puede ser, en parte, tratar de hacer que el producto cubra un rango de voltaje de entrada demasiado amplio, en parte, no proporcionar una especificación de rendimiento muy buena y, posiblemente, no tener el mejor diseño. Ver revisión de mi respuesta.

¿Es este un controlador PWM bidireccional? Si es así, los controladores de compuerta del lado alto pueden usar condensadores de arranque (más comunes que no) que requieren recarga periódica, lo que limita el ciclo de trabajo al 100%. Puedes googlearlo más si quieres entenderlo mejor.

Sin embargo, el 15% parece bastante grande. Es difícil saber qué está pasando realmente si no puede poner un osciloscopio en las salidas del controlador PWM.

No creo que sea bidireccional. El controlador tiene 2 entradas de voltaje (+/-), 2 salidas de voltaje al motor (+/-) y el potenciómetro externo. Sin interruptor para avanzar y retroceder. Y, desafortunadamente, no tengo osciloscopio.
Caída del 15% en las RPM del motor cuando se usa el controlador PWM
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