¿Hay alguna forma de reducir la corriente, que no sea PWM, sin generar calor?

Estoy tratando de reutilizar/recuperar un viejo ventilador de radiador de automóvil de 12 V CC para un proyecto no relacionado con el automóvil, y descubrí que tiene una carga alta (en realidad parece estar alrededor de 200 W, ya que es un ventilador potente). Quiero reducir la velocidad del ventilador porque no necesito que gire tan rápido para lo que lo estoy usando. Si pudiera reducir la corriente/velocidad de forma variable usando un Arduino, sería ideal. Usando mi fuente de alimentación de banco, descubrí que poder variar la potencia entre 10W y 50W sería ideal.

Me di cuenta de que podría usar una resistencia de potencia de carcasa de aluminio de alto vataje o similar para reducir la corriente, pero esto, por supuesto, generará calor y desperdiciará energía que me gustaría evitar si es posible (además, la velocidad no sería variable) .

Experimenté con el uso de un MOSFET IRLB8721 para PWM, pero el transistor se calienta mucho (y parece que tendría que conectarlo a un disipador de calor). Dado que el MOSFET también genera calor, me gustaría encontrar una solución más fría. Mi fuente de alimentación de banco, por supuesto, puede limitar los voltios y la corriente, y tiene un ventilador para disipar el calor, por lo que cualquier método de limitación de corriente que use tampoco sería ideal.

Los ventiladores domésticos regulares de CA generalmente tienen un botón u otro control para ajustar la velocidad del ventilador, por lo que me hace pensar que debe haber una manera.

Entonces, además de PWM, ¿hay alguna forma de reducir la velocidad actual/del ventilador sin generar calor y desperdiciar energía?

Si la respuesta es no, entonces usaré el MOSFET con un disipador térmico o usaré un ventilador diferente de menor potencia (pero sería una pena si no pudiera usarlo).

Los ventiladores domésticos de CA a menudo logran la selección de múltiples velocidades al cambiar la forma en que se interconectan los devanados del motor. (Consulte Motor de cambio de polos Dahlander ). Esta no es una opción para CC.
¿La salida Arduino PWM es de 3,3 V o 5 V? Porque si son 3.3V, eso no es suficiente para que el FET encienda lo suficiente para pasar los 16A al ventilador. Entonces cambie a un FET más adecuado (o a un Arduino con salida PWM de 5V).
Muestra tu circuito. Es posible que esté cambiando el MOSFET demasiado lento o no completamente.
@Justme Ah, es un Uno, así que supongo que es de 5 V, pero iba a cambiar a un NodeMCU que es de 3,3 V. ¿Cuál sería un FET adecuado?
@Transistor Actualizaré mi respuesta en breve con el código y un circuito.
Su IRLB8721 tiene un RdsOn típico de solo 16 mΩ con un controlador de compuerta de 4,5 V. Si se está calentando notablemente, entonces estás haciendo mal el PWM de alguna manera. ¿De qué lado del ventilador tienes el MOSFET, el lado alto o el lado bajo? O dicho de otra manera, ¿el MOSFET está cambiando la línea de suministro o la línea de tierra al ventilador?
@brhans: si el ventilador consume 200 W a 12 V, eso es alrededor de 17 A. Eso da como resultado de 4 a 5 vatios en el FET (suponiendo que la unidad de compuerta sea de 4,5 V). Entonces, si no está completamente hundido por calor, entonces se calentará bastante. Pero PWM, bien hecho, es un buen enfoque para esto (o simplemente obtener un ventilador diferente).
baje la frecuencia PWM. en un ventilador como ese, incluso podría activar o desactivar el pin en loop(). el FET se calienta principalmente cuando se enciende o se apaga, por lo que al hacerlo menos, se calienta menos. Con los LED, eso apesta debido al parpadeo, pero con la inercia de un motor, no se notará.
Ok, parece que tal vez estaba haciendo PWM mal. Veo los comentarios de que MOSFET no debería calentarse si PWM se hace correctamente. Solo sube a 40 grados. C si conecto la puerta a 6V (igual que la fuente). Voy a ver cuantos voltios da el arduino...

Respuestas (5)

Las otras respuestas son verdaderas, pero no explican el dilema...

Si no desea hacer PWM, debe reducir el voltaje en el ventilador. (Tenga en cuenta que no está claro si esta es una buena idea, si usa este enfoque, asegúrese de verificar la temperatura del motor del ventilador). Para limitar la corriente, debe introducir un elemento en serie para limitar el voltaje a través de el admirador. Esto significa que el resto del voltaje aparecerá en el nuevo elemento.

Dado que el nuevo elemento está en serie, también pasará la misma corriente que ve el motor del ventilador. Con voltaje y corriente a través de este elemento, tendrá que disipar energía y el mecanismo habitual es el calor.

Por lo tanto, cualquier cosa que use (sin PWM o algo similar) necesitará disipar una cierta cantidad de calor. Si sigue esta ruta, descubrirá que los semiconductores son mejores para disipar ese calor que las resistencias, especialmente cuando se hunden adecuadamente.

No estoy seguro de cómo se ve su configuración PWM, pero el motor es una carga inductiva, por lo que no desea apagar la corriente abruptamente. Como mínimo, se debe usar un diodo de retorno a través del motor para que el inductor pueda extraer corriente a través del diodo cuando el transistor está apagado. Esto podría ayudar con su problema de sobrecalentamiento en ese MOSFET.

I

No es universalmente cierto que la reducción del voltaje solo se haga con la disipación de energía en otro lugar, sin embargo, esta es la solución más simple. (Mire un LM317 con resistencia variable, por ejemplo). Esta solución es tan eficiente como la cantidad de voltaje que necesita. (Eff. = Vfan / Vin) Una solución más sofisticada y eficiente sería usar un convertidor CC/CC, ya que "convierte" el voltaje con una eficiencia de alrededor del 90-98%.
No, PWM no es necesario para reducir la corriente. Todo lo que hace PWM es reducir el voltaje promedio en el motor. Use una fuente de 12 voltios con un 50% de PWM en promedio, el motor se activa con una fuente de 6 voltios. Entonces, uno puede reducir la corriente simplemente reduciendo el voltaje de la fuente. Lo que sucederá es que el par de arranque/bloqueo se reducirá y el motor consumirá menos corriente y producirá menos par a cualquier velocidad (12 voltios más de corriente/par, 6 voltios menos de corriente/par a la misma velocidad). Entonces, con una carga de ventilador en el eje, la reducción del voltaje significa una corriente, un par y una velocidad de equilibrio más bajos de la carga del ventilador.

"Entonces, además de PWM, ¿hay alguna forma de reducir la velocidad actual/del ventilador sin generar calor y desperdiciar energía?"

Utilice una batería o fuente de alimentación con un potencial máximo inferior a 12 voltios.

PWM no es necesario en todos los casos para reducir la corriente. Todo lo que hace PWM es reducir el voltaje promedio en el motor. Use una fuente de 12 voltios con un 50% de PWM en promedio, el motor se activa con una fuente de 6 voltios. Entonces, uno puede reducir la corriente simplemente reduciendo el voltaje de la fuente. Lo que sucederá es que el par de arranque/bloqueo se reducirá y el motor consumirá menos corriente y producirá menos par a cualquier velocidad (12 voltios más de corriente/par, 6 voltios menos de corriente/par a la misma velocidad). Entonces, con una carga de ventilador en el eje, la reducción del voltaje significa una corriente, un par y una velocidad de equilibrio más bajos de la carga del ventilador. El motor que funciona a un voltaje más bajo, ya sea desde una fuente de CC o una fuente de PWM promedio, no consumirá suficiente corriente ni generará suficiente par para impulsar la fricción mecánica y la disipación del ventilador a velocidades de rotación más altas.

reduzca el voltaje del suministro al ventilador, intente con 3V.

¿Por qué 3V? Eso parece muy bajo para hacer funcionar un ventilador de 12V.
3V funcionó bien para mí en una situación similar

Hay algunas formas de hacer un control variable de la energía en un dispositivo, la mayoría de ellas usan un voltaje fijo y lo encienden y apagan (PWM), y la otra forma es usar un voltaje regulado.

A menudo se utilizan reguladores de voltaje, como los reguladores de caída lineal, que consumen energía para regular el voltaje. La mayoría de los dispositivos ahora usan SMPS (fuentes de alimentación de modo conmutado), que se parece más a PWM.

No creo que pueda tenerlo en ambos sentidos, necesita cambiar O quemar energía. Sin embargo, esto no significa que deba usar PWM (que es de voltaje completo o sin voltaje a menos que tenga un filtro), hay convertidores de CC CC o SMPS variables que darán buenos resultados sin tener que usar un PWM conmutado que es estrictamente ' Encendido o apagado'.

El convertidor reductor más básico (SMPS) es casi lo mismo que PWM, sin embargo, tiene un gran condensador en la salida. Entonces este capacitor es lo que pueden agregar si quieren suavizar el voltaje

Aquí hay algo en que pensar:

La potencia requerida para accionar un ventilador es generalmente proporcional a la velocidad al cubo. La velocidad de un motor DC es directamente proporcional al voltaje aplicado.

Suponiendo que el ventilador requiera 200 W a 12 V, para reducir la potencia requerida a 50 W, 0,25 x 200, la velocidad sería la raíz cúbica de 0,25 o 0,63 x la velocidad máxima. El voltaje requerido sería 0.63 x 12 = 7.6V.

50 W a 7,6 V requiere 50/7,6 = 6,6 A.

Para bajar el voltaje a 7,6 V, necesita una resistencia que caiga 12 - 7,6 = 4,4 V a 6,6 A. La resistencia debe ser 4,4/7,6 = 0,67 ohmios. La resistencia disipará 4,4 x 6,6 = 29 vatios.

La potencia total utilizada será de 50 watts para el ventilador más 29 watts para la resistencia = 79 watts. Más de un tercio de la potencia se disipa en la resistencia, pero está utilizando mucho menos que los 200 vatios de potencia máxima del ventilador.

El flujo de aire es aproximadamente proporcional a la velocidad al cuadrado. El flujo de aire a 0,63 x la velocidad nominal es aproximadamente el 40 % del flujo de aire a velocidad máxima.

Muy útil, así que no necesito una resistencia de 100 W para quitar 100 W del ventilador, interesante.
¿Hay alguna forma de reducir la corriente, que no sea PWM, sin generar calor?
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