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Solución:
Hay varios problemas afectados por la frecuencia PWM al accionar un motor:
- Los pulsos deben llegar lo suficientemente rápido para que el sistema mecánico del motor los promedie. Por lo general, unas pocas decenas de Hz a unos pocos 100 Hz son suficientes para esto. Esto rara vez es el factor limitante.
- En algunos casos, es importante que no se escuchen los lloriqueos en la frecuencia PWM. Incluso si el sistema mecánico en su conjunto no reacciona a pulsos individuales, los devanados individuales de una bobina sí pueden. Un motor eléctrico funciona con fuerzas magnéticas, con cada bucle de alambre en una bobina dispuesto para crear estas fuerzas. Eso significa que cada trozo de cable en un devanado tiene una fuerza lateral proporcional a la corriente, al menos parte del tiempo. El cable en los devanados no puede moverse mucho, pero aún puede vibrar lo suficiente como para que el resultado sea audible. La frecuencia PWM de 1 kHz puede estar bien en todos los demás aspectos, pero si esto va a un dispositivo de usuario final, el zumbido a esa frecuencia podría ser inaceptable. Por esta razón, PWM para el control del motor del consumidor final a menudo se realiza a 25 kHz, siendo un poco más allá de lo que la mayoría de la gente puede escuchar.
- Corriente media de bobina. Esto puede ser un tema complicado. Las bobinas individuales del motor se verán en su mayoría inductivas para el circuito de conducción. Desea que la corriente a través de las bobinas sea principalmente lo que esperaría del promedio aplicado por el PWM y no suba y baje sustancialmente en cada pulso.
Cada bobina tendrá una resistencia finita, lo que provoca una pérdida de potencia proporcional al cuadrado de la corriente que la atraviesa. Las pérdidas serán mayores a la misma corriente promedio cuando haya un gran cambio en la corriente sobre un pulso. Considere el ejemplo extremo de la bobina que reacciona al voltaje pulsado casi instantáneamente y lo está impulsando con una onda cuadrada del 50%. La disipación resistiva será la mitad de la conducción de la bobina al máximo todo el tiempo, siendo la corriente promedio (por lo tanto, el par motor resultante) también la mitad del máximo. Sin embargo, si la bobina fuera impulsada con una corriente constante de 1/2 en lugar de pulsos, la disipación resistiva sería 1/4 de plena pero con la misma 1/2 de corriente de escala completa y, por lo tanto, par.
Otra forma de pensar en esto es que no desea una corriente de CA significativa además del nivel promedio de CC. La corriente alterna no hace nada para mover el motor, solo el promedio lo hace. Por lo tanto, el componente de CA solo causa pérdidas resistivas en las bobinas y otros lugares.
- Pérdidas de conmutación. El interruptor ideal está completamente encendido o completamente apagado, lo que significa que nunca disipa energía. Los interruptores reales no cambian instantáneamente y, por lo tanto, pasan un tiempo finito en una región de transición donde disipan una cantidad sustancial de energía. Parte del trabajo de la electrónica del variador es minimizar este tiempo de transición. Sin embargo, no importa lo que haga, habrá algún momento por borde en el que el cambio no sea ideal. Este tiempo generalmente se fija por borde, por lo que su fracción del período total de PWM aumenta con la frecuencia. Por ejemplo, si el interruptor pasa un total de 1 µs en transición cada pulso, entonces a una frecuencia PWM de 25 kHz, que es un período de 40 µs, el tiempo de transición es 1/40 del total. Eso puede ser aceptable. Sin embargo, si la frecuencia de conmutación se aumentara a 100 kHz, lo que significa un período de 10 µs, el tiempo de transición sería del 10 %. Eso probablemente causará problemas.
En cuanto a su circuito, mi mayor preocupación es qué tan lento será el Q1. Los optoaisladores son notoriamente lentos (en relación con la mayoría de los demás componentes, como los transistores individuales), especialmente cuando se apagan. Solo tiene R2 (aunque puedo leer su valor) tirando hacia abajo de la puerta FET para apagarlo. Eso va a ser lento. Eso puede estar bien si puede tolerar una frecuencia PWM lenta, considerando todas las otras compensaciones que mencioné anteriormente.
Podría considerar colocar un PIC en el lado del motor de la opto. Puede comunicarse digitalmente con ese PIC a través de una interfaz UART o algo que no tiene que ejecutarse en la frecuencia PWM. Ese PIC luego genera el PWM apropiado localmente y activa y desactiva el Q1 con un circuito adicional para ese propósito. De esa forma, las señales de alta velocidad y los flancos rápidos no pasan por un optoaislador.
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