PWM ile hız kontrolü neden gerilim düşürmekten iyidir?
PWM, gerilimi kısmak yerine tam gerilimi hızlı açıp kapatarak ortalama gücü ayarlar: sürücüdeki ısı kaybı düşer, motor düşük hızda torkunu korur.
PWM, gerilimi kısmak yerine tam gerilimi çok hızlı açıp kapatarak motorun gördüğü ortalama gücü ayarlar. Sürücü üzerinde ısıya dönüşen kayıp çok daha düşüktür ve motor düşük hızda torkunu büyük ölçüde korur. Dirençle hız düşürmek ise fazla enerjiyi ısıya çevirir: hem verim düşer hem sürücü ısınır.
Dirençle düşürmek neyi kaybettirir
Seri direnç, motora giden gerilimi düşürmek için üzerinde gerilim düşürmek zorundadır ve o gerilim akımla çarpılıp ısı olur. Hız yarıya inerken kaybedilen enerji yok olmaz, direncin üzerinde harcanır. Sonuç iki yönlü kötüdür: aküden çekilen enerji aynı kalır ama işe dönüşmez, üstelik ısınan bir bileşeni soğutmak gerekir. Verim kaybının doğrudan görünen faturası budur. Akü ile çalışan bir araçta bu kayıp iki kez ödenir: bir kez çalışma süresinden, bir kez de ısınan bileşenin ömründen.
PWM nasıl çalışır
PWM (darbe genişlik modülasyonu) tam gerilimi saniyede binlerce kez açıp kapatır. Motorun gördüğü ortalama gerilim, darbenin açık kaldığı sürenin toplam periyoda oranıyla, yani görev oranıyla belirlenir. Anahtar ya tam iletimde ya tam kesimdedir; iki durumda da üzerinde harcanan güç küçüktür, çünkü ya gerilim ya akım sıfıra yakındır. Motorun sargı endüktansı bu darbeleri düzleyerek sürekli bir akıma çevirir; sürücü kayıp üretmeden, motor ise düzgün akımla çalışır. Motorun uçlarında darbeli bir gerilim vardır ama rotor bunu görmez, ortalamasını görür. Bu yüzden 12V bir sistemde yarım görev oranı, aküden çekilen akımı da yaklaşık aynı oranda düşürür; dirençli çözümde ise akım hiç azalmaz, sadece yer değiştirir.
Düşük hızda tork neden korunur
Motorun torku sargıdan geçen akımla orantılıdır, ortalama gerilimle değil. PWM'de darbe süresince motora tam gerilim uygulandığı için akım hızla kurulur ve hız düşerken tork büyük ölçüde korunur. Dirençle düşürmede ise gerilim ve akım birlikte küçülür; motor yavaşlarken zayıflar ve yüklendiği anda durur. Kapı, perde ve lift gibi düşük hızda yüksek kuvvet isteyen uygulamalarda fark açıkça hissedilir.
PWM'in tek başına yetmediği durumlar
Anahtarlama bedava değildir. Her açma-kapama olayında bir miktar kayıp oluşur ve bu kayıp frekansla büyür; bu yüzden frekans seçimi sessizlik ile ısı arasında bir dengedir. Çok düşük görev oranlarında motor sürtünmeyi yenemeyip hiç kalkmayabilir; hareket başlangıcında kısa süreli daha yüksek bir darbe gerekir. Anahtarlama ayrıca kablolara elektriksel gürültü bindirir, bu yüzden motor kablosunun sinyal ve RF kablolarından ayrı çekilmesi gerekir. Motor olmayan endüktif yüklerde de kural aynı işlemez: oransal solenoid sürerken amaç sessizlik değil, bobin akımını doğru kurmaktır.
Ne yapmalı
Hız kontrolü gereken bir uygulamada dirençli veya kademeli çözümler yerine PWM tabanlı bir sürücü seçin ve rampayı devreye alın. Kurulumdan sonra düşük hızda yükü kaldırıp kaldıramadığını boşta değil, gerçek yükle deneyin; kalkamıyorsa sorun PWM'de değil, ölü bantta veya mekanik direnç payındadır. Aynı denemeyi hem soğukta hem ısınmış sistemde tekrarlayın, çünkü kalkışa yeten en küçük görev oranı gres kıvamıyla birlikte değişir.
Konunun tamamı: DC Motor Sürücü Seçim Rehberi