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Einfluss der PWM-Frequenz auf das Motorgeräusch

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Der Einfluss der PWM-Frequenz auf das Geräusch von Permanentmagnet-Synchronmotoren

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Der Einfluss der PWM-Frequenz auf das Geräusch von Permanentmagnet-Synchronmotoren

Viele Anwendungen, bei denen Permanentmagnet-Synchron-Minimotoren zum Einsatz kommen, erfordern den Betrieb der Motoren entweder an mehr als einem Lastpunkt oder über bestimmte Lastzyklen. Der Betrieb des Motors an nutzbaren Lastpunkten erfordert eine variable, steuerbare Stromquelle; dies kann durch kontinuierlich linear geregelte Stromversorgungen oder durch Pulsbreitenmodulation (PWM) erreicht werden. PWM ist eine Technik, mit der die effektive Spannung an einem Permanentmagnet-Synchronmotor durch schnelles Ein- und Ausschalten der Versorgungsspannung variiert werden kann. Die Frequenz dieser Spannungsimpulse kann je nach den Anforderungen der Anwendung zwischen einigen hundert Hertz und mehreren Kilohertz variieren. Die PWM-Frequenz hat jedoch einen direkten Einfluss auf das vom Motor erzeugte Geräusch.

Wie wirkt sich die PWM-Frequenz auf das Geräusch von Permanentmagnet-Synchronmotoren aus?

Die Auswirkung der PWM-Frequenz auf das Geräusch von Permanentmagnet-Synchronmotoren lässt sich erklären, wenn man den zugrunde liegenden Mechanismus der Geräuschentwicklung in Motoren versteht. Permanentmagnet-Miniatursynchronmotoren erzeugen Geräusche aufgrund der Wechselwirkung zwischen dem Magnetfeld und der mechanischen Struktur des Motors. Die Kommutierung oder das Schalten des Stroms in den Motorwicklungen, das durch das PWM-Signal gesteuert wird, kann ebenfalls zu diesem Geräusch beitragen.

Bei niedrigeren PWM-Frequenzen erfolgt das Umschalten des Stroms in den Motorwicklungen langsamer, was zu einem ausgeprägteren akustischen Geräusch führt. Dies ist darauf zurückzuführen, dass das Magnetfeld des Motors aufgrund des langsameren Umschaltens instabiler ist und dadurch mehr Vibrationen in der mechanischen Struktur des Motors entstehen. Bei höheren PWM-Frequenzen hingegen schaltet der Strom schneller, was zu weniger hörbaren Geräuschen führt. In diesem Fall ist das Magnetfeld weniger instabil und erzeugt weniger Vibrationen in der mechanischen Struktur des Motors.

Die PWM-Frequenz wirkt sich auch auf das Ausmaß der mechanischen Geräusche aus, die von Permanentmagnet-Miniatursynchronmotoren erzeugt werden. Je höher die Frequenz ist, desto geringer ist die Amplitude des Geräuschs. Der Grund für diese Beziehung liegt in der Trägheit des Motors und seiner Reaktion auf die PWM-Signale. Bei einer niedrigen Frequenz neigt der Motor dazu, langsam und unregelmäßig auf die Signale zu reagieren, was zu einem ruckartigen und lauten Betrieb führt. Ist die Frequenz jedoch hoch, reagiert der Motor schnell und gleichmäßig auf die Signale, was zu einem ruhigeren und stabileren Betrieb führt.

Neben der Verringerung der mechanischen Geräusche hat die Erhöhung der PWM-Frequenz noch weitere Vorteile, z. B:

Höherer Wirkungsgrad. Ein hochfrequentes PWM-Signal reduziert die Leistungsverluste des Motors und verbessert so seinen Gesamtwirkungsgrad.

Ruhigerer Betrieb. Eine höhere PWM-Frequenz führt zu einer gleichmäßigeren Bewegung und weniger Vibrationen, wodurch sich der Motor ideal für Präzisionsanwendungen eignet.

Geringerer Temperaturanstieg. Ein hochfrequentes PWM-Signal reduziert den Temperaturanstieg des Motors und damit das Risiko von thermischen Schäden.

Fazit

Die PWM-Frequenz hat einen erheblichen Einfluss auf das von Permanentmagnet-Synchronmotoren erzeugte Geräusch. Eine höhere Frequenz führt zu einem gleichmäßigeren und leiseren Motorbetrieb mit zusätzlichen Vorteilen wie höherem Wirkungsgrad, gleichmäßigerem Betrieb und geringerem Temperaturanstieg. Aus diesem Grund empfiehlt sich eine höhere PWM-Frequenz für Anwendungen, bei denen die Geräuschreduzierung ein entscheidender Faktor ist.

Unsere Ingenieure können Ihnen bei der Entwicklung der richtigen PWM-Frequenz und des Tastverhältnisses helfen, basierend auf den Anforderungen der Stromwelligkeit und der Lebenserwartung sowie auf anderen Anwendungsanforderungen. Kontaktieren Sie uns hier, um dies zu besprechen!