Pulsweitenmodulation

Die Pulsweitenmodulation (PWM) ist eine heute sehr gängige Technik zur Ansteuerung von Gleichstrom-Motoren, aber auch zur Steuerung der Helligkeit von Leuchtdioden (Dimmen).

Bei der Pulsweitenmodulation wird die elektrische Spannung zwischen 0 Volt und der maximalen Spannung gewechselt. Dabei wird bei konstanter Frequenz der Tastgrad eines Rechteckpulses moduliert, also die Breite der ihn bildenden Impulse.

Die daraus resultierende Motor-Drehzahl entspricht dem Mittelwert der anliegenden pulsierenden Spannung, ebenso die Helligkeit einer Leuchtdiode. Es besteht jedoch selten ein völlig linearer Zusammenhang zwischen dem Mittelwert der Spannung und dem daraus resultierenden Ergebnis, da die angesteuerten Verbraucher selbst eine sog. Kennlinie besitzen.

Der entscheidende Vorteil eines PWM-Signals liegt in der Generierung mit der heutigen Halbleiter-Technik begründet. Dadurch, dass lediglich zwischen 2 Pegeln geschaltet wird (zwischen 0 und Maximum), fällt an den dazu verwendeten Halbleitern nur wenig Verlustwärme ab, da an den Schaltelementen entweder der Strom nahzu 0 ist oder aber die Spannung. Die Verlustleistung ergibt sich aus dem Produkt von Spannung und Strom und liegt daher bei beiden Zuständen nahe bei 0.

Die Erzeugung einer echten (analogen) Gleichspannung führt zu erheblich mehr Verlustleistung und damit sehr schnell zur Notwendigkeit von Kühlkörpern. Insbesondere bei modernsten Bauelementen kann stattdessen die Platine, auf der die Halbleiter aufgebracht sind, zur Abfuhr der nur noch minimalen Wärme verwendet werden.

ACHTUNG: Sogenannte Glockenanker-Motoren setzen ein PWM-Signal sehr hoher Frequenz voraus. Solche Frequenzen werden nicht durch alle PWM-Steuerungen erzeugt und können diese Motoren ggf. zerstören.

Andere Bezeichnungen für die Pulsweitenmodulation sind Pulsdauermodulation, Pulslängenmodulation und Pulsbreitenmodulation.


Zusatzinformation ALAN:

ALAN steuert im Gleichstrombetrieb generell mit einer pulsweitenmodulierten Spannung und Frequenzen >20 kHz. Daher können Glockenanker-Motoren mit ALAN gefahrlos betrieben werden. Wichtig ist natürlich, dass sie auch richtig konfiguriert werden (als analoge Gleichstrom-Lokomotiven, nicht als digitale).

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