Dlaczego mam się martwić, że silnik spowoduje wzrost mojego napięcia zasilającego, gdy tylne pole elektromagnetyczne nie może przekroczyć napięcia zasilającego?

Słyszałem, jak ludzie mówią, że w obwodach sterowania silnikiem należy przedsięwziąć środki ostrożności, aby silnik nie dostał się z powrotem do źródła zasilania, powodując wzrost napięcia zasilania, aw konsekwencji uszkodzenie elementów. Ale jak to może być? O ile pewna siła zewnętrzna nie przyspieszy silnika, tylny EMF nigdy nie może przekroczyć napięcia zasilania. Jak więc mógł kiedykolwiek podnieść napięcie zasilania?

motor boost back-emf Phil Frost
źródło

Odpowiedzi:

Silnik napędzany mostkiem H jest również przetwornicą podwyższającą. Oto mostek H:

schemat 1

Wymień silnik na cewkę indukcyjną, rezystancję i źródło napięcia (back-EMF):

schemat 2

Rozważmy tylko, że napędzamy silnik w jednym kierunku, a S3 jest zawsze otwarty, a S4 jest zawsze zamknięty:

schemat 3

Obróć V1, S1 i D1 (ten sam obwód):

schemat 4

odwróć wszystko od lewej do prawej (wciąż ten sam obwód):

schemat 5

Nie potrzebujemy aktywnej korekty, więc możemy usunąć S1. D2 również nie służy celowi. Możemy również usunąć R1, ponieważ jest to tylko niewielki opór i nie zmienia funkcji obwodu inaczej niż czyni go mniej wydajnym:

schemat 6

Wyglądasz dość blisko, prawda? Oczywiście prawdziwy przetwornik podwyższający napięcie będzie miał kondensator na wyjściu, aby wytworzyć prąd stały, a ładunek nie jest akumulatorem, ale rezystorem i prawdopodobnie V1 nie jest tylnym polem elektromagnetycznym silnika, ale raczej akumulatorem. Ten krok nie jest konieczny, aby zademonstrować, w jaki sposób back-EMF może wrócić do twojego zasilacza, ale jest zapewniony na wypadek, gdybyś nie rozpoznał konwertera boost:

schemat 7

CO BYŁO DO OKAZANIA.

Można również wykazać, że podczas przyspieszania silnika mostek H jest konwerterem buck. W związku z tym łatwiej jest myśleć o interakcji między akumulatorem a energią kinetyczną silnika w ramach prawa zachowania energii. Pomijając nie idealne straty w oporności uzwojenia, tranzystory przełączające, tarcie itp., Mostek H i silnik stanowią wydajny konwerter energii. Aby zwiększyć energię kinetyczną silnika, akumulator musi dostarczać energię. Aby zmniejszyć energię kinetyczną silnika, akumulator musi pochłaniać energię.

Jeśli akumulator, tarcie lub inne obciążenie nie może przekształcić energii kinetycznej w ciepło lub energię chemiczną, trafi gdzie indziej. Najprawdopodobniej do zasilacza odsprzęgają kondensatory, powodując wzrost napięcia szyny zasilającej, ponieważ energia zgromadzona w kondensatorze to:

$E = \frac{1}{2}CV^2$

lub równoważnie

$V = \sqrt{\dfrac{2E}{C}}$

$E$ $C$ $V$

$E = \frac{1}{2}mv^2$

$E$ $m$ $v$ $m$ $kg \cdot m^2$ $v$

Chodzi o to, że uzyskujesz hamowanie regeneracyjne, nawet jeśli tego nie chcesz. Zobacz Jak mogę wdrożyć hamowanie regeneracyjne silnika prądu stałego?

Phil Frost
źródło

+1. Jednak, aby konwerter boost działał, S2 (ostatnie zdjęcie) musi być włączone i wyłączone. Obowiązują dwa przypadki. (1) Nadal stosuje się PWM i wykonuje się coś takiego jak „aktywne hamowanie”. To ostatecznie doprowadzi do konwertera boost. (2) Bez PWM do żadnego tranzystora - tylko diody będą działać jako prostowniki dla pola elektromagnetycznego, a napięcie nie wzrośnie do niebezpiecznego poziomu, chyba że zewnętrznie obrócisz silnik szybciej niż pracował przed wyłączeniem.

zebonaut

Laboratorium obwodów byłoby fajne, prawdopodobnie możesz użyć licznika 555 i źródła napięcia, które ładujesz za pomocą diod, które pokazują w czasie rzeczywistym, jak to działa, ale uwielbiam laboratorium obwodów.

Kortuk

@zebonaut to prawda, że jeśli przestaniesz przełączać mostek, nie możesz podnieść napięcia zasilania. Jeśli pozostawisz przełącznik włączony na niskim poziomie, zaciski silnika są zwarte, prąd silnika będzie bardzo wysoki, a energia kinetyczna jest przekształcana całkowicie w ciepło przez rezystancję uzwojenia i straty tranzystora. Jeśli przestaniesz całkowicie przełączać mostek, silnik zwolni, a tylko tarcie absorbuje energię kinetyczną. Zwykle jednak sterownik silnika PWM znajduje się między tymi dwiema skrajnościami i za każdym razem, gdy cykl pracy zmniejsza się, uzyskuje się hamowanie regeneracyjne, nie robiąc nic wymyślnego.

Phil Frost

@PhilFrost Aby wyjaśnić, nie oznacza to, że można impulsowo napędzać silnik w taki sposób, aby zwiększyć napięcie, aby można było napędzać silnik o wyższym napięciu ze źródła niskiego napięcia, prawda? Naprawdę potrzebujesz wcześniej konwertera doładowania, prawda?

horta

@horta Tak, właściwie. „Zwiększenie” występuje tylko wtedy, gdy pole elektromagnetyczne silnika przekroczy napięcie akumulatora, więc akumulator jest obciążeniem. Ponieważ pole elektromagnetyczne jest również proporcjonalne do prędkości, oznacza to, że silnik obraca się szybciej niż w równowadze, a więc będzie zwalniał.

Phil Frost

Co powiedział Phil

2. To nie jest EMF, którego szukasz. Jednym z problemów jest zrównanie napięcia z tylnym polem elektromagnetycznym. To nie jest powrót EMF - to energia zmagazynowana w systemie „wymagająca oddania nowego domu. Mówię, że wymagająca”, ponieważ energia ZOSTANIE przeniesiona gdzie indziej i będzie dostarczana w tempie, w jakim system chce, aby to się stało. Trochę opóźnij się w akceptacji przelewu, a będzie coraz bardziej nalegający. Jako wymagane.

Obracający się silnik zawiera energię mechaniczną, która jest przekształcana w energię elektryczną wraz ze zmianą strumienia w uzwojeniach. Kiedy mocno hamujesz, cała energia gromadzona jest w polu magnetycznym, a pole magnetyczne chce dzielić się swoją hojnością.
Pole BĘDZIE zapadać się, a energia BĘDZIE dostarczana gdzie indziej.
Więc ...

Jedna strona silnika jest zwykle uziemiona (bezpośrednio lub za pomocą diod), w tym przypadku druga strona jest podłączona do zasilania. Kiedy pole magnetyczne dostarcza energię, jeśli źródło jest w stanie przyjąć energię o stałym napięciu (np. Idealny akumulator lub kondensator), wówczas pole magnetyczne nie będzie miało znaczenia. Będzie stać i dostarczać.

Jeśli jednak źródło zasilania nie przyjmie energii z szybkością, którą pole chce dostarczyć, wówczas pole stanie się nieco bardziej natarczywe - podniesie napięcie. Jeśli to nie zadziała, będzie podnosić napięcie, dopóki energia nie wypłynie w tempie, w jakim „tego chce”.
Jeśli to konieczne, przejdzie w nieskończoność.
W prawdziwym świecie zawsze występuje pewna pojemność (zamierzona lub nie), co zwykle zatrzyma wzrost napięcia poprzez magazynowanie energii w kondensatorze. Bardzo mały kondensator = bardzo wysokie napięcie.

Dodany:

Jest to zasadniczo komentarz do odpowiedzi Luca, ale jest użyteczny sam w sobie.

Jak wyżej, energia silnika musi „gdzieś pójść.
Jeśli silnik zostanie zakończony w obciążeniu, wówczas ładunek pochłonie energię.
Jednym z takich obciążeń jest tłumienie, ale zasilacz, do którego odnosi się Phil, jest inny.
JEŻELI zasilanie to” sztywne "napięcie zasilania nie wzrośnie znacząco.
Sztywność może pochodzić z działania innych urządzeń zasilających, które mogą pobierać energię i / lub pojemność wystarczającą do pochłonięcia energii przy niewielkim wzroście napięcia.

Jeżeli zasilanie nie jest „wystarczająco sztywne”, jego napięcie wzrośnie w miarę przekazywania energii silnika. W skrajnych przypadkach wzrost napięcia może wystarczyć do zniszczenia zasilania z powodu warunków nadmiernego napięcia.

Russell McMahon
źródło

@PhilFrost - Tak. Ale także, jak zauważyłem „Sztywność może pochodzić z działania innych urządzeń zasilających, które mogą pobierać energię… w celu pochłonięcia energii przy niewielkim wzroście napięcia”. Niektóre zasilacze są specjalnie zaprojektowane do rozpraszania energii, jeśli napięcie wzrośnie zbyt wysoko lub przekażą je z powrotem do źródła zasilania (odzysk energii). „Najczystsze” z nich pobiera prąd stały z jego „obciążenia” i zwraca napięcie sieciowe i częstotliwość prądu przemiennego z powrotem do sieci.

Russell McMahon,

{V.}_{L.} (t) = L. \frac{re {ja}_{L.} (t)}{re t}

$V_L(t) = L\frac{di_L(t)}{dt}$

Luc
źródło