Wiem, że wiele samochodów elektrycznych jest w stanie przekształcić pęd samochodu w energię zmagazynowaną w akumulatorach, zamiast przekształcać go w bezużyteczne ciepło na okładzinach hamulcowych. Jak to działa? Jak mogę to samodzielnie wdrożyć?

Prawdopodobnie już to masz i po prostu o tym nie wiedziałeś. Jeśli jeździsz silnikiem z pół mostkiem lub mostkiem H i PWM lub podobnym, masz hamowanie regeneracyjne. Rozważmy pół-most, ponieważ do tej analizy będziemy prowadzić silnik tylko w jednym kierunku:

Najpierw rozważmy nieregeneracyjne hamowanie. Jeśli moc wyjściowa mostka jest wysoka (S1 zamknięty, S2 otwarty), silnik przyspieszy do pełnej prędkości. Jeśli most jest teraz włączony nisko, silnik nie tylko delikatnie wybiegnie do zatrzymania. Będzie slam do zatrzymania, jak gdyby ktoś jednak hamulec na nim. Czemu?

Silnik można modelować jako szeregowy induktor i źródło napięcia. Moment obrotowy silnika jest proporcjonalny do prądu. Źródło napięcia nazywa się back-EMF i jest proporcjonalne do prędkości silnika. Właśnie dlatego silnik pobiera większy prąd, gdy jest obciążony (lub, co najgorsze, utknął w martwym punkcie): przy zmniejszonej prędkości zmniejsza się wartość przeciwelektromotorycznej siły przeciwnej i zmniejsza napięcie zasilania, co powoduje wzrost prądu. Przerysujmy nasz schemat z tym modelem, z wartościami, jakby nasz silnik wirował z dużą prędkością:

Ten silnik pracuje z pełną prędkością. Mamy mały prąd, aby przezwyciężyć tarcie w silniku, a tylna EMF to napięcie zasilania, pomniejszone o spadek napięcia powyżej R1. Nie przepływa zbyt wiele prądu, ponieważ EMF z tyłu eliminuje większość napięcia zasilania, więc L1 i R1 widzą tylko 100 mV. Co się teraz stanie, gdy przestawimy most na niską stronę?

$L_1 / R_1$$ms$$V_{B1}-V_1$$100mV$

Mamy teraz duży prąd płynący w przeciwnym kierunku. Moment obrotowy jest proporcjonalny do prądu, więc teraz zamiast łagodnej siły zgodnej z ruchem wskazówek zegara, wystarczającej do pokonania tarcia, przykładamy dużą siłę przeciwną do ruchu wskazówek zegara, a obciążenie mechaniczne gwałtownie zwalnia. Wraz ze spadkiem prędkości silnika zmniejsza się również V1, aw konsekwencji prąd i moment obrotowy, aż obciążenie przestanie wirować.

Gdzie poszła energia? Energią kinetyczną obciążenia mechanicznego jest energia. Nie może tak po prostu zniknąć, prawda?

$P_{R1} = (9.9A)^2 1\Omega = 98.01W$

Jak więc magazynować energię, zamiast przekształcać ją w ciepło?

Spójrzmy na to, co dzieje się trochę po tym, jak zaczęliśmy hamować, ale zanim przestaliśmy:

Silnik znacznie zwolnił (emf wsteczny wynosi 1 V), a wraz z nim prąd spadł. Co teraz, jeśli przestawimy most na wysoką stronę?

$L_1 / R_1$

Więc nie rób tego . Dopóki pozostajemy w tym stanie, prąd maleje. Tak więc przełączamy się z powrotem do innego stanu, z mostkiem niskim, aby back-emf mógł zbudować bieżący zapas. Następnie przełączamy się ponownie i strzelamy trochę do akumulatora. Powtarzaj, szybko.

Jeśli brzmi to tak, jak zwykle robi się w przypadku sterowania silnikiem PWM, to dlatego, że tak jest. Dlatego prawdopodobnie już to masz, a po prostu o tym nie wiedziałeś.

$80\% \cdot 10V = 8V$

$P = I^2 R$

Możesz także otworzyć wszystkie tranzystory na mostku, a prąd cewki indukcyjnej umrze przez diody w mostku. Wtedy ani tylny EMF, ani akumulator nie będą miały ścieżki do napędzania prądu, a silnik zacznie się swobodnie obracać. O ile oczywiście pewna siła zewnętrzna nie przyspiesza silnika na tyle, aby przesunąć przeciwelektromotorię wsteczną powyżej napięcia zasilania. Dobrym przykładem jest pojazd staczający się ze wzgórza.

We wszystkich innych przypadkach uzyskuje się hamowanie regeneracyjne.

praktyczne konsekwencje

Państwo musi rozważyć, co zrobisz z energii mechanicznej z silnika. Baterie mogą pochłaniać energię, ale istnieje ograniczenie co do tego, ile i jak szybko, zależy to od rodzaju baterii. Niektóre zasilacze (na przykład liniowe regulatory napięcia) w ogóle nie mogą absorbować energii.

Jeśli nie zapewnisz miejsca na energię, ani baterii, ani innego obciążenia w obwodzie, przejdzie ono do kondensatorów odsprzęgających zasilanie. Jeśli masz wystarczająco dużo energii zwróconej z silnika i niewystarczającą pojemność, napięcie szyny zasilającej będzie rosło, aż coś się zepsuje.

Musisz zaprojektować obwód, aby tak się nie stało. W samochodzie elektrycznym istnieją skomplikowane kontrolery akumulatorów, które zastosują konwencjonalne hamulce, jeśli akumulatory nie będą w stanie absorbować energii kinetycznej samochodu. Możesz także włączyć rezystor mocy na szynach zasilających lub zaprojektować sterownik silnika, aby wycofał się z hamowania, jeśli będzie za dużo.

Powiązane pytania

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

• Jak mogę zmierzyć wartość pola elektromagnetycznego wstecznego, aby wywnioskować prędkość silnika prądu stałego?

• odpowiedź superkata na w dużej mierze niezwiązane pytanie

zaskakujące pytanie retoryczne

Co się stanie, jeśli mamy silnik bez rezystancji uzwojenia i mamy sposób na napędzanie go bez dodawania dodatkowej rezystancji (idealne tranzystory i przewody)? Oczywiście jest to bardziej wydajne. Ale w jaki sposób prędkość silnika zmienia się w zależności od przyłożonego napięcia i obciążenia mechanicznego? Wskazówka: jeśli spróbujesz zmienić prędkość silnika poprzez zwiększenie lub zmniejszenie obciążenia mechanicznego, co back-emf robi z prądem?