ฉันจะวัด back-EMF เพื่ออนุมานความเร็วของมอเตอร์กระแสตรงได้อย่างไร

ฉันสนใจที่จะวัด back-EMF ของมอเตอร์เพื่อกำหนดความเร็วของมอเตอร์เพราะมันราคาถูกและไม่ต้องใช้ชิ้นส่วนกลไกเพิ่มเติม ฉันจะวัด back-EMF ได้อย่างไรเมื่อฉันขับมอเตอร์

motor speed back-emf

— Phil Frost
แหล่งที่มา

+1 เพียงเพื่อกองข้อมูลเพิ่มเติม: acroname.com/robotics/info/articles/back-emf/back-emf.html

— Nick Alexeev

วิธีหนึ่งในการทำเช่นนี้คือหยุดขับมอเตอร์ชั่วครู่นานพอที่จะปล่อยให้กระแสตกค้างจากแรงดันไฟฟ้าในการขับขี่ตกลงและจากนั้นก็วัดแรงดันไฟฟ้า เวลาที่ใช้ในการชำระกระแสไฟฟ้าจะขึ้นอยู่กับการเหนี่ยวนำของขดลวด นี่เป็นเรื่องง่ายที่จะเข้าใจและช่วงเวลาที่ไม่สามารถทำได้นั้นค่อนข้างสั้น แต่ก็มีข้อเสียที่เห็นได้ชัด

อีกวิธีหนึ่งคือการใช้กฎของโอห์มอย่างชาญฉลาด มอเตอร์สามารถสร้างแบบจำลองเป็นวงจรชุดของตัวเหนี่ยวนำตัวต้านทานและแหล่งกำเนิดแรงดันไฟฟ้า ตัวเหนี่ยวนำหมายถึงการเหนี่ยวนำของขดลวดของมอเตอร์ ตัวต้านทานคือความต้านทานของเส้นลวดนั้น แหล่งจ่ายแรงดันแทน EMF และเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความเร็วของมอเตอร์

แผนผังโมเดลมอเตอร์

ถ้าเราสามารถรู้ถึงความต้านทานของมอเตอร์และเราสามารถวัดกระแสในมอเตอร์เราสามารถอนุมานได้ว่า back-EMF จะต้องเป็นอะไรในขณะที่กำลังขับเคลื่อนมอเตอร์ ! นี่คือวิธี:

$L_m$

$V_{drv}$

ดังนั้นเราจึงมีแรงดันไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพที่เราใช้กับมอเตอร์ซึ่งเรากำลังสร้างแบบจำลองเป็นตัวต้านทานและแหล่งกำเนิดแรงดันไฟฟ้าในซีรีส์ นอกจากนี้เรายังทราบว่ากระแสในมอเตอร์และกระแสในตัวต้านทานของโมเดลของเราจะต้องเหมือนกันเพราะเป็นวงจรอนุกรม เราสามารถใช้กฎของโอห์มในการคำนวณแรงดันไฟฟ้าของตัวต้านทานนี้และความแตกต่างระหว่างแรงดันไฟฟ้าตกเหนือตัวต้านทานและแรงดันไฟฟ้าที่เราใช้จะต้องเป็น back-EMF

ตัวอย่าง:

$= R_m = 1.5\:\Omega$
$= I = 2\:\mathrm A$
$= V_{cc} = 24\:\mathrm V$
$= d = 80\%$

คำนวณ:

24V ที่รอบการทำงาน 80% ใช้งานมอเตอร์ 19.2V อย่างมีประสิทธิภาพ:

\bar{V_{d R โวลต์}} = d V_{ค ค} = 80 % \cdot 24 V = 19.2 V

$\overline{V_{drv}} = dV_{cc} = 80\% \cdot 24\:\mathrm V = 19.2\:\mathrm V$

แรงดันตกคร่อมความต้านทานต่อการม้วนพบตามกฎของโอห์มผลิตภัณฑ์ของกระแสต้านทานและขดลวด:

V_{R_{ม.}} = ผม R_{ม.} = 2 A \cdot 1.5 Ω = 3 V

$V_{R_m} = IR_m = 2\:\mathrm A \cdot 1.5\:\Omega = 3\:\mathrm V$

back-EMF เป็นแรงขับที่มีประสิทธิภาพลดแรงดันข้ามความต้านทานที่คดเคี้ยว:

V_{ม.} = \bar{V_{d R โวลต์}} - V_{R_{ม.}} = 19.2 V - 3 V = 16.2 V

$V_m = \overline{V_{drv}} - V_{R_m} = 19.2\:\mathrm V - 3\:\mathrm V = 16.2\:\mathrm V$

นำทั้งหมดมารวมกันเป็นสมการเดียว:

V_{ม.} = d V_{ค ค} - R_{ม.} ผม

$V_m = dV_{cc} - R_m I$

— Phil Frost
แหล่งที่มา

จุดที่น่าสังเกตคือยกเว้นว่าตัวเหนี่ยวนำมีความต้านทานแบบขนานหรือการรั่วไหลอื่น ๆ แรงดันเฉลี่ยของตัวเหนี่ยวนำในช่วงเวลาใดก็ตามจะต้องเป็นสัดส่วนกับความแตกต่างของกระแสระหว่างจุดเริ่มต้นและจุดสิ้นสุดของช่วงเวลานั้น หากตัวเหนี่ยวนำมีจำนวนกระแสเท่ากันไหลผ่านจุดเริ่มต้นและจุดสิ้นสุดของช่วงเวลาหนึ่งแรงดันไฟฟ้าเฉลี่ยของตัวเหนี่ยวนำจะต้องเป็นศูนย์ กฎนั้นใช้ทั้งกับตัวเหนี่ยวนำแบบไม่ต่อเนื่องและตัวเหนี่ยวนำหนึ่งแบบว่าอยู่ในลำดับเดียวกับมอเตอร์ในอุดมคติ

— supercat

นอกจากนี้โปรดทราบว่าหากหนึ่งใน PWM กำลังมอเตอร์ด้วยความถี่ที่เหมาะสมประสิทธิภาพจะดีที่สุดหากกระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำไม่ได้ตายลงระหว่างรอบ แทนที่จะเปิดวงจรให้มอเตอร์ให้ลัดวงจรเว้นแต่หรือจนกว่ากระแสจะลดลงถึงสิ่งใด (หวังว่าอัตรา PWM จะเร็วพอที่จะไม่เกิด) ถ้ามีวงจรลัดวงจรหนึ่งมอเตอร์ที่ยาวพอกระแสไฟฟ้าจะตกไปสู่สิ่งใดแล้วย้อนกลับ กระแสย้อนกลับจะทำให้ประสิทธิภาพลดลงดังนั้นให้เปิดวงจร ณ จุดนั้น (หรือลัดวงจรผ่านทรานซิสเตอร์ที่ยอมให้มีกระแสทางเดียวเท่านั้น) โปรดทราบว่า ...

— supercat

... หากกระแสไฟเกินปริมาณที่จ่ายออกไปโดยไม่ทำให้หย่อนยาน PWM ของมอเตอร์อาจเพิ่มแรงบิดเริ่มต้นหรือแรงบิดช้า โปรดทราบด้วยว่าถ้ามอเตอร์หมุนเร็วกว่าความเร็วที่ "ร้องขอ" โดย PWM พลังงานส่วนเกินบางส่วนจะถูกเทกลับเข้าไปในแหล่งจ่าย (ดีสำหรับประสิทธิภาพหากมีใครสามารถควบคุมได้อย่างปลอดภัย)

— supercat

ฉันไม่ใช่ผู้เชี่ยวชาญ แต่ฉันไม่คิดว่าคุณสามารถสันนิษฐานได้ว่าปัจจุบันของคุณจะไม่เปลี่ยนแปลงและคุณสามารถเพิกเฉยตัวเหนี่ยวนำของคุณได้อย่างง่ายดาย โหลดภายนอกจะสร้างแรงบิดและแรงบิดนี้จะสร้างการเปลี่ยนแปลงในปัจจุบัน นอกจากนี้ PWM itsef จะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในกระแสไฟฟ้าในมอเตอร์ ... ใช่การเหนี่ยวนำจะทำให้มัน "เฉลี่ย" แต่นี่จะไม่เป็นเส้นแบนนอกจากนี้ยังทำให้ค่าเฉลี่ยโดยการสร้างแรงดันไฟฟ้า สิ่งนี้จะส่งผลกระทบต่อโครงการของคุณจริงๆหรือไม่ ฉันไม่สามารถบอกได้เลยว่ามันขึ้นอยู่กับตัวมอเตอร์และโหลดดังนั้นทั้งหมดนี้จะแตกต่างกันอย่างมากจากโครงการไปยังโครงการ

— mFeinstein

วิธีการนี้จะกล่าวถึงรายละเอียดเพิ่มเติมในรายงาน IEEE: ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=4314629

— Amir Samakar