เหตุใดฉันจึงต้องกังวลเกี่ยวกับมอเตอร์ที่ทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าของฉันที่จะยิงขึ้นเมื่อ back-EMF ไม่สามารถเกินแรงดันไฟฟ้าได้?


22

ฉันเคยได้ยินคนพูดว่าในวงจรควบคุมมอเตอร์เราต้องใช้ความระมัดระวังเพื่อป้องกันไม่ให้มอเตอร์ป้อนกลับเข้าไปในแหล่งจ่ายไฟทำให้แรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้น แต่สิ่งนี้จะเป็นอย่างไร นอกเสียจากแรงภายนอกบางตัวกำลังเร่งมอเตอร์ back-EMF จะไม่สามารถรับแรงดันไฟฟ้าได้สูงกว่านี้ ถ้าเช่นนั้นจะทำให้แรงดันไฟจ่ายสูงขึ้นได้อย่างไร?

คำตอบ:


34

มอเตอร์ที่ขับเคลื่อนด้วย H-bridge ก็เป็นตัวแปลงเสริม นี่คือ H-bridge:

แผนผัง 1

แทนที่มอเตอร์ด้วยตัวเหนี่ยวนำความต้านทานและแหล่งกำเนิดแรงดันไฟฟ้า (back-EMF):

แผนผัง 2

ลองพิจารณาว่าเรากำลังขับมอเตอร์ในทิศทางเดียวและ S3 เปิดอยู่เสมอและ S4 จะปิดเสมอ:

แผนผัง 3

หมุน V1, S1 และ D1 (วงจรเดียวกัน):

แผนผัง 4

พลิกสิ่งทั้งหมดจากซ้ายไปขวา (ยังคงเป็นวงจรเดียวกัน):

แผนผัง 5

เราไม่ต้องการการแก้ไขที่ใช้งานอยู่ดังนั้นเราจึงสามารถลบ S1 D2 ยังไม่มีวัตถุประสงค์ นอกจากนี้เรายังสามารถลบ R1 เนื่องจากมันเป็นเพียงความต้านทานเล็กน้อยและไม่เปลี่ยนฟังก์ชั่นของวงจรอื่นที่ไม่ใช่เพื่อให้มีประสิทธิภาพน้อยลง:

แผนผัง 6

มองใกล้สวยใช่มั้ย แน่นอนตัวแปลงบูสต์จริงจะมีตัวเก็บประจุบนเอาต์พุตเพื่อสร้าง DC และโหลดไม่ใช่แบตเตอรี่ แต่เป็นตัวต้านทานและอาจ V1 ไม่ใช่มอเตอร์แบ็ค EMF แต่เป็นแบตเตอรี่ ขั้นตอนนี้ไม่จำเป็นต้องแสดงให้เห็นว่า back-EMF สามารถป้อนกลับเข้าไปในแหล่งจ่ายไฟของคุณได้อย่างไร แต่มีให้ในกรณีที่คุณไม่รู้จักตัวแปลงบูสเตอร์:

แผนผัง 7

QED

นอกจากนี้ยังสามารถแสดงให้เห็นว่าเมื่อมอเตอร์กำลังเร่ง H-bridge เป็นตัวแปลงบั๊ก ดังนั้นจึงเป็นเรื่องง่ายที่จะคิดเกี่ยวกับการทำงานร่วมกันระหว่างแบตเตอรี่และพลังงานจลน์ของมอเตอร์ในกรอบของกฎหมายการอนุรักษ์พลังงาน การละเลยการสูญเสียที่ไม่เหมาะอย่างยิ่งในการต้านทานการพัน, การสลับทรานซิสเตอร์, แรงเสียดทาน, ฯลฯ , H-bridge และมอเตอร์ทำให้เครื่องแปลงพลังงานมีประสิทธิภาพ เพื่อเพิ่มพลังงานจลน์ของมอเตอร์แบตเตอรี่จะต้องจ่ายพลังงาน เพื่อลดพลังงานจลน์ของมอเตอร์แบตเตอรี่จะต้องดูดซับพลังงาน

หากแบตเตอรี่แรงเสียดทานหรือโหลดอื่น ๆ ไม่สามารถแปลงพลังงานจลน์เป็นความร้อนหรือพลังงานเคมีก็จะไปที่อื่น เป็นไปได้มากว่าในตัวเก็บประจุแยกพลังงานของคุณทำให้แรงดันไฟฟ้าของรางเพิ่มขึ้นเนื่องจากพลังงานที่เก็บในตัวเก็บประจุคือ:

E=12CV2

หรือเทียบเท่า

V=2EC

ECV

E=12ม.โวลต์2

Eม.โวลต์ม.kก.ม.2โวลต์

ประเด็นที่นี่คือคุณได้รับการเบรกแบบปฏิรูปแม้ว่าคุณไม่ต้องการ ดูฉันจะใช้การติดตั้งเบรกมอเตอร์กระแสตรงได้อย่างไร


1
+1 อย่างไรก็ตามเพื่อให้บูสเตอร์แปลงทำงานได้ต้องเปิดและปิด S2 (รูปภาพสุดท้าย) ใช้สองกรณี (1) คุณยังคงใช้ PWM และทำอะไรบางอย่างเช่น "การเบรกแบบแอคทีฟ" ในที่สุดสิ่งนี้จะนำไปสู่การเพิ่มตัวแปลง (2) ไม่มี PWM ไปยังทรานซิสเตอร์ใด ๆ - เฉพาะไดโอดจะทำหน้าที่เป็นตัวเรียงกระแสสำหรับ EMF และแรงดันไฟฟ้าจะไม่เพิ่มขึ้นถึงระดับที่เป็นอันตรายเว้นแต่ว่าคุณจะเปิดมอเตอร์ภายนอกเร็วกว่าที่มันวิ่งก่อนที่จะถูกปิด
zebonaut

ห้องปฏิบัติการวงจรจะดีคุณอาจใช้ตัวจับเวลา 555 และแหล่งจ่ายแรงดันเป็นหมวกที่คุณกำลังชาร์จด้วยไดโอดบางตัวที่แสดงแบบเรียลไทม์ว่ามันทำงานอย่างไร แต่ฉันชอบวงจรห้องปฏิบัติการ
Kortuk

@zebonaut จริงถ้าคุณหยุดเปลี่ยนสะพานคุณไม่สามารถเพิ่มแรงดันไฟฟ้าได้ ถ้าคุณปล่อยสวิตช์ไว้ที่ต่ำขั้วของมอเตอร์จะสั้นลงกระแสของมอเตอร์จะสูงมากและพลังงานจลน์จะถูกแปลงเป็นความร้อนทั้งหมดโดยความต้านทานของขดลวดและการสูญเสียของทรานซิสเตอร์ หากคุณหยุดเปลี่ยนสะพานทั้งหมดมอเตอร์อิสระและแรงเสียดทานเพียงอย่างเดียวคือการดูดซับพลังงานจลน์ แม้ว่าโดยปกติแล้วตัวควบคุมมอเตอร์ PWM จะอยู่ระหว่างสุดขั้วทั้งสองนี้และทุกครั้งที่รอบการทำงานลดลงคุณจะได้รับการเบรกแบบปฏิรูปโดยไม่ต้องทำอะไรแฟนซี
Phil Frostst

@PhilFrost เพียงแค่ให้ความกระจ่างนี่ไม่ได้หมายความว่าเป็นไปได้ที่พัลส์จะขับมอเตอร์ในลักษณะที่จะเพิ่มแรงดันไฟฟ้าเพื่อให้คุณสามารถขับมอเตอร์ที่มีแรงดันสูงจากแหล่งแรงดันไฟฟ้าต่ำใช่ไหม? คุณจะต้องมีตัวแปลงบูสเตอร์ก่อนใช่ไหม?
Horta

@horta ใช่แล้วค่อนข้างมาก "การเพิ่ม" จะเกิดขึ้นเฉพาะเมื่อ EMF ของมอเตอร์เกินแรงดันแบตเตอรี่ดังนั้นแบตเตอรี่จึงเป็นภาระ เนื่องจาก EMF นั้นเป็นสัดส่วนกับความเร็วนี่ก็หมายความว่ามอเตอร์หมุนเร็วกว่าที่มันจะอยู่ในสภาวะสมดุลและดังนั้นจะช้าลง
Phil

9
  1. สิ่งที่ฟิลพูด

2. นี่ไม่ใช่ EMF ที่คุณกำลังมองหา ปัญหาหนึ่งคือในแรงดันไฟฟ้าเท่ากันกับ EMF ด้านหลังของคุณ นี่ไม่ใช่ EMF - นี่คือพลังงานที่เก็บไว้ในระบบ "เรียกร้องให้มีบ้านใหม่ฉันบอกว่าต้องการ" เพราะพลังงานจะถูกส่งไปที่อื่นและมันจะถูกส่งในอัตราที่ระบบต้องการให้มันเกิดขึ้น ใช้เวลาสักครู่ในการยอมรับการถ่ายโอนและจะได้รับการยืนยันมากขึ้นเรื่อย ๆ ตามความจำเป็น.

มอเตอร์หมุนมีพลังงานกลซึ่งถูกแปลงเป็นพลังงานไฟฟ้าเมื่อฟลักซ์ในขดลวดเปลี่ยนแปลง เมื่อคุณเบรกมันจะแข็ง Enegy ทั้งหมดจะถูกเก็บไว้ในสนามแม่เหล็กและสนามแม่เหล็กต้องการที่จะแบ่งปันความโปรดปรานของมัน
สนามจะยุบลงและพลังงานจะถูกส่งไปที่อื่น
ดังนั้น ...

ด้านหนึ่งของมอเตอร์มักจะต่อสายดิน (โดยตรงหรือผ่านไดโอด) และในกรณีนี้อีกด้านหนึ่งเชื่อมต่อกับแหล่งจ่าย เมื่อสนามแม่เหล็กส่งพลังงานถ้าแหล่งจ่ายสามารถรับพลังงานที่แรงดันคงที่ (เช่นแบตเตอรี่หรือตัวเก็บประจุในอุดมคติ) ดังนั้นสนามแม่เหล็กจะไม่สนใจ มันจะยืนและส่งมอบ

อย่างไรก็ตามถ้าแหล่งจ่ายไม่รับพลังงานในอัตราที่สนามต้องการส่งสนามนั้นจะกลายเป็นสนามที่ยืนหยัดขึ้นอีกเล็กน้อย - มันจะเพิ่มแรงดันไฟฟ้า หากสิ่งนี้ไม่ทำงานมันจะเพิ่มแรงดันไฟฟ้าต่อไปจนกว่าพลังงานจะไหลออกมาในอัตราที่ "ปรารถนา"
มันจะไปไม่สิ้นสุดหากต้อง
ในโลกแห่งความเป็นจริงมักจะมีความจุ (ตั้งใจหรือไม่) และมักจะหยุดแรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นโดยการเก็บพลังงานไว้ในตัวเก็บประจุ ตัวเก็บประจุขนาดเล็กมาก = แรงดันสูงมาก


ที่เพิ่ม:

นี่คือความคิดเห็นเกี่ยวกับคำตอบของ Luc แต่เป็นประโยชน์ในสิทธิของตนเอง

ดังกล่าวข้างต้นพลังงานมอเตอร์จะต้อง "ไปที่ไหนสักแห่ง
ถ้ามอเตอร์ถูกยกเลิกในการโหลดแล้วโหลดจะดูดซับพลังงาน
Snubber เป็นหนึ่งในภาระดังกล่าว แต่แหล่งจ่ายไฟที่ Phil หมายถึงอีก
ถ้าอุปทานเป็น" แรงดันไฟฟ้าที่แข็งตัวจะไม่เพิ่มขึ้นอย่างแข็งค่าความ
แข็งอาจมาจากการมีอุปกรณ์อื่นทำงานจากแหล่งจ่ายที่สามารถใช้พลังงานและ / หรือความจุเพียงพอที่จะดูดซับพลังงานที่มีแรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้นเล็กน้อย

หากแหล่งจ่ายไม่ "แข็งพอ" แรงดันไฟฟ้าของมันจะเพิ่มขึ้นเนื่องจากพลังงานของมอเตอร์ถูกถ่ายโอนเข้าไป ในกรณีที่รุนแรงการเพิ่มขึ้นของแรงดันไฟฟ้าอาจเพียงพอที่จะทำลายแหล่งจ่ายเนื่องจากสภาพแรงดันไฟฟ้าสูงเกินไป


@PhilFrost - ใช่ แต่ในขณะที่ฉันสังเกตเห็น "ความแข็งอาจมาจากการมีอุปกรณ์อื่น ๆ ที่ทำงานจากแหล่งจ่ายที่สามารถใช้พลังงาน ... เพื่อดูดซับพลังงานที่มีแรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้นเล็กน้อย" วัสดุสิ้นเปลืองบางชนิดได้รับการออกแบบเป็นพิเศษเพื่อกระจายพลังงานถ้าแรงดันไฟฟ้าสูงเกินไปหรือถ่ายโอนกลับเข้าไปในแหล่งจ่าย (การกู้คืนพลังงาน) "ฉลาด" สิ่งเหล่านี้ใช้ DC จาก "โหลด" และส่งกลับแรงดันไฟฟ้าหลักและความถี่ AC กลับเข้าไปในไฟ
รัสเซลแม็คมาฮอน

โดยการใช้ไซต์ของเรา หมายความว่าคุณได้อ่านและทำความเข้าใจนโยบายคุกกี้และนโยบายความเป็นส่วนตัวของเราแล้ว
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.