ฉันรู้ว่ารถยนต์ไฟฟ้าหลายคันสามารถแปลงโมเมนตัมของรถให้เป็นพลังงานที่เก็บไว้ในแบตเตอรี่ได้มากกว่าที่จะเปลี่ยนเป็นความร้อนที่ไร้ประโยชน์ที่ผ้าเบรค มันทำงานอย่างไร ฉันจะนำไปใช้เองได้อย่างไร

อาจเป็นไปได้ว่าคุณมีอยู่แล้วและเพิ่งไม่รู้ หากคุณกำลังขับมอเตอร์ที่มีฮาล์ฟบริดจ์หรือ H-bridge และ PWM หรือสิ่งที่คล้ายกันคุณมีการเบรกแบบปฏิรูปใหม่ ลองพิจารณา half-bridge เนื่องจากการวิเคราะห์นี้เราจะรันมอเตอร์ในทิศทางเดียวเท่านั้น:

ก่อนอื่นมาพิจารณาการเบรกแบบไม่หมุนเวียน หากเอาต์พุตของบริดจ์สูง (ปิด S1, เปิด S2) มอเตอร์จะเร่งความเร็วเต็มที่ หากสะพานเปลี่ยนไปในระดับต่ำมอเตอร์จะไม่หยุดที่ชายฝั่งเบา ๆ มันจะได้ชัยชนะในการหยุดเช่นถ้าใครสักคน แต่เบรกกับมัน ทำไม?

มอเตอร์สามารถจำลองเป็นตัวเหนี่ยวนำอนุกรมและแหล่งกำเนิดแรงดันไฟฟ้า แรงบิดมอเตอร์เป็นสัดส่วนกับปัจจุบัน แหล่งจ่ายแรงดันเรียกว่าback-EMFและเป็นสัดส่วนกับความเร็วของมอเตอร์ นี่คือสาเหตุที่มอเตอร์ดึงกระแสมากขึ้นเมื่อมีการโหลด (หรือแย่ที่สุดคือหยุดทำงาน): เมื่อความเร็วลดลง back-EMF ก็จะลดลงและจะต่อต้านแรงดันไฟฟ้าที่จ่ายน้อยลงทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าที่สูงขึ้น ลองวาดแผนผังของเราด้วยโมเดลนั้นด้วยค่าราวกับว่ามอเตอร์ของเราหมุนด้วยความเร็วสูง:

มอเตอร์นี้ทำงานด้วยความเร็วเต็มที่ เรามีกระแสไฟฟ้าขนาดเล็กเพื่อเอาชนะแรงเสียดทานในมอเตอร์และ back-EMF คือแรงดันไฟฟ้าของอุปทานลดแรงดันตกคร่อม R1 กระแสไม่มากนักเนื่องจาก back-EMF ยกเลิกแรงดันไฟฟ้าส่วนใหญ่ดังนั้น L1 และ R1 จึงเห็นเพียง 100mV เกิดอะไรขึ้นเมื่อเราสลับสะพานไปทางด้านต่ำ

ตอนแรกไม่มีอะไร L1 ป้องกันการเปลี่ยนแปลงในปัจจุบันทันที อย่างไรก็ตามนี้ไม่นานและเร็ว ๆ นี้ (กำหนดโดยค่าคงที่เวลาของไม่เกินสองโดยทั่วไป) back-emf (V1) ได้กลับรายการปัจจุบันและตอนนี้มันจะไปในอื่น ๆ ทิศทาง. มันค่อนข้างใหญ่เนื่องจากตอนนี้ L1 และ R1 ไม่เห็นความแตกต่างเล็ก ๆ ของ (เป็น ) แต่ตอนนี้พวกเขาเห็น 9.9V เต็มจาก V1 เพียงอย่างเดียว:$L_1 / R_1$$ms$$V_{B1}-V_1$$100mV$

ตอนนี้เรามีกระแสขนาดใหญ่ไหลไปในทิศทางตรงกันข้าม แรงบิดเป็นสัดส่วนกับกระแสดังนั้นตอนนี้แทนที่จะใช้แรงตามเข็มนาฬิกาเบา ๆ พอที่จะเอาชนะแรงเสียดทานเรากำลังใช้แรงทวนเข็มนาฬิกาทวนเข็มนาฬิกาและโหลดเชิงกลช้าลงอย่างรวดเร็ว เมื่อความเร็วของมอเตอร์ลดลง V1 จะทำเช่นนั้นดังนั้นจึงทำเช่นนั้นในปัจจุบันและแรงบิดกับมันจนกว่าภาระจะไม่หมุนอีกต่อไป

พลังงานไปไหน? พลังงานจลน์ของภาระทางกลคือพลังงาน มันหายไปไม่ได้ใช่มั้ย

ขวา. ถ้าคุณดูวงจรอีกครั้งเรามี 9.9A ไหลผ่าน R1 98.01W พลังงานจลน์ของโหลดถูกแปลงเป็นความร้อนในการต้านทานการพันของมอเตอร์ (และในวงจรที่ใช้งานได้จริงเช่นทรานซิสเตอร์ H-bridge) มอเตอร์บางตัวจะถูกทำลายโดยพลังงานที่สูงนี้ คนอื่นอาจไม่ กระแสไฟฟ้าที่สร้างขึ้นโดย back-EMF นั้นแรงพอ ๆ กับกระแสไฟฟ้าของมอเตอร์ดังนั้นถ้ามอเตอร์ของคุณสามารถทำงานได้โดยไม่ร้อนเกินไปก็สามารถเบรคได้เช่นนี้ทุกวัน$P_{R1} = (9.9A)^2 1\Omega = 98.01W$

ดังนั้นฉันจะเก็บพลังงานได้อย่างไรแทนที่จะเปลี่ยนเป็นความร้อน

ลองดูว่าเกิดอะไรขึ้นบ้างหลังจากที่เราเริ่มเบรก แต่ก่อนที่เราจะหยุด:

มอเตอร์ช้าลงอย่างมาก (back-emf คือ 1V) และกระแสไฟฟ้าลดลงด้วย ทีนี้ถ้าเราสลับสะพานเป็นด้านสูงล่ะ?

อ้า! เรากำลังชาร์จแบตเตอรี่! แน่นอนถ้าเราอยู่ในลักษณะนี้นานมาก (อีกครั้งกำหนดโดยค่าคงที่เวลา ) ทิศทางปัจจุบันจะย้อนกลับและเราจะคลายประจุแบตเตอรี่ของเราและเร่งมอเตอร์ของเราไม่ใช่เบรก$L_1 / R_1$

ดังนั้นไม่ทำอย่างนั้น ตราบใดที่เรายังคงอยู่ในสถานะนี้กระแสก็ลดลง ดังนั้นเราจึงเปลี่ยนกลับไปเป็นสถานะอื่นโดยที่บริดจ์อยู่ในระดับต่ำดังนั้น back-emf สามารถสร้างกระแสข้อมูลสำรองได้ จากนั้นเราสลับอีกครั้งและถ่ายบางส่วนลงในแบตเตอรี่ ทำซ้ำอย่างรวดเร็ว

หากสิ่งนี้ดูเหมือนว่าสิ่งหนึ่งที่ปกติทำเพื่อควบคุมมอเตอร์ PWM นั่นเป็นเพราะมันเป็น นี่คือเหตุผลที่คุณอาจมีมันอยู่แล้วและเพิ่งไม่รู้

เมื่อคุณเข้าใจหลักการของการดำเนินการคุณสามารถทำให้เข้าใจง่าย เมื่อมอเตอร์ถูกขับเคลื่อนด้วย PWM การเหนี่ยวนำของมอเตอร์ (L1) จะทำงานเหมือนล้อมู่เล่โดยเฉลี่ยแรงดันไฟฟ้าที่คุณใช้กับมอเตอร์ ราวกับว่าคุณมีมู่เล่แท้และหมุนมันด้วยการทุบด้วยค้อนซ้ำ ๆ ดังนั้นในตัวอย่างนี้แรงดันไฟฟ้าของเราคือ 10V หากรอบการทำงาน PWM ของเราคือ 80% เรากำลังขับมอเตอร์อย่างมีประสิทธิภาพด้วย 8V ( )$80\% \cdot 10V = 8V$

เมื่อใดก็ตามที่ back-EMF มากกว่าแรงดันไฟฟ้านี้คุณจะได้รับการเบรกซ้ำ สิ่งนี้จะเกิดขึ้นเมื่อใดก็ตามที่รอบการทำงานของ PWM ลดลงเร็วกว่าแรงภายนอก (เช่นแรงเสียดทาน) จะทำให้มอเตอร์ช้าลง ความต้านทานใด ๆ ในวงจรจะช่วยลดพลังงานที่คุณสามารถกู้คืนได้จากภาระทางกล ในกรณีที่รุนแรงที่สุดที่รอบการทำงาน PWM ลดลงเหลือ 0% และขั้วมอเตอร์ลัดวงจรเข้าด้วยกันกระแสไฟฟ้าสูงมากจนสูญเสียถึง 100% ( )$P = I^2 R$

นอกจากนี้คุณยังสามารถเปิดทรานซิสเตอร์ทั้งหมดบนสะพานและกระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำจะตายผ่านไดโอดในสะพาน จากนั้นทั้ง back-EMF และแบตเตอรี่จะไม่มีเส้นทางในการขับกระแสไฟฟ้าและมอเตอร์จะหมุนด้วยความเร็ว นอกเสียจากว่าแรงภายนอกบางตัวจะเร่งมอเตอร์ให้แรงพอที่จะดันแรงดันกลับได้มากกว่าแรงดันไฟฟ้า ยานพาหนะกลิ้งลงเขาเป็นตัวอย่างที่ดี

ในกรณีอื่น ๆ คุณจะได้รับการเบรกซ้ำ

ผลในทางปฏิบัติ

คุณต้องพิจารณาว่าคุณจะทำอะไรกับพลังงานกลจากมอเตอร์ แบตเตอรี่สามารถดูดซับพลังงาน แต่มีข้อ จำกัด เกี่ยวกับปริมาณและความรวดเร็วที่แตกต่างกันไปตามประเภทของแบตเตอรี่ แหล่งจ่ายไฟบางตัว (ตัวอย่างเช่นตัวปรับแรงดันไฟฟ้าเชิงเส้น) ไม่สามารถดูดซับพลังงานได้เลย

หากคุณไม่ได้จัดเตรียมสถานที่สำหรับพลังงานที่จะไปไม่ว่าจะเป็นแบตเตอรี่หรือโหลดอื่น ๆ ในวงจรมันจะเข้าสู่ตัวเก็บประจุแยกพลังงาน หากคุณมีพลังงานคืนจากมอเตอร์เพียงพอและมีความจุไม่เพียงพอแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟจะเพิ่มขึ้นจนกว่าจะมีบางสิ่งแตกหัก

คุณต้องออกแบบวงจรของคุณเพื่อที่จะไม่เกิดขึ้น ในรถยนต์ไฟฟ้ามีตัวควบคุมแบตเตอรี่ที่ซับซ้อนซึ่งจะใช้เบรกแบบปกติหากแบตเตอรี่ไม่สามารถดูดซับพลังงานจลน์ของรถยนต์ได้อีก นอกจากนี้คุณยังสามารถเปิดตัวต้านทานพลังงานข้ามรางจ่ายไฟหรือออกแบบตัวควบคุมมอเตอร์ของคุณให้ถอยกลับไปใช้เบรกถ้ามันมีค่ามากเกินไป

คำถามที่เกี่ยวข้อง

• เหตุใดฉันจึงต้องกังวลเกี่ยวกับมอเตอร์ที่ทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าของฉันที่จะยิงขึ้นเมื่อ back-EMF ไม่สามารถเกินแรงดันไฟฟ้าได้?

• ฉันจะวัด back-EMF เพื่ออนุมานความเร็วของมอเตอร์กระแสตรงได้อย่างไร

• คำตอบของ supercat สำหรับคำถามที่ไม่เกี่ยวข้องส่วนใหญ่

ใจเป่าคำถามเกี่ยวกับวาทศิลป์ที่เกี่ยวข้อง

จะเกิดอะไรขึ้นถ้าเรามีมอเตอร์ที่ไม่มีความต้านทานขดลวดและเรามีวิธีในการขับเคลื่อนโดยไม่เพิ่มความต้านทานเพิ่มเติมใด ๆ (ทรานซิสเตอร์และสายไฟในอุดมคติ) มันมีประสิทธิภาพมากขึ้นอย่างเห็นได้ชัด แต่ความเร็วของมอเตอร์แตกต่างกันอย่างไรกับแรงดันไฟฟ้าที่ใช้และโหลดเชิงกล? คำแนะนำ: ถ้าคุณพยายามที่จะเปลี่ยนความเร็วของมอเตอร์โดยการเพิ่มหรือลดภาระเชิงกล back-emf ทำอะไรกับกระแสไฟฟ้า?