Почему я должен беспокоиться о двигателе, вызывающем повышение напряжения питания, когда противо-ЭДС не может превышать напряжение питания?

Я слышал, как люди говорят, что в цепях управления двигателем необходимо принимать меры предосторожности, чтобы двигатель не подавался обратно в источник питания, вызывая повышение напряжения питания и, следовательно, поломку. Но как это может быть? Если какая-то внешняя сила не ускоряет двигатель, противо-ЭДС никогда не может быть выше, чем напряжение питания. Как тогда это может привести к повышению напряжения питания?

motor boost back-emf Фил Фрост
источник

Ответы:

Двигатель, приводимый в движение H-мостом, также является повышающим преобразователем. Вот H-мост:

схема 1

Замените двигатель индуктором, сопротивлением и источником напряжения (обратная ЭДС):

схема 2

Давайте просто посмотрим, что мы движем двигатель в одном направлении, и S3 всегда открыт, а S4 всегда закрыт:

схема 3

Поверните V1, S1 и D1 (та же схема):

схема 4

перевернуть все слева направо (все та же схема):

схема 5

Нам не нужно активное исправление, поэтому мы можем удалить S1. D2 также не имеет смысла. Мы также можем удалить R1, так как это всего лишь небольшое сопротивление и не меняет функции схемы, кроме как для того, чтобы сделать ее менее эффективной:

схема 6

Глядя довольно близко, верно? Конечно, настоящий повышающий преобразователь будет иметь конденсатор на выходе для создания постоянного тока, и нагрузка - это не батарея, а резистор, и, вероятно, V1 - это не ЭДС двигателя, а батарея. Этот шаг не обязателен для демонстрации того, как обратная ЭДС может поступать обратно в ваш источник питания, но предоставляется на тот случай, если вы не узнаете повышающий преобразователь:

схема 7

QED.

Также можно показать, что при ускорении двигателя Н-мост является понижающим преобразователем. Следовательно, легче думать о взаимодействии между аккумулятором и кинетической энергией двигателя в рамках закона сохранения энергии. Пренебрегая неидеальными потерями в сопротивлении обмотки, переключающими транзисторами, трением и т. Д., Н-мост и двигатель делают эффективный преобразователь энергии. Чтобы увеличить кинетическую энергию двигателя, аккумулятор должен подавать энергию. Чтобы уменьшить кинетическую энергию двигателя, аккумулятор должен поглощать энергию.

Если батарея, трение или какая-либо другая нагрузка не могут преобразовать кинетическую энергию в тепловую или химическую энергию, она уйдет куда-то еще. Скорее всего, в вашем блоке питания разъединяются конденсаторы, вызывая повышение напряжения на шине питания, потому что энергия, запасенная в конденсаторе:

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

или эквивалентно,

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

$E$ $C$ $V$

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

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

Дело в том, что вы получаете рекуперативное торможение, даже если вы этого не хотели. См. Как я могу реализовать рекуперативное торможение двигателя постоянного тока?

Фил Фрост
источник

+1. Однако для работы повышающего преобразователя S2 (последний снимок) должен быть включен и выключен. Два случая применяются. (1) Вы по-прежнему применяете ШИМ и делаете что-то вроде «активного торможения». Это в конечном итоге приведет к повышению конвертера. (2) Отсутствие ШИМ на каком-либо транзисторе - только диоды будут выступать в качестве выпрямителей для ЭДС, и напряжение не повысится до опасного уровня, если вы не включите внешний двигатель быстрее, чем он работал до выключения.

зебонавт

Неплохо было бы использовать Circuit Lab, вы могли бы использовать таймер 555 и источник напряжения - крышку, которую вы заряжаете с помощью некоторых диодов, которые в реальном времени показывают, как это будет работать, но мне очень нравится Circuit Lab.

Кортук

@zebonaut true, если вы перестанете переключать мост, вы не сможете поднять напряжение питания. Если оставить его выключенным, клеммы двигателя закорачиваются, ток двигателя будет очень высоким, и кинетическая энергия полностью преобразуется в тепло благодаря сопротивлению обмотки и потерям транзистора. Если вы перестанете полностью переключать мост, мотор будет работать на холостом ходу и только трение будет поглощать кинетическую энергию. Обычно, однако, контроллер мотора ШИМ находится между этими двумя крайностями, и каждый раз, когда рабочий цикл уменьшается, вы получаете рекуперативное торможение, не делая ничего сложного.

Фил Фрост

@PhilFrost Просто чтобы прояснить, это не значит, что можно приводить двигатель в движение таким образом, чтобы увеличить напряжение, чтобы вы могли управлять двигателем, рассчитанным на более высокое напряжение от источника низкого напряжения, верно? Вам действительно нужен предварительный конвертер, верно?

Орта

@ Horta Да, довольно. «Повышение» происходит только тогда, когда ЭДС двигателя превышает напряжение аккумулятора, поэтому аккумулятор является нагрузкой. Поскольку ЭДС также пропорциональна скорости, это означает, что двигатель вращается быстрее, чем он будет находиться в равновесии, и поэтому будет замедляться.

Фил Фрост

Что сказал Фил

2. Это не тот EMF, который вы ищете. Одна проблема в том, что вы приравниваете напряжение к обратной ЭДС. Это не обратная ЭДС - это энергия, запасенная в системе, «требующая предоставления нового дома. Я говорю требовательно», потому что энергия БУДЕТ передана в другое место, и она будет доставляться со скоростью, с которой система желает, чтобы это произошло. Принимайте перевод немного позже, и он будет становиться все более и более настойчивым. Как требуется.

Вращающийся двигатель содержит механическую энергию, которая преобразуется в электрическую энергию при изменении потока в обмотках. Когда вы сильно тормозите, вся энергия хранится в магнитном поле, а магнитное поле хочет разделить свою награду.
Поле разрушится, и энергия будет доставлена куда-то еще.
Так ...

Одна сторона двигателя обычно заземлена (напрямую или через диоды), а в этом случае другая сторона подключена к источнику питания. Когда магнитное поле доставляет свою энергию, если источник питания способен принимать энергию при постоянном напряжении (например, идеальная батарея или конденсатор), тогда магнитное поле не будет возражать. Это будет стоять и доставлять.

Однако, если источник не будет принимать энергию с той скоростью, которую поле желает доставить, то поле станет немного более настойчивым - оно повысит напряжение. Если это не сработает, оно будет продолжать повышать напряжение до тех пор, пока энергия не будет вытекать с той скоростью, к которой его «желает».
Он уйдет в бесконечность, если должен.
В реальном мире всегда есть некоторая емкость (предназначенная или нет), и это обычно останавливает рост напряжения, накапливая энергию в конденсаторе. Очень маленький конденсатор = очень высокое напряжение.

Добавлено:

По сути, это комментарий к ответу Люка, но он полезен сам по себе.

Как и выше, энергия двигателя должна «уходить куда-то.
Если двигатель останавливается в нагрузке, то нагрузка будет поглощать энергию.
Одной такой нагрузкой является демпфер, но источник питания, на который ссылается Фил, другой.
ЕСЛИ источник питания» жесткое напряжение питания не будет заметно расти.
Жесткость может возникать из-за того, что другие устройства, работающие от источника питания, могут брать энергию и / или емкость, достаточную для поглощения энергии при умеренном повышении напряжения.

Если источник питания не является «достаточно жестким», его напряжение будет расти по мере передачи энергии двигателя. В крайних случаях повышения напряжения может быть достаточно, чтобы разрушить источник питания из-за условий перенапряжения.

Рассел МакМахон
источник

@PhilFrost - Да. Но также, как я отмечал, «жесткость может возникать из-за того, что другие устройства работают от источника питания, который может забирать энергию ... для поглощения энергии при умеренном повышении напряжения». Некоторые источники питания специально предназначены для рассеивания энергии, если напряжение поднимается слишком высоко, или передачи его обратно в источник питания (рекуперация энергии). Самый «умный» из них получает постоянный ток от своей «нагрузки» и возвращает сетевое напряжение и частоту переменного тока обратно в сеть.

Рассел МакМахон

В_{L} (T) знак равно L \frac{d я_{L} (T)}{d T}

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

Люк
источник