Я знаю, что многие электромобили способны преобразовывать импульс автомобиля в запасенную энергию в аккумуляторах, а не преобразовывать его в бесполезное тепло на тормозных колодках. Как это работает? Как я могу реализовать это сам?

Вероятно, у вас уже есть, и просто не знал об этом. Если вы управляете двигателем с полумостом или Н-мостом и ШИМ или подобным, у вас есть рекуперативное торможение. Давайте рассмотрим полумост, поскольку для этого анализа мы будем запускать двигатель только в одном направлении:

Сначала давайте рассмотрим нерегенеративное торможение. Если выходной сигнал моста высокий (S1 закрыт, S2 открыт), двигатель разгонится до полной скорости. Если мост теперь переключен на низкий уровень, двигатель не будет просто плавно останавливаться. Он будет хлопать до остановки, как будто кто - то , но тормоза на нем. Зачем?

Двигатель может быть смоделирован как последовательный индуктор и источник напряжения. Крутящий момент двигателя пропорционален току. Источник напряжения называется противо-ЭДС , и он пропорционален скорости двигателя. Вот почему двигатель потребляет больше тока, когда он нагружен (или, что еще хуже, остановлен): с уменьшением скорости уменьшается ЭДС противодействия, и он меньше противодействует напряжению питания, что приводит к увеличению тока. Давайте изменим нашу схему с этой моделью со значениями, как будто наш мотор вращается на высокой скорости:

Этот двигатель работает на полной скорости. У нас есть небольшой ток, чтобы преодолеть трение в двигателе, а обратная ЭДС - это напряжение питания, за вычетом падения напряжения на R1. Протекает не так много тока, потому что противо-ЭДС подавляет большую часть напряжения питания, поэтому L1 и R1 видят только 100 мВ. Что происходит, когда мы переключаем мост на нижнюю сторону?

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

Теперь у нас большой ток, протекающий в противоположном направлении. Крутящий момент пропорционален току, поэтому теперь вместо того, чтобы прикладывать мягкую силу по часовой стрелке, достаточную для преодоления трения, мы прикладываем жесткую силу против часовой стрелки, и механическая нагрузка быстро снижается. По мере того как скорость двигателя уменьшается, так же уменьшается и V1, а следовательно, и ток, и крутящий момент с ним до тех пор, пока нагрузка не перестанет вращаться.

Куда ушла энергия? Кинетическая энергия механической нагрузки - это энергия. Это не может просто исчезнуть, верно?

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

Так как же хранить энергию, а не преобразовывать ее в тепло?

Давайте посмотрим, что происходит немного после того, как мы начали торможение, но прежде чем мы остановимся:

Двигатель значительно замедлился (противо-ЭДС составляет 1 В), и ток уменьшился вместе с ним. А что если мы переключим мост на верхнюю сторону?

$L_1 / R_1$

Так что не делай этого . Пока мы находимся в этом состоянии, ток уменьшается. Итак, мы переключаемся обратно в другое состояние с низким уровнем моста, чтобы back-emf могла создать резервную копию текущего. Затем мы снова переключаемся и снимаем часть в батарею. Повторите, быстро.

Если это звучит как то, что обычно делают для управления двигателем ШИМ, это потому, что так оно и есть. Вот почему, вероятно, у вас это уже есть, и вы просто не знали об этом.

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

$P = I^2 R$

Вы также можете открыть все транзисторы на перемычке, и ток индуктивности пропадет через диоды в перемычке. Тогда ни у противо-ЭДС, ни у батареи не будет пути для подачи тока, и двигатель будет вращаться свободно. Если, конечно, некоторая внешняя сила ускоряет двигатель достаточно, чтобы подтолкнуть противо-ЭДС выше, чем напряжение питания. Транспортное средство, катящееся по склону, является хорошим примером.

Во всех остальных случаях вы получаете рекуперативное торможение.

практическое следствие

Вы должны учитывать, что вы будете делать с механической энергией от двигателя. Батареи могут поглощать энергию, но есть предел того, сколько и как быстро, это зависит от типа батареи. Некоторые источники питания (например, линейные регуляторы напряжения) вообще не могут поглощать энергию.

Если вы не предоставите место для энергии, будь то батарея или какая-либо другая нагрузка в цепи, она попадет в разделительные конденсаторы блока питания. Если у вас достаточно энергии, возвращаемой двигателем, и недостаточно емкости, напряжение на шине питания будет увеличиваться до тех пор, пока что-то не сломается.

Вы должны спроектировать свою схему так, чтобы это не могло произойти. В электромобиле существуют сложные контроллеры аккумуляторов, которые будут использовать обычные тормоза, если аккумуляторы больше не будут поглощать кинетическую энергию автомобиля. Вы также можете включить силовой резистор через шины питания или спроектировать контроллер двигателя таким образом, чтобы он тормозил, если он слишком велик.

связанные вопросы

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

• Как я могу измерить обратную ЭДС, чтобы определить скорость двигателя постоянного тока?

• ответ суперкатера на практически не связанный вопрос

сногсшибательный риторический вопрос

Что произойдет, если у нас есть двигатель без сопротивления обмотки, и у нас есть способ управлять им без добавления дополнительного сопротивления (идеальные транзисторы и провода)? Это более эффективно, очевидно. Но как скорость двигателя зависит от приложенного напряжения и механической нагрузки? Подсказка: если вы попытаетесь изменить скорость двигателя, увеличив или уменьшив механическую нагрузку, что обратная эдс влияет на ток?