אני יודע שמכוניות חשמליות רבות מסוגלות להמיר את המומנטום של המכונית באנרגיה מאוחסנת בסוללות, במקום להמיר אותה לחום חסר תועלת ברפידות הבלם. איך זה עובד? כיצד אוכל ליישם זאת בעצמי?
כנראה שכבר יש לך את זה, ופשוט לא ידעת את זה. אם אתה נוהג במנוע עם חצי גשר או H- גשר ו- PWM או דומה, יש לך בלימה מתחדשת. בואו ניקח בחשבון חצי גשר, שכן לניתוח זה נפעיל את המנוע בכיוון אחד בלבד:
ראשית, בואו ניקח בחשבון בלימה שאינה מתחדשת. אם תפוקת הגשר גבוהה (S1 סגור, S2 פתוח), המנוע יאיץ למהירות מלאה. אם הגשר מועבר כעת נמוך, המנוע לא יסתובב בעדינות. זה נטרק עד עצירה, כאילו מישהו חוץ מבלם עליו. מדוע?
מנוע יכול להיות מעוצב כמשרן סדרתי ומקור מתח. מומנט המנוע פרופורציונלי לזרם. מקור המתח נקרא back-EMF והוא פרופורציונאלי למהירות המנוע. זו הסיבה שמנוע שואב יותר זרם כאשר הוא נטען (או הגרוע ביותר, נתקע): עם ירידת המהירות, ה- EMF האחורי יורד, והוא מתנגד למתח האספקה פחות, וכתוצאה מכך זרם גבוה יותר. בואו נשרטט את הסכמה שלנו עם מודל זה, עם ערכים כאילו המנוע שלנו מסתובב במהירות גבוהה:
מנוע זה פועל במהירות מלאה. יש לנו זרם קטן להתגבר על החיכוך במנוע, ו- EMF האחורי הוא מתח האספקה, פחות ירידת המתח מעל R1. לא הרבה זרם זורם מכיוון שה- EMF האחורי מבטל את רוב מתח האספקה, כך ש- L1 ו- R1 רואים רק 100mV. עכשיו מה קורה כשאנחנו מחליפים את הגשר לצד הנמוך?
בהתחלה, שום דבר. L1 מונע שינוי מיידי בזרם. עם זאת, זה לא נמשך זמן רב, ובקרוב מאוד (מוגדר על ידי קבוע הזמן של \ $ L_1 / R_1 \ $, לא יותר מכמה \ $ ms \ $ בדרך כלל) back-emf (V1) הפך את הזרם הנוכחי. ועכשיו זה הולך לכיוון השני. זה גם די ענק, מכיוון שכעת L1 ו- R1 לא רואים את ההבדל הקטן של \ $ V_ {B1} -V_1 \ $ (זה היה \ $ 100mV \ $), אבל עכשיו הם רואים את 9.9 וולט המלאים מ- V1 בלבד:
כעת יש לנו זרם גדול בכיוון ה הנגדי. מומנט הוא פרופורציונלי לזרם, אז עכשיו במקום להפעיל כוח עדין בכיוון השעון, מספיק כדי להתגבר על החיכוך, אנו מפעילים כוח קשה נגד כיוון השעון, והעומס המכני מואט במהירות. ככל שמהירות המנוע פוחתת, כך גם V1, וכתוצאה מכך גם הזרם והמומנט איתו, עד שהעומס כבר לא מסתובב.
לאן נעלמה האנרגיה? האנרגיה הקינטית של העומס המכני היא אנרגיה. זה לא יכול פשוט להיעלם, נכון?
נכון. אם אתה מסתכל שוב על המעגל, יש לנו 9.9A שזורם דרך R1. \ $ P_ {R1} = (9.9A) ^ 2 1 \ אומגה = 98.01W \ $. האנרגיה הקינטית של העומס הוסבה לחום בהתנגדות סלילה של המנוע (ובמעגל מעשי, גם טרנזיסטורי גשר H). מנועים מסוימים יושמדו על ידי הספק גבוה זה. אחרים אולי לא. הזרם שנוצר על ידי ה- EMF האחורי חזק בערך כמו זרם הדוכן של המנוע, כך שאם המנוע שלך יכול לפעול תקוע ללא התחממות יתר, הוא יכול לבלום ככה כל היום.
אז איך האם אני שומר את האנרגיה במקום להמיר אותה לחום?
בואו נסתכל על מה שקורה קצת אחרי שהתחלנו לבלום, אבל לפני שהפסקנו:
המנוע הואט משמעותית (ה- emf האחורי הוא 1V), והזרם פחת איתו. עכשיו מה אם נעביר את הגשר לצד הגבוה?
אה הא! אנחנו טוענים את הסוללה! כמובן שאם אנחנו נשארים ככה הרבה מאוד זמן (שוב, מוגדר על ידי קבוע זמן \ $ L_1 / R_1 \ $) אז הכיוון הנוכחי יתהפך, ואנחנו נטען את הסוללה שלנו, ונאיץ את המנוע שלנו ולא נבלום אותה. / p>
אז אל תעשו את זה . כל עוד אנו נשארים במצב זה, הזרם הולך ופוחת. לכן, אנו חוזרים למצב האחר, כשהגשר נמוך, כך ש- back-emf יכול לבנות את הזרם בחזרה. ואז אנחנו עוברים שוב, ויורים חלק ממנו לסוללה. חזור, מהר.
אם זה נשמע כמו מה שבדרך כלל עושים עם בקרת מנוע PWM, זה בגלל שזה. זו הסיבה ש כנראה כבר יש לך את זה, ופשוט לא ידעת את זה.
ברגע שאתה מבין את עקרון הפעולה, אתה יכול לעשות כמה פשטות. כאשר מנוע מונע על ידי PWM, השראות המנוע (L1) עובדת כמו גלגל תנופה, וממוצעת בממוצע המתח שאתה מפעיל על המנוע. כאילו היה לך גלגל תנופה אמיתי וסובבת אותו על ידי מכה בפטיש שוב ושוב. אז בדוגמה זו מתח האספקה שלנו הוא 10 וולט. אם מחזור החובה של PWM שלנו הוא 80%, אנו נוהגים ביעילות במנוע עם 8 וולט (\ $ 80 \% \ cdot 10V = 8V \ $).
בכל פעם שה- EMF האחורי גדול יותר מהמתח הזה, אתה מקבל בלימה מתחדשת. זה יקרה בכל פעם שמחזור החובה של ה- PWM יורד מהר יותר מכוחות חיצוניים (חיכוך, למשל) יאטו את המנוע. כל התנגדות במעגל מפחיתה את האנרגיה שתוכלו לשחזר מהעומס המכני. במקרה הקיצוני ביותר שבו מחזור החובה של ה- PWM יורד ל -0% ומסופי המנוע קצרים יחד, הזרם כה גבוה עד שההפסדים מגיעים ל -100%. (\ $ P = I ^ 2 R \ $)
ניתן גם לפתוח את כל הטרנזיסטורים על הגשר, וזרם המשרן ימות דרך הדיודות בגשר . אז לא ל- EMF האחורי ולא לסוללה תהיה דרך להניע זרם, והמנוע יתפנה. אלא אם כן, כוח חיצוני כלשהו מאיץ את המנוע מספיק בכדי לדחוף את ה- EMF האחורי גבוה יותר ממתח האספקה. רכב המתגלגל במורד גבעה הוא דוגמה טובה.
בכל המקרים האחרים, אתה מקבל בלימה מתחדשת.
אתה חייב שקול מה תעשה עם האנרגיה המכנית מהמנוע. סוללות יכולות לספוג אנרגיה, אך יש גבול לכמה וכמה מהר זה משתנה בסוג הסוללה. ספקי כוח מסוימים (וסת מתח לינארי, למשל) אינם יכולים לספוג אנרגיה כלל.
אם לא תספק מקום לאנרגיה, סוללה או עומס אחר במעגל, הוא יעבור לקבלים של ניתוק אספקת החשמל. אם יש לך מספיק אנרגיה המוחזרת מהמנוע ואין מספיק קיבול, מתח אספקת החשמל יגדל עד שמשהו יישבר.
עליך לתכנן את המעגל שלך כך שזה לא יקרה. במכונית חשמלית ישנם בקרי מצבר מורכבים שיפעילו את הבלמים הקונבנציונליים אם המצברים אינם יכולים לספוג יותר מהאנרגיה הקינטית של המכונית. אתה יכול גם להפעיל נגד כוח על מסילות האספקה, או לתכנן את בקר המנוע שלך כדי לנתק את הבלימה אם הוא יקבל יותר מדי.
מדוע עלי לדאוג שמנוע יגרום למתח האספקה שלי לעלות כאשר ה- EMF האחורי אינו יכול לחרוג ממתח האספקה?
איך אוכל למדוד את ה- EMF האחורי כדי להסיק את המהירות של מנוע DC?
מה קורה אם יש לנו מנוע ללא התנגדות סלילה, ויש לנו דרך להניע אותו בלי להוסיף התנגדות נוספת (טרנזיסטורים וחוטים אידיאליים)? ברור שזה יעיל יותר. אך כיצד משתנה מהירות המנוע עם המתח המופעל והעומס המכני? רמז: אם אתה מנסה לשנות את מהירות המנוע על ידי הגדלת או הקטנת העומס המכני, מה עושה ה- EMF האחורי לזרם?