Vysvetlenie zadnej elektromotorickej sily: Ako spätné EMF tvaruje dizajn ovládača motora

Predstavte si, že bezkomutátorový motor sa roztočí na plné otáčky a potom sa výkonový stupeň náhle vypne. Rotor sa naďalej otáča a svorky motora stále zobrazujú napätie. Toto napätie je spätná elektromotorická sila, často nazývaná späť EMF. Je to motor, ktorý pôsobí ako generátor a vytvára opačné napätie, ktoré obmedzuje tok prúdu. Pre dizajnérov a obstarávacie tímy nie je spätné EMF teoretickou poznámkou pod čiarou. Nastavuje maximálnu rýchlosť, ovplyvňuje načasovanie komutácie a určuje, aký robustný musí byť regulátor.

Čo je spätná elektromotorická sila?

Back EMF vyplýva z Faradayovho zákona indukcie. Keď prúd preteká vinutím statora, vytvára magnetické pole. Keď sa rotor pohybuje okolo tohto vinutia, magnetický tok spájajúci vinutie sa mení a táto zmena indukuje napätie. Podľa Lenzovho zákona pôsobí indukované napätie v smere, ktorý je proti prúdu, ktorý vyvolal pohyb. Čím rýchlejšie sa rotor otáča, tým vyššie je toto opačné napätie. Používa sa aj termín protielektromotorická sila, pretože indukované napätie doslova protirečí aplikovanému napätiu.

V matematickej forme je späť EMF E = Ke × ω , kde Ke je zadná konštanta EMF a ω je uhlová rýchlosť. Ke závisí od závitov vinutia, sily magnetu a geometrie motora. V motoroch s permanentným magnetom sa Ke zvyčajne uvádza vo V/krpm a je to jedna z prvých hodnôt na porovnanie, keď spárujete motor s ovládačom.

Prečo záleží na EMF v dizajne motorového pohonu

Back EMF ovplyvňuje takmer každú časť motorového pohonu. Informuje ovládač, kedy má prepnúť, ako rýchlo môže motor bežať a či je možná bezsenzorová komutácia.

Späť EMF a komutácia

V bezkomutátorovom jednosmernom motore sú v každom okamihu napájané iba dve z troch fáz. Regulátor musí vedieť, kedy má presunúť prúd na ďalší pár vinutí. V senzorickom dizajne poskytujú Hallove senzory toto načasovanie. V bezsenzorovom prevedení regulátor detekuje prechod spätného EMF cez nulu na fáze bez napätia. Pri nízkej rýchlosti je tento signál malý; pri vysokej rýchlosti je silný. To je dôvod, prečo je bezsenzorová komutácia jednoduchá nad niekoľkými stovkami otáčok za minútu, zatiaľ čo spustenie z pokoja vyžaduje inú stratégiu.

Mnoho moderných bezsenzorových pohonov spustí motor s otvorenou slučkou a potom prepne na spätnú detekciu EMF, keď je signál stabilný. Tento prístup sa používa v našom vysokoúčinný bezkomutátorový jednosmerný regulátor motora , ktorá udržuje prepínanie efektívne v širokom rozsahu otáčok.

A4 Dodávatelia bezkomutátorových jednosmerných motorov s vysokou účinnosťou, továreň - Shanghai A APT je A4 vysokoúčinný bezkomutátorový jednosmerný motorový ovládač Dodávatelia a veľkoobchod A4 Vysoko účinný bezkomutátorový jednosmerný motorový ovládač Factory ... Zobraziť produkt →

Späť EMF a obmedzenie rýchlosti

V zjednodušenom ekvivalentnom obvode sa napájacie napätie rovná poklesu odporu vinutia plus spätnému EMF. Keď sa rýchlosť zvyšuje, spätné EMF stúpa a ponecháva menej napätia na pretlačenie prúdu cez vinutie. Pri voľnom zaťažení motor beží rýchlosťou, pri ktorej sa spätné EMF takmer rovná napätiu zbernice a prúd je takmer nulový. Napríklad 48 V motor s Ke 10 V/krpm dosahuje približne 4 800 otáčok za minútu bez zaťaženia, kým sa spätné EMF rovná napätiu zbernice. Ak chcete ísť rýchlejšie, musíte zvýšiť napätie zbernice alebo znížiť Ke. Motor s vysokým Kee preto nie je vždy preferovaný, obmedzuje výkon pri vysokých otáčkach, pokiaľ regulátor nemôže použiť zoslabenie poľa.

Späť EMF v bezsenzorovom riadení

Pre synchrónne motory s permanentným magnetom je spätná EMF sínusová. Bezsenzorové riadenie využíva pozorovateľa na odhadnutie polohy rotora zo zadného vektora EMF, čím sa odstraňuje potreba mechanického snímača. To znižuje náklady a zvyšuje spoľahlivosť, ale pozorovateľ musí byť starostlivo naladený. Počas náhlej zmeny zaťaženia musí spätný odhad EMF držať krok so skutočným signálom. Regulátor s prúdovými slučkami s nízkou latenciou, ako napr ovládač bezkomutátorového jednosmerného motora s rýchlou odozvou , dáva pozorovateľovi čistejší signál, aby ho nasledoval.

R5 Rýchla odozva Bezuhlíkový jednosmerný ovládač motora Dodávatelia, továreň - Shanghai APT APT je R5 Bezkomutátorový jednosmerný motorový ovládač s rýchlou odozvou Dodávatelia a veľkoobchod R5 Bezkomutátorový jednosmerný motorový ovládač s rýchlou odozvou Továreň v C... Zobraziť produkt →

Pochopenie softvérovej vrstvy, ktorá interpretuje spätné EMF, je rovnako dôležité ako hardvér. Bližší pohľad na úloha softvéru v moderných ovládačoch motora ukazuje, ako sa logika pohonu vyvíja.

Ako merať spätné EMF v praxi

Back EMF nie je len vypočítaná hodnota; dá sa to merať priamo. Osciloskopom nasnímajte fázu motora vzhľadom na neutrálny bod, roztočte motor a odčítajte špičkové napätie. Keď je motor poháňaný ovládačom, zachyťte napätie na svorke počas doby vypnutia PWM, aby ste predišli šumu pri spínaní. Zaznamenávanie napätia pri niekoľkých rýchlostiach dáva lineárnu krivku, ktorej sklon je Ke.

Ak chcete merať Ke, otočte motor na 1 000 ot./min. a odčítajte špičkové napätie medzi vodičom a nulou. Ak rozsah ukazuje 12 V, Ke je približne 12 V/krpm pre túto konfiguráciu vinutia. Pri meraní medzi jednotlivými vedeniami vydeľte odčítanú hodnotu √3, aby ste získali hodnotu pre fázu.

Pre čitateľov, ktorí sa zaujímajú o to, ako sa PMSM disky vyvíjajú, neustály pokrok v technológii synchrónnych motorov s permanentnými magnetmi poskytujú užitočný kontext pre novšie metódy kontroly.

Praktické aspekty dizajnu pri výbere ovládača

Napäťová rezerva a ochrana proti prepätiu

Každý regulátor motora má maximálne menovité napätie zbernice. Počas regeneratívneho brzdenia alebo rýchleho spomalenia môže spätné EMF vytlačiť napätie zbernice nad napájaciu koľajnicu. Ak regulátor nemá žiadnu ochranu, kondenzátor zbernice alebo výkonové MOSFETy sa môžu poškodiť. Dobre navrhnutý pohon buď obmedzuje regenerovaný prúd, alebo ukladá prebytočnú energiu do odporu. Pre aplikácie s agresívnymi zmenami otáčok, a vysoko výkonný regulátor motora s vyhradenou logikou ochrany zvláda spätné EMF prechody bezpečnejšie ako generický disk.

Dodávatelia vysokovýkonných ovládačov motora série T, továreň APT - T300 T400 T500 T720 T1000 T1400 T1800 Továreň na ovládače synchrónnych motorov s permanentnými magnetmi, vysokovýkonné riadenie motorov série T... Zobraziť produkt →

Priradenie ovládača k motoru

Zadná EMF konštanta Ke sa musí zhodovať s menovitým napätím regulátora a rozsahom rýchlosti aplikácie. Motor optimalizovaný pre krútiaci moment pri nízkych otáčkach má často vysoký Ke, ktorý produkuje vysoké napätie na otáčky. Ak ten istý motor musí dosiahnuť vysokú rýchlosť, regulátor musí zvládnuť vyššie napätie alebo použiť zoslabenie poľa. Motor s nízkym Kee môže bežať rýchlejšie, ale pri rovnakom krútiacom momente odoberá viac prúdu. Pred uzamknutím párovania vždy porovnajte limity menovitého napätia, Ke a špičkového prúdu.

Výpočet ešte viac komplikuje teplota. Silné magnety strácajú malé percento toku, keď sa zahrievajú, čím sa znižuje Ke a znižuje sa späť EMF. Motor potom beží rýchlejšie pri rovnakom napätí, ale s menším krútiacim momentom na ampér. Regulátor, ktorý obsahuje teplotné limity, môže kompenzovať, ale vysokorýchlostné správanie systému sa bude stále meniť.

Záver: Back EMF je návrhový vstup

Back EMF nie je rušenie, ktoré by sa malo spriemerovať; je to fyzický signál, ktorý informuje o rýchlosti rotora, časovaní spínania a požadovanej napäťovej rezerve. Keď hodnotíte ovládač motora, opýtajte sa, ako spätne vzorkuje EMF pri nízkej rýchlosti, pri vysokej rýchlosti a počas regenerácie. Správne párovanie motora a ovládača určuje účinnosť, spoľahlivosť a životnosť.

Ako a dodávateľ motorových pohonov , Shanghai APT Power Technology stavia bezkomutátorové DC a PMSM ovládače na základe týchto skutočností. Ak špecifikujete nové hnacie ústrojenstvo, prezrite si motory a ovládače v našom sortimente a zvážte, ako budú Ke, napätie zbernice a spätné EMF interagovať vo vašej skutočnej prevádzkovej obálke.