Vysvětlení zpětné elektromotorické síly: Jak zpětná EMF tvaruje konstrukci ovladače motoru

Představte si, že se bezkomutátorový motor roztočí na plné otáčky, pak se výkonový stupeň náhle vypne. Rotor se dále otáčí a svorky motoru stále vykazují napětí. Toto napětí je zpětná elektromotorická síla, často nazývaná zpětná EMF. Je to motor, který funguje jako generátor a vytváří opačné napětí, které omezuje tok proudu. Pro konstruktéry a nákupní týmy není zpětné EMF teoretickou poznámkou pod čarou. Nastavuje maximální rychlost, ovlivňuje časování komutace a určuje, jak robustní musí být regulátor.

Co je zpětná elektromotorická síla?

Zpětné EMF vyplývá z Faradayova zákona indukce. Když proud protéká vinutím statoru, vytváří magnetické pole. Jak se rotor pohybuje kolem tohoto vinutí, magnetický tok spojující vinutí se mění a tato změna indukuje napětí. Podle Lenzova zákona působí indukované napětí ve směru, který je proti proudu, který vyvolal pohyb. Čím rychleji se rotor otáčí, tím vyšší je toto opačné napětí. Používá se také termín protielektromotorická síla, protože indukované napětí doslova protirečí aplikovanému napětí.

V matematické podobě je zpětné EMF E = Ke × ω , kde Ke je zpětná EMF konstanta a ω je úhlová rychlost. Ke závisí na otáčkách vinutí, síle magnetu a geometrii motoru. U motorů s permanentními magnety se Ke obvykle uvádí ve V/krpm a je to jedna z prvních hodnot, kterou lze porovnávat, když spárujete motor s ovladačem.

Proč záleží na EMF při konstrukci motorového pohonu

Zpětná EMF ovlivňuje téměř každou část motorového pohonu. Řídí ovladači, kdy má přepnout, jak rychle může motor běžet a zda je možná bezsenzorová komutace.

Zpět EMF a komutace

U bezkomutátorového stejnosměrného motoru jsou v každém okamžiku napájeny pouze dvě ze tří fází. Ovladač musí vědět, kdy převést proud na další pár vinutí. V senzorovém provedení zajišťují Hallovy senzory toto časování. V bezsenzorovém provedení regulátor detekuje průchod zpětného EMF nulou ve fázi bez napětí. Při nízké rychlosti je tento signál malý; při vysoké rychlosti je silný. Proto je bezsenzorová komutace snadná nad několika stovkami otáček za minutu, zatímco rozjezd z klidu vyžaduje jinou strategii.

Mnoho moderních bezsenzorových pohonů spustí motor s otevřenou smyčkou a poté přepne na zpětnou detekci EMF, jakmile je signál stabilní. Tento přístup se používá v našem vysoce účinný bezkomutátorový stejnosměrný regulátor motoru , která udržuje spínání efektivní v širokém rozsahu rychlostí.

A4 Dodavatelé vysoce účinných bezkomutátorových stejnosměrných motorů, továrna - Shanghai A APT je A4 vysoce účinný bezkomutátorový stejnosměrný motorový ovladač Dodavatelé a velkoobchodní A4 vysoce účinný bezkomutátorový stejnosměrný motorový ovladač Factory ... Zobrazit produkt →

Zpět EMF a omezení rychlosti

Ve zjednodušeném ekvivalentním obvodu se napájecí napětí rovná poklesu odporu vinutí plus zpětnému EMF. Jak se rychlost zvyšuje, zpětné EMF stoupá a ponechává méně napětí, aby protlačilo proud vinutím. Bez zátěže běží motor rychlostí, při které je zpětné EMF téměř rovné napětí sběrnice a proud je téměř nulový. Například 48 V motor s Ke 10 V/krpm dosahuje zhruba 4 800 ot./min naprázdno, než se zpětné EMF rovná napětí sběrnice. Chcete-li jet rychleji, musíte zvýšit napětí sběrnice nebo snížit Ke. Motor s vysokým Keem proto není vždy výhodnější, omezuje výkon při vysokých otáčkách, pokud regulátor nemůže použít zeslabení pole.

Zpět EMF v bezsenzorovém řízení

U synchronních motorů s permanentními magnety je zpětná EMF sinusová. Bezsenzorové řízení využívá pozorovatele k odhadu polohy rotoru ze zadního EMF vektoru, čímž odpadá potřeba mechanického snímače. To snižuje náklady a zvyšuje spolehlivost, ale pozorovatel musí být pečlivě naladěn. Při náhlé změně zátěže musí zpětný odhad EMF držet krok se skutečným signálem. Regulátor s proudovými smyčkami s nízkou latencí, jako je např regulátor bezkomutátorového stejnosměrného motoru s rychlou odezvou , dává pozorovateli čistší signál, aby ho následoval.

R5 Dodavatelé bezkomutátorových stejnosměrných motorů s rychlou odezvou, továrna - Shanghai APT APT je R5 Bezkomutátorový stejnosměrný motorový ovladač s rychlou odezvou Dodavatelé a velkoobchodní prodej R5 Bezkomutátorový stejnosměrný motorový ovladač s rychlou odezvou Továrna v C... Zobrazit produkt →

Pochopení softwarové vrstvy, která interpretuje zpětné EMF, je stejně důležité jako hardware. Bližší pohled na role softwaru v moderních regulátorech motoru ukazuje, jak se logika pohonu vyvíjí.

Jak měřit zpětné EMF v praxi

Zpět EMF není pouze vypočítaná hodnota; lze to měřit přímo. Osciloskopem zjistěte fázi motoru vzhledem k neutrálnímu bodu, roztočte motor a odečtěte špičkové napětí. Když je motor poháněn ovladačem, zachyťte svorkové napětí během doby vypnutí PWM, abyste předešli šumu při spínání. Záznam napětí při několika rychlostech dává lineární křivku, jejíž sklon je Ke.

Chcete-li měřit Ke, otočte motor na 1 000 ot./min a odečtěte špičkové napětí mezi vodičem a nulou. Pokud osciloskop ukazuje 12 V, Ke je přibližně 12 V/krpm pro tuto konfiguraci vinutí. Pro měření mezi linkami vydělte odečet √3, abyste získali hodnotu na fázi.

Pro čtenáře, kteří se zajímají o to, jak se vyvíjejí disky PMSM, neustálý pokrok v technologii synchronních motorů s permanentními magnety poskytují užitečný kontext pro novější metody ovládání.

Praktické aspekty návrhu pro výběr ovladače

Napěťová rezerva a přepěťová ochrana

Každý regulátor motoru má maximální jmenovité napětí sběrnice. Během rekuperačního brzdění nebo rychlého zpomalování může zpětné EMF vytlačit napětí sběrnice nad napájecí lištu. Pokud regulátor nemá žádnou ochranu, může dojít k poškození kondenzátoru sběrnice nebo výkonových MOSFETů. Dobře navržený měnič buď omezuje regenerovaný proud, nebo přebytečnou energii ukládá do rezistoru. Pro aplikace s agresivními změnami rychlosti a vysoce výkonný regulátor motoru s vyhrazenou logikou ochrany zvládá zpětné EMF přechodové jevy bezpečněji než generický disk.

Dodavatelé vysoce výkonných motorových ovladačů řady T, továrna APT - T300 T400 T500 T720 T1000 T1400 T1800 Továrna na ovladače synchronních motorů s permanentními magnety, vysoce výkonné řízení motorů řady T... Zobrazit produkt →

Přizpůsobení ovladače k motoru

Konstanta zpětného EMF Ke musí odpovídat jmenovitému napětí regulátoru a rozsahu rychlosti aplikace. Motor optimalizovaný pro točivý moment při nízkých otáčkách má často vysoký Ke, který produkuje vysoké napětí na otáčky za minutu. Pokud musí stejný motor dosáhnout vysokých otáček, musí regulátor zvládnout vyšší napětí nebo použít odbuzení. Motor s nízkým Ke může běžet rychleji, ale odebírá více proudu při stejném točivém momentu. Před uzamčením párování vždy porovnejte mezní hodnoty jmenovitého napětí, Ke a špičkového proudu.

Výpočet dále komplikuje teplota. Silné magnety při zahřívání ztrácejí malé procento toku, snižují Ke a snižují zpětné EMF. Motor pak běží rychleji při stejném napětí, ale s menším točivým momentem na ampér. Regulátor, který obsahuje teplotní limity, může kompenzovat, ale vysokorychlostní chování systému se bude stále měnit.

Závěr: Zpět EMF je návrhový vstup

Zpět EMF není rušení, které by se mělo zprůměrovat; je to fyzický signál, který hlásí otáčky rotoru, spínací časování a požadovanou napěťovou rezervu. Když hodnotíte regulátor motoru, zeptejte se, jak vzorkuje zpětné EMF při nízké rychlosti, při vysoké rychlosti a během regenerace. Správné párování motoru a ovladače určuje účinnost, spolehlivost a životnost.

Jako a dodavatel motorových pohonů , Shanghai APT Power Technology vytváří bezkomutátorové DC a PMSM regulátory na základě těchto skutečností. Pokud specifikujete nové hnací ústrojí, prohlédněte si motory a ovladače v naší produktové řadě a zvažte, jak budou Ke, napětí sběrnice a zpětné EMF interagovat ve vašem skutečném provozním prostředí.