نیروی الکتروموتور برگشتی توضیح داد: چگونه EMF طراحی کنترل کننده موتور را شکل می دهد

تصور کنید یک موتور براشلس با سرعت کامل می چرخد، سپس مرحله برق ناگهان خاموش می شود. روتور به چرخش خود ادامه می دهد و پایانه های موتور همچنان یک ولتاژ را نشان می دهند. این ولتاژ نیروی الکتروموتور برگشتی است که اغلب EMF برگشتی نامیده می شود. این موتور به عنوان یک ژنراتور عمل می کند و یک ولتاژ مخالف تولید می کند که جریان جریان را محدود می کند. برای مهندسان طراحی و تیم های تدارکات، EMF پشتیبان یک پاورقی نظری نیست. حداکثر سرعت را تنظیم می‌کند، بر زمان‌بندی کموتاسیون تأثیر می‌گذارد و تعیین می‌کند که یک کنترلر چقدر باید قوی باشد.

نیروی الکتریکی پشتی چیست؟

EMF پشتی از قانون القایی فارادی پیروی می کند. هنگامی که جریان از سیم پیچ استاتور عبور می کند، میدان مغناطیسی ایجاد می کند. همانطور که روتور از آن سیم پیچ عبور می کند، شار مغناطیسی متصل کننده سیم پیچ تغییر می کند و این تغییر باعث القای ولتاژ می شود. طبق قانون لنز، ولتاژ القایی در جهتی عمل می کند که با جریانی که حرکت را ایجاد می کند مخالف است. هر چه روتور سریعتر بچرخد، این ولتاژ مخالف بیشتر می شود. اصطلاح نیروی ضد الکتروموتور نیز استفاده می شود، زیرا ولتاژ القایی به معنای واقعی کلمه با ولتاژ اعمال شده مقابله می کند.

در شکل ریاضی، پشت EMF است E = Ke × ω ، که در آن Ke ثابت EMF عقب و ω سرعت زاویه ای است. Ke به پیچ های سیم پیچ، قدرت آهنربا و هندسه موتور بستگی دارد. در موتورهای آهنربای دائم، Ke معمولاً بر حسب V/krpm بیان می‌شود و این یکی از اولین مقادیری است که هنگام جفت کردن یک موتور با یک کنترل‌کننده مقایسه می‌شود.

چرا EMF برگشتی در طراحی موتور محرک اهمیت دارد؟

EMF پشت تقریباً بر هر قسمت از درایو موتور تأثیر می گذارد. به کنترل‌کننده می‌گوید چه زمانی باید سوئیچ کند، موتور با چه سرعتی می‌تواند کار کند، و آیا کموتاسیون بدون سنسور امکان‌پذیر است یا خیر.

برگشت EMF و Commutation

در یک موتور DC بدون جاروبک، تنها دو فاز از سه فاز در هر لحظه انرژی می‌گیرند. کنترل کننده باید بداند چه زمانی جریان را به جفت سیم پیچ بعدی منتقل کند. در طراحی حسگر، سنسورهای هال آن زمان بندی را ارائه می کنند. در طراحی بدون سنسور، کنترل کننده عبور صفر EMF پشتی را در فاز بدون انرژی تشخیص می دهد. در سرعت کم، این سیگنال کوچک است. در سرعت بالا، قوی است. به همین دلیل است که جابجایی بدون حسگر بالاتر از چند صد دور در دقیقه آسان است، در حالی که شروع از حالت سکون نیازمند استراتژی متفاوتی است.

بسیاری از درایوهای بدون حسگر مدرن، موتور را با حلقه باز راه اندازی می کنند و پس از پایدار شدن سیگنال، به تشخیص EMF برگشتی تغییر می کنند. این رویکرد در ما استفاده می شود کنترل کننده موتور DC بدون جاروبک با راندمان بالا ، که سوئیچینگ را در محدوده وسیعی از سرعت کارآمد نگه می دارد.

تامین کنندگان کنترل کننده موتور DC بدون جاروبک با راندمان بالا A4، کارخانه - شانگهای A APT تامین کنندگان کنترل کننده موتور DC بدون جاروبک با راندمان بالا A4 و کارخانه کنترل کننده موتور DC بدون جاروبک با راندمان بالا A4 عمده فروشی ... مشاهده محصول →

EMF عقب و محدودیت سرعت

در یک مدار معادل ساده شده، ولتاژ تغذیه برابر با افت مقاومت سیم پیچ به اضافه EMF پشتی است. با افزایش سرعت، EMF عقب افزایش می یابد و ولتاژ کمتری برای عبور جریان از سیم پیچ باقی می ماند. بدون بار، موتور با سرعتی کار می کند که EMF عقب تقریباً برابر با ولتاژ باس و جریان تقریباً صفر است. به عنوان مثال، یک موتور 48 ولت با Ke 10 V/krpm تقریباً به 4800 دور در دقیقه بدون بار می رسد قبل از اینکه EMF برگشتی برابر با ولتاژ باس باشد. برای رفتن سریعتر باید ولتاژ باس را بالا ببرید یا Ke را کاهش دهید. بنابراین یک موتور با Ke بالا همیشه ترجیح داده نمی شود، این موتور سرعت بالا را محدود می کند مگر اینکه کنترل کننده بتواند تضعیف میدان را اعمال کند.

EMF پشتی در کنترل بدون سنسور

برای موتورهای سنکرون آهنربای دائم، EMF پشتی سینوسی است. کنترل بدون حسگر از یک ناظر برای تخمین موقعیت روتور از بردار EMF پشتی استفاده می کند و نیاز به سنسور مکانیکی را از بین می برد. این هزینه را کاهش می دهد و قابلیت اطمینان را افزایش می دهد، اما ناظر باید با دقت تنظیم شود. در طی یک تغییر بار ناگهانی، تخمین EMF عقب باید با سیگنال واقعی همگام باشد. یک کنترل کننده با حلقه های جریان کم تاخیر، مانند a کنترل کننده موتور DC بدون جاروبک با واکنش سریع ، به ناظر سیگنال تمیزتری می دهد تا دنبال شود.

تامین کنندگان کنترل کننده موتور DC بدون برس پاسخ سریع R5، کارخانه - Shanghai APT APT تامین کنندگان کنترل کننده موتور DC بدون برس پاسخ سریع R5 و کارخانه کنترل کننده موتور DC بدون برس پاسخ سریع R5 در C... مشاهده محصول →

درک لایه نرم افزاری که EMF برگشتی را تفسیر می کند به اندازه سخت افزار مهم است. نگاهی دقیق تر به نقش نرم افزار در کنترل کننده های موتور مدرن نشان می دهد که چگونه منطق درایو در حال تکامل است.

نحوه اندازه گیری EMF برگشتی در عمل

EMF برگشتی نه تنها یک مقدار محاسبه شده است. می توان آن را به طور مستقیم اندازه گیری کرد. با یک اسیلوسکوپ، فاز موتور را با توجه به نقطه خنثی بررسی کنید، موتور را بچرخانید و ولتاژ اوج را بخوانید. هنگامی که موتور توسط یک کنترلر به حرکت در می آید، ولتاژ ترمینال را در زمان خاموش بودن PWM بگیرید تا از نویز سوئیچینگ جلوگیری کنید. ثبت ولتاژ در چند سرعت منحنی خطی به دست می دهد که شیب آن Ke است.

برای اندازه گیری Ke، موتور را با سرعت 1000 دور در دقیقه بچرخانید و اوج ولتاژ خط به خنثی را بخوانید. اگر دامنه 12 ولت را نشان دهد، Ke تقریباً 12 V/krpm برای آن پیکربندی سیم پیچ است. برای اندازه گیری خط به خط، قرائت را بر 3 √ تقسیم کنید تا مقدار هر فاز را بدست آورید.

برای خوانندگان علاقه مند به چگونگی تکامل درایوهای PMSM، پیشرفت های مداوم در فناوری موتور سنکرون آهنربای دائمی زمینه مفیدی برای روش های کنترلی جدیدتر فراهم می کند.

ملاحظات طراحی عملی برای انتخاب کنترلر

حفاظت حاشیه ولتاژ و اضافه ولتاژ

هر کنترل کننده موتور دارای حداکثر ولتاژ باس است. در طول ترمز احیا کننده یا کاهش سرعت سریع، EMF عقب می تواند ولتاژ اتوبوس را به بالای ریل تغذیه فشار دهد. اگر کنترلر هیچ حفاظتی نداشته باشد، خازن اتوبوس یا ماسفت های برق ممکن است آسیب ببیند. یک درایو با طراحی خوب یا جریان تولید شده را محدود می کند یا انرژی اضافی را به یک مقاومت می ریزد. برای برنامه هایی با تغییرات سرعت تهاجمی، الف کنترل کننده موتور با کارایی بالا با منطق حفاظتی اختصاصی، گذرای EMF را ایمن‌تر از یک درایو عمومی کنترل می‌کند.

تولید کنندگان کنترلرهای موتور با کارایی بالا سری T، کارخانه APT - T300 T400 T500 T720 T1000 T1400 T1800 کارخانه کنترلرهای موتور سنکرون مغناطیس دائمی، کنترل موتور با کارایی بالا سری T... مشاهده محصول →

تطبیق کنترلر با موتور

ثابت EMF Ke باید با درجه ولتاژ کنترلر و محدوده سرعت کاربرد مطابقت داشته باشد. موتوری که برای گشتاور با سرعت کم بهینه شده است اغلب دارای Ke بالا است که ولتاژ بالایی در هر دور در دقیقه تولید می کند. اگر همان موتور باید به سرعت بالایی برسد، کنترل کننده باید ولتاژ بالاتر را کنترل کند یا از تضعیف میدان استفاده کند. یک موتور با Kee پایین می‌تواند سریع‌تر کار کند اما جریان بیشتری را برای همان گشتاور می‌گیرد. همیشه قبل از قفل کردن یک جفت، ولتاژ نامی، Ke، و حداکثر جریان را با هم مقایسه کنید.

دما محاسبات را پیچیده تر می کند. آهنرباهای قوی با گرم شدن درصد کمی از شار خود را از دست می دهند و Kee را کاهش می دهند و EMF را کاهش می دهند. سپس موتور با همان ولتاژ سریعتر کار می کند، اما گشتاور کمتری در هر آمپر دارد. کنترل‌کننده‌ای که شامل محدودیت‌های حرارتی است می‌تواند جبران کند، اما رفتار سرعت بالا سیستم همچنان تغییر می‌کند.

نتیجه گیری: EMF برگشتی یک ورودی طراحی است

EMF پشتی اختلالی در حد متوسط نیست. این یک سیگنال فیزیکی است که سرعت روتور، زمان سوئیچینگ و حاشیه ولتاژ مورد نیاز را گزارش می کند. هنگامی که یک کنترل کننده موتور را ارزیابی می کنید، بپرسید که چگونه از EMF در سرعت کم، در سرعت بالا و در حین بازسازی نمونه برداری می کند. جفت شدن صحیح موتور و کنترلر کارایی، قابلیت اطمینان و طول عمر را تعیین می کند.

به عنوان یک تامین کننده درایو موتور , Shanghai APT Power Technology کنترل کننده های DC و PMSM بدون جاروبک را حول این واقعیت ها می سازد. اگر پیشرانه جدیدی را مشخص می‌کنید، موتورها و کنترل‌کننده‌های موجود در محدوده محصولات ما را بررسی کنید و نحوه تعامل Ke، ولتاژ باس و EMF پشتی را در پاکت عملیاتی واقعی‌تان در نظر بگیرید.