Як я можу виміряти назад ЕРС, щоб визначити швидкість двигуна постійного струму?

Мені цікаво вимірювати задній-ЕРС двигуна для визначення швидкості двигуна, оскільки він дешевий і не потребує додаткових механічних деталей. Як я можу виміряти ЕРС назад, коли я керую мотором?

motor speed back-emf

— Філ Мороз
джерело

+1. Просто купуйте

— Нік Алексєєв

Один із способів зробити це - ненадовго припинити рух двигуна, досить довгий, щоб залишитись залишковий струм від робочої напруги, а потім просто виміряти напругу. Час, який потрібен струму для відстоювання, буде залежати від індуктивності обмоток. Це легко зрозуміти, і нерівномірний інтервал можна зробити досить коротким, але це має очевидні недоліки.

Інший метод передбачає розумне використання закону Ома. Двигун можна моделювати як послідовну ланцюг індуктора, резистора та джерела напруги. Індуктор представляє індуктивність обмоток двигуна. Резистор - це опір цього проводу. Джерело напруги представляє задній ЕРС, і воно прямо пропорційно швидкості двигуна.

моторна модель схематична

Якщо ми можемо знати опір двигуна, і зможемо виміряти струм в двигуні, ми можемо зробити висновок про те, якою повинна бути задня ЕРС під час руху двигуна ! Ось як:

Ми можемо ігнорувати тих пір, поки струм через двигун не сильно змінюється, оскільки напруга на індукторі пропорційне швидкості зміни струму. Ніяка зміна струму не означає напруги на індукторі. $L_m$

Якщо ми рухаємо мотор з ШІМ, то індуктор служить для того, щоб тримати струм у двигуні відносно постійним. Все, про що ми піклуємося, - це насправді середня напруга , яка є лише напругою живлення, помноженою на робочий цикл. $V_{drv}$

Отже, у нас є ефективна напруга, яку ми подаємо на двигун, який ми послідовно моделюємо як резистор і джерело напруги. Ми також знаємо струм в двигуні, і струм в резисторі нашої моделі повинен бути однаковим, оскільки це послідовний контур. Ми можемо використовувати закон Ома, щоб обчислити, якою повинна бути напруга на цьому резисторі, а різниця між падінням напруги над резистором і прикладеною напругою повинна бути зворотною ЕРС.

Приклад:

опір обмотки двигуна вимірюваний струм двигуна Напруга живлення робочий цикл $= R_m = 1.5\:\Omega$
$= I = 2\:\mathrm A$
$= V_{cc} = 24\:\mathrm V$
$= d = 80\%$

Розрахунок:

24В при 80% робочому циклі ефективно застосовує 19.2В до двигуна:

\bar{V_{d r v}} = d V_{c c} = 80 % \cdot 24 V = 19.2 V

$\overline{V_{drv}} = dV_{cc} = 80\% \cdot 24\:\mathrm V = 19.2\:\mathrm V$

Падіння напруги над опором обмотки визначається законом Ома, добутку струму та опору обмотки:

V_{R_{м}} = Я R_{м} = 2 А \cdot 1.5 Ω = 3 V

$V_{R_m} = IR_m = 2\:\mathrm A \cdot 1.5\:\Omega = 3\:\mathrm V$

Зворотна ЕРС - ефективна напруга руху, менша напруга через опір обмотки:

V_{м} = \bar{V_{г r v}} - V_{R_{м}} = 19.2 V - 3 V = 16.2 V

$V_m = \overline{V_{drv}} - V_{R_m} = 19.2\:\mathrm V - 3\:\mathrm V = 16.2\:\mathrm V$

З’єднавши все це в одне рівняння:

V_{м} = г V_{c c} - R_{м} Я

$V_m = dV_{cc} - R_m I$

— Філ Мороз
джерело

Варто зазначити, що, за винятком випадків, коли індуктор має паралельний опір або інший витік, середня напруга через індуктор протягом будь-якого заданого інтервалу часу повинна бути пропорційною різниці струму між початком і кінцем цього інтервалу. Якщо індуктор має однакову кількість струму, що протікає через нього на початку та наприкінці деякого часового інтервалу, середня напруга через індуктор має бути нульовою. Це правило застосовується як до дискретних індукторів, так і до індукторних моделей, що є в серії із ідеальним двигуном.

— supercat

Крім того, зауважте, що якщо ШІМ є двигуном на гідній частоті, ефективність буде кращою, якщо струм за своєю індуктивністю не згасне між циклами. Замість того, щоб відкрити замикання двигуна, коротко замикайте його, якщо або поки струм не знизиться до нічого (сподіваємось, швидкість ШІМ буде досить швидкою, що не вийде). Якщо один короткий замикання двигуна буде досить довгим, струм впаде ні до чого, а потім повернеться назад. Зворотний струм знищить ефективність, тому розімкніть ланцюг у цій точці (або короткий через транзистор, який дозволяє лише один напрям струму). Зауважимо, що ...

— суперкат

... якщо струм затримки перевищує обсяг, який можна подати, без провисання, ШІМ-двигун може фактично збільшити наявний пусковий або повільний обертовий момент. Зауважте також, що якщо двигун обертається швидше, ніж швидкість, яку «вимагає» ШІМ, частина надлишкової енергії буде скинута назад у запас (що корисно для ефективності, якщо його можна безпечно використовувати).

— supercat

Я не фахівець, але я не думаю, що ви можете просто припустити, що ваш струм не зміниться, і ви можете просто проігнорувати свою індуктивність. Зовнішні навантаження створюють крутний момент, і цей крутний момент призведе до зміни струму. Також PWM itsef внесе зміну струму в двигун ... так, індуктивність буде тримати його "середнім", але це не буде плоскою лінією, а також робить його середнім, створюючи напруги. Наскільки це насправді вплине на ваш проект? Ну, я не можу сказати, це повністю залежить від самого двигуна і навантаження, тому це різко буде відрізнятися від проекту до проекту.

— mFeinstein

Цей метод детальніше обговорюється в документі IEEE: ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=4314629

— Амір Самакар