Я знаю, що багато електромобілів здатні перетворити імпульс автомобіля в накопичену енергію в акумуляторах, а не перетворити його на марне тепло на гальмівних колодках. Як це працює? Як я можу це самостійно реалізувати?

Напевно, у вас це вже є, і ви просто не знали цього. Якщо ви керуєте мотором з півмостом або Н-мостом та ШІМ або подібним, у вас є регенеративне гальмування. Розглянемо півмости, оскільки для цього аналізу ми запустимо мотор лише в одному напрямку:

Спочатку розглянемо нерегенеративне гальмування. Якщо вихідний міст високий (S1 закритий, S2 відкритий), двигун прискориться до повної швидкості. Якщо міст перемкнеться низько, мотор не просто обережно бережеться до упору. Він заткнеться до упору, ніби хтось, але гальмо на ньому. Чому?

Двигун можна моделювати як серійний індуктор та джерело напруги. Крутний момент двигуна пропорційний струму. Джерело напруги називається назад-ЕРС , і воно пропорційне швидкості двигуна. Ось чому двигун притягує більше струму, коли він завантажується (або, що найгірше, застоюється): зі зменшенням швидкості зменшується зворотний ЕРС, і він протистоїть напрузі живлення менше, що призводить до збільшення струму. Давайте перемальовуємо нашу схему з цією моделлю зі значеннями, як ніби наш мотор крутиться з високою швидкістю:

Цей мотор працює на повній швидкості. У нас невеликий струм для подолання тертя в двигуні, а задній ЕРС - це напруга живлення, за вирахуванням падіння напруги над R1. Потоку струм не надто великий, оскільки зворотний ЕРС скасовує більшу частину напруги живлення, тому L1 і R1 бачать лише 100 мВ. Тепер, що відбувається, коли ми переключимо міст на низьку сторону?

$L_1 / R_1$$ms$$V_{B1}-V_1$$100mV$

Зараз у нас великий струм тече в зворотному напрямку. Крутний момент пропорційний струму, тому зараз замість прикладання м'якої сили за годинниковою стрілкою, достатньо для подолання тертя, ми застосовуємо жорстку силу проти годинникової стрілки, і механічне навантаження швидко уповільнюється. Із зменшенням швидкості обертання двигуна зменшується і V1, а отже, і струм, і крутний момент з ним, поки навантаження більше не обертається.

Куди пішла енергія? Кінетична енергія механічного навантаження - це енергія. Це не може просто зникнути, правда?

$P_{R1} = (9.9A)^2 1\Omega = 98.01W$

То як же я зберігаю енергію, а не перетворюю її на тепло?

Давайте подивимось, що відбувається трохи після того, як ми почали гальмувати, але перед тим, як ми зупинилися:

Двигун значно сповільнився (задній-ЕМП - 1 В), і струм з ним зменшився. Що робити, якщо ми переключимо міст на високу сторону?

$L_1 / R_1$

Тож не робіть цього . Поки ми залишаємося в такому стані, струм зменшується. Отже, ми переходимо назад до іншого стану, з мостом низьким, тому back-emf може будувати поточну резервну копію. Потім ми знову перемикаємось і стріляємо частину в акумулятор. Повторіть, швидко.

Якщо це звучить як те, що зазвичай робиться для керування двигуном ШІМ, це тому, що це так. Ось чому, ймовірно, ви вже його маєте, і просто не знали цього.

$80\% \cdot 10V = 8V$

$P = I^2 R$

Ви також можете відкрити всі транзистори на мосту, і індукторний струм згасне через діоди в мості. Тоді ні задній ЕРС, ні акумулятор не матимуть шляху для струму, і мотор буде вільно рухатися. Якщо звичайно, деяка зовнішня сила прискорює двигун достатньо, щоб підштовхнути задній-ЕРС вище, ніж напруга живлення. Автомобіль, що котиться в гору - хороший приклад.

У всіх інших випадках ви отримуєте регенеративне гальмування.

практичний наслідок

Ви повинні розглянути, що ви зробите з механічною енергією двигуна. Акумулятори можуть поглинати енергію, але існує обмеження на те, скільки і як швидко, що залежить від типу акумулятора. Деякі джерела живлення (наприклад, лінійні регулятори напруги) взагалі не можуть поглинати енергію.

Якщо ви не надаєте місця для енергії, що йде, або акумулятор, або якесь інше навантаження в ланцюзі, воно перейде в конденсатори роз'єднання живлення. Якщо у вас є достатня кількість енергії, повернутої з двигуна, і недостатня ємність, напруга в рейці живлення буде збільшуватися, поки щось не зламається.

Ви повинні розробити схему, щоб цього не сталося. В електричному автомобілі є складні контролери акумуляторних батарей, які будуть застосовувати звичайні гальма, якщо акумулятори не зможуть більше поглинути кінетичну енергію автомобіля. Ви також можете увімкнути резистор живлення через рейки живлення або спроектувати свій контролер двигуна, щоб він відключився на гальмуванні, якщо його буде занадто багато.

пов'язані питання

• Чому я повинен хвилюватися з приводу того, що двигун може призвести до того, що напруга живлення піднімається, коли задній ЕРС не може перевищити напругу живлення?

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

• відповідь supercat на питання, що майже не пов'язане

розуму, що пов'язане риторичне питання

Що станеться, якщо у нас мотор не має опору намотування, і у нас є спосіб привести його в рух, не додаючи додаткового опору (ідеальні транзистори та дроти)? Очевидно, що це більш ефективно. Але як змінюється швидкість двигуна залежно від прикладеної напруги та механічного навантаження? Підказка: якщо ви намагаєтесь змінити швидкість двигуна, збільшуючи або зменшуючи механічне навантаження, що робить задній емф до струму?