Objašnjenje povratne elektromotorne sile: Kako povratni EMF oblikuje dizajn kontrolera motora

Zamislite motor bez četkica koji se okreće punom brzinom, a zatim se stupanj snage iznenada isključi. Rotor se nastavlja okretati, a stezaljke motora još uvijek pokazuju napon. Taj napon je povratna elektromotorna sila, koja se često naziva povratni EMF. To je motor koji djeluje kao generator i proizvodi suprotni napon koji ograničava protok struje. Za inženjere dizajna i timove za nabavu, povratni EMF nije teoretska fusnota. Postavlja maksimalnu brzinu, utječe na vrijeme komutacije i određuje koliko robustan kontroler mora biti.

Što je povratna elektromotorna sila?

Povratni EMF slijedi iz Faradayeva zakona indukcije. Kada struja teče kroz namot statora, ona stvara magnetsko polje. Kako se rotor kreće pokraj tog namota, mijenja se magnetski tok koji povezuje namot, a ta promjena inducira napon. Prema Lenzovom zakonu, inducirani napon djeluje u smjeru koji je suprotan struji koja je izazvala gibanje. Što se rotor brže okreće, taj suprotni napon postaje veći. Također se koristi izraz protuelektromotorna sila, jer se inducirani napon doslovno suprotstavlja primijenjenom naponu.

U matematičkom obliku, povratni EMF je E = Ke × ω , gdje je Ke povratna EMF konstanta, a ω kutna brzina. Ke ovisi o zavojima namota, jakosti magneta i geometriji motora. U motorima s permanentnim magnetima, Ke se obično navodi u V/krpm, i to je jedna od prvih vrijednosti za usporedbu kada uparite motor s regulatorom.

Zašto je povratni EMF važan u dizajnu pogona motora

Povratni EMF utječe na gotovo svaki dio motornog pogona. On govori upravljaču kada da se prebaci, koliko brzo motor može raditi i je li izvediva komutacija bez senzora.

Povratni EMF i komutacija

U istosmjernom motoru bez četkica samo su dvije od tri faze pod naponom u svakom trenutku. Regulator mora znati kada prebaciti struju na sljedeći par namota. U senzorskom dizajnu, Hallovi senzori osiguravaju to vrijeme. U dizajnu bez senzora, regulator detektira prolaz nule povratnog EMF-a na fazi bez napona. Pri maloj brzini, ovaj signal je mali; pri velikoj brzini, jaka je. Zato je komutacija bez senzora laka iznad nekoliko stotina okretaja u minuti, dok pokretanje iz mirovanja zahtijeva drugačiju strategiju.

Mnogi moderni pogoni bez senzora pokreću motor s otvorenom petljom, a zatim se prebacuju na povratno otkrivanje EMF-a kada je signal stabilan. Ovaj pristup se koristi u našem visokoučinkoviti kontroler istosmjernog motora bez četkica , koji održava učinkovitost prebacivanja u širokom rasponu brzina.

A4 Visokoučinkoviti kontroler istosmjernog motora bez četkica, dobavljači, tvornica - Šangaj A APT je A4 visokoučinkoviti kontroler istosmjernog motora bez četkica Dobavljači i veleprodaja A4 visokoučinkovitog regulatora istosmjernog motora bez četkica Tvornica ... Pogledajte proizvod →

Povratni EMF i ograničenje brzine

U pojednostavljenom ekvivalentnom krugu, napon napajanja jednak je padu otpora namota plus povratni EMF. Kako se brzina povećava, povratni EMF raste i ostavlja manje napona za guranje struje kroz namot. U praznom hodu, motor radi brzinom pri kojoj je povratni EMF gotovo jednak naponu sabirnice, a struja je gotovo nula. Na primjer, motor od 48 V s Ke od 10 V/krpm dostigne otprilike 4800 o/min bez opterećenja prije nego što se povratni EMF izjednači s naponom sabirnice. Da biste išli brže, morate povećati napon sabirnice ili smanjiti Ke. Motor s visokim Ke stoga nije uvijek poželjan, on ograničava performanse velike brzine osim ako regulator ne može primijeniti slabljenje polja.

Povratni EMF u kontroli bez senzora

Za sinkrone motore s trajnim magnetima povratni EMF je sinusoidan. Kontrola bez senzora koristi promatrača za procjenu položaja rotora iz vektora stražnjeg EMF-a, čime se uklanja potreba za mehaničkim senzorom. To smanjuje troškove i povećava pouzdanost, ali promatrač mora biti pažljivo podešen. Tijekom nagle promjene opterećenja, procjena povratnog EMF-a mora ići u korak sa stvarnim signalom. Kontroler sa strujnim petljama niske latencije, kao što je a kontroler istosmjernog motora bez četkica s brzim odzivom , daje promatraču čistiji signal da ga slijedi.

R5 Dobavljači kontrolera istosmjernog motora bez četkica, tvornica - Shanghai APT APT je R5 brzog odziva kontrolera istosmjernog motora bez četkica Dobavljači i veleprodaja Tvornica kontrolera istosmjernog motora bez četkica R5 brzog odziva u C... Pogledajte proizvod →

Razumijevanje softverskog sloja koji tumači povratni EMF jednako je važno kao i hardver. Pogled izbliza na uloga softvera u modernim motornim kontrolerima pokazuje kako se razvija logika pogona.

Kako izmjeriti povratni EMF u praksi

Povratni EMF nije samo izračunata vrijednost; može se izravno mjeriti. Osciloskopom ispitajte fazu motora u odnosu na neutralnu točku, zavrtite motor i očitajte vršni napon. Kada motor pokreće kontroler, uhvatite napon terminala tijekom vremena isključenja PWM-a kako biste izbjegli šum pri prebacivanju. Snimanje napona pri nekoliko brzina daje linearnu krivulju čiji je nagib Ke.

Za mjerenje Ke, okrećite motor na 1000 o/min i očitajte vršni napon linijski-neutralni. Ako opseg pokazuje 12 V, Ke je približno 12 V/krpm za tu konfiguraciju namota. Za mjerenja od linije do linije, podijelite očitanje s √3 da biste dobili vrijednost po fazi.

Za čitatelje koje zanima kako se PMSM pogoni razvijaju, stalni napredak u tehnologiji sinkronih motora s permanentnim magnetima pružiti koristan kontekst za novije metode kontrole.

Praktična razmatranja dizajna za odabir kontrolera

Naponska granica i zaštita od prenapona

Svaki kontroler motora ima maksimalni nazivni napon sabirnice. Tijekom regenerativnog kočenja ili brzog usporavanja, povratni EMF može gurnuti napon sabirnice iznad napojne tračnice. Ako kontroler nema zaštitu, kondenzator sabirnice ili MOSFET-ovi snage mogu se oštetiti. Dobro dizajniran pogon ili ograničava regeneriranu struju ili ispušta višak energije u otpornik. Za primjene s agresivnim promjenama brzine, a kontroler motora visokih performansi s namjenskom zaštitnom logikom sigurnije obrađuje EMF prijelazne pojave od generičkog pogona.

Dobavljači kontrolera motora visokih performansi serije T, tvornica APT - T300 T400 T500 T720 T1000 T1400 T1800 Tvornica kontrolera sinkronog motora s trajnim magnetom, T serija upravljanja motorom visokih performansi... Pogledajte proizvod →

Usklađivanje regulatora s motorom

Povratna EMF konstanta Ke mora odgovarati nazivnom naponu regulatora i rasponu brzine primjene. Motor optimiziran za moment male brzine često ima visok Ke, što proizvodi visok napon po okretaju u minuti. Ako taj isti motor mora postići veliku brzinu, regulator mora podnijeti viši napon ili koristiti slabljenje polja. Motor s niskim Ke može raditi brže, ali troši više struje za isti moment. Uvijek usporedite ograničenja nazivnog napona, Ke i vršne struje prije zaključavanja uparivanja.

Temperatura dodatno komplicira izračun. Jaki magneti gube mali postotak fluksa dok se zagrijavaju, smanjujući Ke i smanjujući EMF. Motor tada radi brže pri istom naponu, ali s manjim momentom po amperu. Regulator koji uključuje toplinska ograničenja može kompenzirati, ali će se ponašanje sustava pri velikoj brzini i dalje mijenjati.

Zaključak: Povratni EMF je ulaz u dizajn

Povratni EMF nije smetnja za prosjek; to je fizički signal koji javlja brzinu rotora, vrijeme prebacivanja i potrebnu marginu napona. Kada procjenjujete kontroler motora, pitajte kako uzorkuje povratni EMF pri maloj brzini, pri velikoj brzini i tijekom regeneracije. Ispravno uparivanje motora i kontrolera određuje učinkovitost, pouzdanost i životni vijek.

Kao a dobavljač motornog pogona , Shanghai APT Power Technology gradi DC i PMSM kontrolere bez četkica oko ovih stvarnosti. Ako specificirate novi pogonski sklop, pregledajte motore i kontrolere u našem asortimanu proizvoda i razmotrite kako će Ke, napon sabirnice i povratni EMF međusobno utjecati u vašoj stvarnoj radnoj omotnici.