当反电动势不能超过电源电压时,为什么还要担心电机导致电源电压突然升高?


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我听说有人说,在电动机控制电路中,必须采取预防措施,以防止电动机回馈到电源中,从而导致电源电压升高,从而导致故障。但是怎么可能呢?除非有外力使电机加速,否则反电动势永远不会高于电源电压。那么如何将电源电压提高呢?

Answers:


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由H桥驱动的电机也是升压转换器。这是一个H桥:

示意图1

用电感器,电阻和电压源(反电动势)替换电动机:

示意图2

让我们考虑一下,我们在一个方向上驱动电动机,并且S3始终打开,而S4始终关闭:

示意图3

旋转V1,S1和D1(相同电路):

示意图4

左右翻转整个东西(仍然相同的电路):

示意图5

我们不需要主动纠正,因此我们可以删除S1。D2也没有任何作用。我们也可以删除R1,因为它只是一个很小的电阻,除了降低效率之外不会改变电路的功能:

示意图6

看起来很近吧?当然,真正的升压转换器在输出上将具有一个电容器以形成DC,而负载不是电池,而是电阻,并且V1可能不是电动机的反电动势,而是电池。此步骤不是必需的,以演示反电动势如何反馈到您的电源中,只是在您不认识升压转换器的情况下提供此步骤:

示意图7

QED。

还可以显示出,当电动机加速时,H桥就是降压转换器。因此,在能量守恒定律的框架内,更容易考虑电池与电动机动能之间的相互作用。忽略绕组电阻,开关晶体管,摩擦等方面的非理想损耗,H桥和电动机构成了高效的能量转换器。为了增加电动机的动能,电池必须提供能量。为了减少电动机的动能,电池必须吸收能量。

如果电池,摩擦或其他负载无法将动能转换为热能或化学能,它将流到其他地方。最有可能的是,进入电源去耦电容器后,会导致电源轨电压升高,因为存储在电容器中的能量为:

Ë=1个2CV2

或等效地,

V=2ËC

ËCV

Ë=1个2v2

ËvķG2v

这里的要点是即使您不希望制动,也要进行再生制动。请参阅如何实现直流电动机的再生制动?


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+1。但是,为了使升压转换器正常工作,必须打开和关闭S2(最后一张图片)。有两种情况。(1)您仍然应用PWM并执行“主动制动”之类的操作。这最终将导致升压转换器。(2)没有任何晶体管的PWM-只有二极管将充当EMF的整流器,并且除非您在关闭电动机之前从外部旋转电动机的速度超过其运行速度,否则电压不会上升到危险水平。
zebonaut

电路实验室会很好,您可能会使用555计时器和一个电压源,并用一些二极管实时充电以显示其工作原理,但我确实喜欢电路实验室。
Kortuk

@zebonaut是的,如果您停止切换电桥,则无法提高电源电压。如果将其保持为低电平,电动机端子将短路,电动机电流将非常高,并且动能会因绕组电阻和晶体管损耗而完全转化为热量。如果您完全停止切换电桥,则电动机将续流,只有摩擦吸收动能。通常,尽管如此,PWM电动机控制器介于这两个极端之间,并且每当占空比减小时,您就会得到再生制动,而没有做任何花哨的事情。
Phil Frost

@PhilFrost只是为了说明,这并不意味着可以通过脉冲驱动电动机来增加电压,从而可以从低压电源驱动额定电压更高的电动机,对吗?您真的需要一个升压转换器,对吗?
奥尔塔2014年

@horta是的,差不多。“升压”仅在电动机的EMF超过电池电压时发生,因此电池就是负载。由于EMF也与速度成正比,因此这意味着电动机的旋转速度要比平衡状态下的旋转速度快,因此电动机的速度会降低。
Phil Frost 2014年

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  1. 菲尔说了什么

2.这不是您要查找的EMF。 一个问题是将电压与反电动势相等。这不是反电动势,而是存储在系统中的能量,“要求给它一个新家。我说这很苛刻”,因为该能量将被转移到其他地方,并且将以系统希望发生的速度进行传递。在接受转让方面有些落后,它将变得越来越坚持。按要求。

旋转的电动机包含机械能,当绕组中的磁通量变化时,机械能会转换为电能。当您用力制动时,所有能量都存储在磁场中,而磁场则希望分享其收益。
场将崩溃,能量将被传递到其他地方。
所以...

电机的一侧通常接地(直接或通过二极管接地),在这种情况下,另一侧连接到电源。如果电源能够接受恒定电压下的能量(例如理想的电池或电容器),则当磁场释放出能量时,磁场就不会在意了。它会站立并交付。

但是,如果电源将不接受场希望传递的能量的速度,那么场将变得更加持久-它将升高电压。如果这样做不起作用,它将继续提高电压,直到能量以其“希望”的速度流出为止。
如果必须的话,它将达到无穷大。
在现实世界中,总会有一些电容(有意或无意),这通常通过将能量存储在电容器中来阻止电压上升。很小的电容器=很高的电压。


添加:

这本质上是对Luc答案的评论,但它本身很有用。

如上所述,电动机能量必须“到达某处。
如果电动机负载在负载中,那么负载将吸收能量。
缓冲器是这样一种负载,而Phil所指的电源是另一种。
如果电源是”电源电压将不会明显升高。
刚度可能来自于其他设备在电源下运行,这些设备可以吸收能量和/或足够的电容以在电压适度升高的情况下吸收能量。

如果电源不够“僵硬”,则其电压会随着电机能量的传输而升高。在极端情况下,由于过压条件,电压上升可能足以破坏电源。


@PhilFrost-是的。而且,正如我指出的那样,“刚度可能来自于其他设备通过电源运行,这些设备可以吸收能量……以适度的电压上升吸收能量。” 某些电源经过专门设计,可以在电压升高得过高时将其耗散或将其转移回电源中(能量回收)。其中的“最聪明”从“负载”中获取直流电,然后将电源电压和频率交流电返回至电源。
罗素·麦克马洪

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