Jak mogę zmierzyć wartość pola elektromagnetycznego wstecznego, aby wywnioskować prędkość silnika prądu stałego?

Interesuje mnie pomiar wstecznego pola elektromagnetycznego silnika w celu ustalenia prędkości silnika, ponieważ jest on tani i nie wymaga żadnych dodatkowych części mechanicznych. Jak mogę zmierzyć EMF podczas jazdy silnikiem?

motor speed back-emf

— Phil Frost
źródło

+1. Aby uzyskać więcej informacji: acroname.com/robotics/info/articles/back-emf/back-emf.html

— Nick Alexeev

Jednym ze sposobów na to jest krótkie zatrzymanie napędzania silnika, na tyle długo, aby pozwolić na opadnięcie prądu resztkowego z napięcia sterującego, a następnie po prostu zmierzenie napięcia. Czas potrzebny do ustabilizowania się prądu zależy od indukcyjności uzwojeń. Jest to łatwe do zrozumienia, a niedościgniony interwał może być dość krótki, ale ma to oczywiste wady.

Inna metoda polega na sprytnym użyciu prawa Ohma. Silnik można modelować jako szeregowy obwód cewki indukcyjnej, rezystora i źródła napięcia. Cewka reprezentuje indukcyjność uzwojenia silnika. Rezystor to rezystancja tego drutu. Źródło napięcia reprezentuje tylny EMF i jest wprost proporcjonalne do prędkości silnika.

schemat modelu silnika

Jeśli znamy rezystancję silnika i możemy zmierzyć prąd w silniku, możemy wywnioskować, czym musi być tylny EMF podczas napędzania silnika ! Oto jak:

Możemy zignorować $L_m$ , o ile prąd płynący przez silnik niewiele się zmienia, ponieważ napięcie na cewce proporcjonalne do szybkości zmiany prądu. Brak zmiany prądu oznacza brak napięcia na cewce.

Jeśli napędzamy silnik PWM, wówczas cewka służy do utrzymywania względnie stałego prądu w silniku. Jedyne, na czym nam zależy, to tak naprawdę średnie napięcie $V_{drv}$ , które jest tylko napięciem przemnożonym przez cykl pracy.

Mamy więc skuteczne napięcie, które przykładamy do silnika, który modelujemy jako rezystor i źródło napięcia szeregowo. Znamy również prąd w silniku, a prąd w rezystorze naszego modelu musi być taki sam, ponieważ jest to obwód szeregowy. Możemy użyć prawa Ohma do obliczenia, jakie musi być napięcie na tym rezystorze, a różnica między spadkiem napięcia na rezystorze a naszym przyłożonym napięciem musi być ujemnym polem elektromagnetycznym.

Przykład:

$= R_m = 1.5\:\Omega$
$= I = 2\:\mathrm A$
$= V_{cc} = 24\:\mathrm V$
$= d = 80\%$

Obliczenie:

24 V przy 80% cyklu pracy skutecznie przykłada 19,2 V do silnika:

\bar{{V.}_{re r przeciwko}} = re {V.}_{do do} = 80 % \cdot 24 V. = 19,2 V.

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

Spadek napięcia na rezystancji uzwojenia wynika z prawa Ohma, iloczynu rezystancji prądu i uzwojenia:

{V.}_{R_{m}} = ja R_{m} = 2) ZA \cdot 1.5 Ω = 3) V.

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

Back-EMF to efektywne napięcie sterujące, mniejsze napięcie na rezystancji uzwojenia:

{V.}_{m} = \bar{{V.}_{re r przeciwko}} - {V.}_{R_{m}} = 19,2 V. - 3) V. = 16.2 V.

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

Łącząc to wszystko w jedno równanie:

{V.}_{m} = re {V.}_{do do} - R_{m} ja

$V_m = dV_{cc} - R_m I$

— Phil Frost
źródło

Warto zwrócić uwagę na to, że oprócz tego, że induktor ma rezystancję równoległą lub inny upływ, średnie napięcie na cewce w danym przedziale czasowym musi być proporcjonalne do różnicy prądu między początkiem i końcem tego przedziału. Jeśli cewka indukcyjna przepływa przez nią taka sama ilość prądu na początku i na końcu pewnego przedziału czasu, średnie napięcie na cewce musi wynosić zero. Zasada ta ma zastosowanie zarówno do cewek dyskretnych, jak i modeli cewek indukcyjnych połączonych szeregowo z idealnym silnikiem.

— supercat

Należy również pamiętać, że jeśli ktoś jest PWM'ing silnik w przyzwoitą częstotliwością, wydajność będzie najlepiej, jeżeli prąd w indukcyjności ma nie ucichnie pomiędzy cyklami. Zamiast rozłączać silnik, zewrzyj go, dopóki prąd nie spadnie do zera (mam nadzieję, że szybkość PWM będzie wystarczająco duża, aby nie spadła). Jeśli zwarcie nastąpi wystarczająco długo, prąd spadnie do zera, a następnie zostanie odwrócony. Prąd wsteczny zabije wydajność, więc otwórz obwód w tym punkcie (lub zwarcie przez tranzystor, który pozwala tylko na jeden kierunek prądu). Należy pamiętać, że ...

— supercat

... jeśli prąd utknięcia przekroczy wielkość, którą może dostarczyć zasilacz bez ugięcia, PWM silnika może faktycznie zwiększyć dostępny moment rozruchowy lub przy niskiej prędkości. Należy również zauważyć, że jeśli silnik obraca się szybciej niż prędkość „żądana” przez PWM, część nadwyżki energii zostanie zrzucona z powrotem do źródła zasilania (dobre dla wydajności, jeśli można ją bezpiecznie wykorzystać).

— supercat

Nie jestem specjalistą, ale nie sądzę, że możesz założyć, że twój prąd się nie zmieni, i możesz tak łatwo zignorować swoją indukcyjność. Obciążenia zewnętrzne wytwarzają moment obrotowy i ten moment obrotowy powoduje zmianę prądu. Również PWM itsef dokona zmiany prądu w silniku ... tak, indukcyjność utrzyma go na „średnim” poziomie, ale nie będzie to linia płaska, a także uśredniająca poprzez tworzenie napięć. Jak bardzo to wpłynie na twój projekt? Cóż, nie mogę powiedzieć, że całkowicie zależy to od samego silnika i obciążenia, więc będzie to drastycznie różnić się w zależności od projektu.

— mFeinstein

Metodę tę omówiono bardziej szczegółowo w dokumencie IEEE: ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=4314629

— Amir Samakar