Làm cách nào để đo EMF ngược để suy ra tốc độ của động cơ DC?

Tôi quan tâm đến việc đo EMF phía sau của động cơ để xác định tốc độ của động cơ vì nó rẻ và không yêu cầu thêm các bộ phận cơ khí. Làm cách nào để đo EMF phía sau khi tôi lái xe máy?

motor speed back-emf

— Phil Frost
nguồn

+1. Chỉ cần chồng thêm thông tin: acroname.com/robotics/info/articles/back-emf/back-emf.html

— Nick Alexeev

Một cách để làm điều này là dừng một thời gian ngắn để điều khiển động cơ, đủ lâu để cho bất kỳ dòng điện dư nào từ điện áp lái xuống, và sau đó chỉ cần đo điện áp. Thời gian để dòng điện lắng xuống sẽ phụ thuộc vào độ tự cảm của cuộn dây. Điều này là đơn giản để hiểu, và khoảng thời gian chưa được xử lý có thể được thực hiện khá ngắn, nhưng điều này có nhược điểm rõ ràng.

Một phương pháp khác liên quan đến việc sử dụng thông minh luật Ohm. Một động cơ có thể được mô hình hóa như một mạch nối tiếp của một cuộn cảm, điện trở và nguồn điện áp. Cuộn cảm biểu thị độ tự cảm của cuộn dây của động cơ. Điện trở là điện trở của dây đó. Nguồn điện áp đại diện cho EMF phía sau, và nó tỷ lệ thuận với tốc độ của động cơ.

sơ đồ mô hình động cơ

Nếu chúng ta có thể biết điện trở của động cơ và chúng ta có thể đo dòng điện trong động cơ, chúng ta có thể suy ra EMF phía sau phải là gì trong khi động cơ đang được điều khiển ! Đây là cách thực hiện:

Chúng ta có thể bỏ qua $L_m$

Nếu chúng ta đang điều khiển động cơ với PWM, thì cuộn cảm sẽ giữ cho dòng điện trong động cơ tương đối ổn định. Tất cả những gì chúng tôi quan tâm sau đó, thực sự là điện áp trung bình của $V_{drv}$

Vì vậy, chúng tôi có một điện áp hiệu quả mà chúng tôi đang áp dụng cho động cơ, mà chúng tôi đang mô hình hóa như một điện trở và một nguồn điện áp nối tiếp. Chúng ta cũng biết dòng điện trong động cơ, và dòng điện trong điện trở của mô hình của chúng ta phải giống nhau vì nó là một mạch nối tiếp. Chúng ta có thể sử dụng định luật Ohm để tính toán điện áp trên điện trở này phải là bao nhiêu và sự khác biệt giữa điện áp rơi so với điện trở và điện áp ứng dụng của chúng ta phải là EMF ngược.

Thí dụ:

điện trở cuộn dây động cơ $= R_m = 1.5\:\Omega$
đo động cơ hiện tại $= I = 2\:\mathrm A$
điện áp cung cấp $= V_{cc} = 24\:\mathrm V$
Chu kỳ thuế $= d = 80\%$

Phép tính:

24 V ở chu kỳ nhiệm vụ 80% đang áp dụng hiệu quả 19,2V cho động cơ:

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

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

Việc giảm điện áp trên điện trở cuộn dây được tìm thấy theo định luật Ohm, sản phẩm của điện trở hiện tại và cuộn dây:

V_{R_{m}} = I R_{m} = 2 A \cdot 1.5 Ω = 3 V

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

EMF phía sau là điện áp lái xe hiệu quả, ít điện áp hơn trên điện trở cuộn dây:

V_{m} = \bar{V_{d r v}} - V_{R_{m}} = 19.2 V - 3 V = 16.2 V

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

Đặt tất cả lại với nhau thành một phương trình:

V_{m} = d V_{c c} - R_{m} I

$V_m = dV_{cc} - R_m I$

— Phil Frost
nguồn

Một điểm đáng chú ý là, ngoại trừ mức độ mà một cuộn cảm có điện trở song song hoặc rò rỉ khác, điện áp trung bình trên một cuộn cảm trong bất kỳ khoảng thời gian nhất định nào cũng phải tỷ lệ với chênh lệch dòng điện giữa đầu và cuối của khoảng đó. Nếu một cuộn cảm có cùng dòng điện chạy qua nó ở đầu và cuối của một khoảng thời gian nào đó, điện áp trung bình trên cuộn cảm phải bằng không. Quy tắc đó áp dụng cho cả hai cuộn cảm rời rạc, và cả mô hình một cuộn cảm như đang nối tiếp với một động cơ lý tưởng.

— supercat

Ngoài ra, lưu ý rằng nếu một trong số đó là động cơ PWM ở tần số tốt, hiệu quả sẽ tốt nhất nếu dòng điện trong cuộn cảm của nó không bị giảm giữa các chu kỳ. Thay vì mở mạch cho động cơ, hãy đoản mạch trừ khi hoặc cho đến khi dòng điện giảm xuống mức không có gì (hy vọng tốc độ PWM sẽ đủ nhanh để nó không bị hỏng). Nếu một mạch ngắn mạch của động cơ đủ lâu, dòng điện sẽ rơi xuống không có gì và sau đó đảo ngược. Dòng điện ngược sẽ giết chết hiệu quả, vì vậy hãy mở mạch tại điểm đó (hoặc ngắn thông qua một bóng bán dẫn chỉ cho phép một hướng của dòng điện). Lưu ý rằng ...

— supercat

... nếu dòng điện vượt quá mức cung cấp của một người có thể tạo ra mà không bị chùng xuống, thì động cơ PWM thực sự có thể làm tăng mô-men xoắn khởi động hoặc tốc độ chậm có sẵn. Cũng lưu ý rằng nếu động cơ quay nhanh hơn tốc độ "yêu cầu" của PWM, một phần năng lượng dư thừa sẽ được đưa trở lại nguồn cung cấp (tốt cho hiệu quả, nếu người ta có thể khai thác nó một cách an toàn).

— supercat

Tôi không phải là một chuyên gia, nhưng tôi không nghĩ rằng bạn có thể cho rằng hiện tại của bạn sẽ không thay đổi và bạn có thể dễ dàng bỏ qua quy nạp của mình một cách dễ dàng. Tải bên ngoài sẽ tạo ra mô-men xoắn và mô-men xoắn này sẽ tạo ra một sự thay đổi trong hiện tại. Ngoài ra, PWM itsef sẽ tạo ra sự thay đổi dòng điện trong động cơ ... vâng, độ tự cảm sẽ giữ cho nó ở mức "trung bình" nhưng đây sẽ không phải là một đường thẳng, nó cũng làm cho nó trung bình bằng cách tạo ra điện áp. Bao nhiêu điều này sẽ thực sự ảnh hưởng đến dự án của bạn? Chà, tôi không thể nói, nó hoàn toàn phụ thuộc vào chính động cơ và tải trọng, vì vậy điều này sẽ thay đổi mạnh mẽ từ dự án này sang dự án khác.

— mFeinstein

Phương pháp này được thảo luận chi tiết hơn trong một bài báo của IEEE: ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=4314629

— Amir Samakar