Tôi biết rằng nhiều chiếc xe điện có thể chuyển đổi động lượng của xe thành năng lượng dự trữ trong pin, thay vì chuyển đổi nó thành nhiệt vô dụng ở má phanh. Cái này hoạt động ra sao? Làm thế nào tôi có thể tự thực hiện nó?

Có lẽ bạn đã có nó, và chỉ không biết nó. Nếu bạn đang lái một động cơ có nửa cầu hoặc cầu H và PWM hoặc tương tự, bạn có phanh hãm tái sinh. Hãy xem xét một nửa cầu, vì để phân tích này, chúng tôi sẽ chạy động cơ chỉ theo một hướng:

Đầu tiên, chúng ta hãy xem xét phanh không tái tạo. Nếu đầu ra cầu cao (S1 đóng, S2 mở), động cơ sẽ tăng tốc đến tốc độ tối đa. Nếu cây cầu bây giờ đã chuyển sang mức thấp, động cơ sẽ không dừng lại nhẹ nhàng. Nó sẽ slam để dừng lại, như thể một người nào đó nhưng một phanh trên đó. Tại sao?

Một động cơ có thể được mô hình hóa như một loạt cuộn cảm và nguồn điện áp. Các mô-men xoắn động cơ tỷ lệ thuận với hiện tại. Nguồn điện áp được gọi là back-EMF và tỷ lệ thuận với tốc độ của động cơ. Đây là lý do tại sao một động cơ hút nhiều dòng điện hơn khi nó được tải (hoặc tệ nhất, bị đình trệ): với tốc độ giảm, EMF trở lại bị giảm và nó chống lại điện áp cung cấp ít hơn, dẫn đến dòng điện cao hơn. Hãy vẽ lại sơ đồ của chúng tôi với mô hình đó, với các giá trị như thể động cơ của chúng tôi đang quay với tốc độ cao:

Động cơ này đang chạy ở tốc độ tối đa. Chúng tôi có một dòng điện nhỏ để vượt qua ma sát trong động cơ, và EMF phía sau là điện áp cung cấp, giảm điện áp trên R1. Dòng chảy không nhiều vì EMF phía sau hủy bỏ hầu hết điện áp cung cấp, vì vậy L1 và R1 chỉ thấy 100mV. Bây giờ điều gì xảy ra khi chúng ta chuyển cầu sang phía thấp?

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

Bây giờ chúng ta có một dòng điện lớn chạy theo hướng ngược lại . Mô-men xoắn tỷ lệ thuận với dòng điện, vì vậy bây giờ thay vì tác dụng lực theo chiều kim đồng hồ nhẹ nhàng, vừa đủ để vượt qua ma sát, chúng ta đang tác dụng một lực cứng ngược chiều kim đồng hồ và tải trọng cơ học giảm tốc nhanh chóng. Khi tốc độ của động cơ giảm, thì V1 cũng vậy, và do đó, dòng điện và mô-men xoắn với nó cũng vậy, cho đến khi tải không còn quay.

Năng lượng đã đi đâu? Động năng của tải cơ học là năng lượng. Nó không thể biến mất, phải không?

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

Vậy làm thế nào để tôi lưu trữ năng lượng, thay vì chuyển đổi nó thành nhiệt?

Hãy xem những gì đang xảy ra một chút sau khi chúng tôi bắt đầu phanh, nhưng trước khi chúng tôi dừng lại:

Động cơ đã chậm đáng kể (back-emf là 1V), và dòng điện đã giảm với nó. Bây giờ nếu chúng ta chuyển cầu lên phía cao thì sao?

$L_1 / R_1$

Vì vậy, đừng làm điều đó . Miễn là chúng ta vẫn ở trong trạng thái này, hiện tại đang giảm. Vì vậy, chúng tôi chuyển trở lại trạng thái khác, với cầu thấp, vì vậy back-emf có thể xây dựng sao lưu hiện tại. Sau đó, chúng tôi chuyển đổi một lần nữa, và bắn một số vào pin. Lặp lại, nhanh chóng.

Nếu điều này nghe giống như những gì người ta thường làm đối với điều khiển động cơ PWM, thì đó là vì nó là. Đây là lý do tại sao có lẽ bạn đã có nó, và chỉ không biết nó.

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

$P = I^2 R$

Bạn cũng có thể mở tất cả các bóng bán dẫn trên cầu, và dòng điện dẫn sẽ chết qua các điốt trong cầu. Sau đó, cả EMF phía sau và pin cũng không có đường dẫn đến dòng điện và động cơ sẽ tự do. Tất nhiên, trừ khi một số lực bên ngoài tăng tốc động cơ đủ để đẩy EMF trở lại cao hơn điện áp cung cấp. Một chiếc xe lăn xuống một ngọn đồi là một ví dụ tốt.

Trong tất cả các trường hợp khác, bạn có được hãm tái sinh.

hậu quả thực tế

Bạn phải xem xét những gì bạn sẽ làm với năng lượng cơ học từ động cơ. Pin có thể hấp thụ năng lượng, nhưng có giới hạn về mức độ và tốc độ thay đổi tùy theo loại pin. Một số nguồn cung cấp năng lượng (ví dụ, bộ điều chỉnh điện áp tuyến tính) không thể hấp thụ năng lượng.

Nếu bạn không cung cấp một nơi để năng lượng hoạt động, pin, hoặc một số tải khác trong mạch, nó sẽ đi vào các tụ điện tách rời nguồn cung cấp năng lượng. Nếu bạn có đủ năng lượng được trả lại từ động cơ và không đủ điện dung, điện áp đường ray cung cấp điện sẽ tăng cho đến khi một cái gì đó bị phá vỡ.

Bạn phải thiết kế mạch của bạn để nó không thể xảy ra. Trong một chiếc xe điện, có những bộ điều khiển pin phức tạp sẽ áp dụng hệ thống phanh thông thường nếu pin không thể hấp thụ thêm bất kỳ động năng nào của xe. Bạn cũng có thể bật một điện trở nguồn trên đường ray cung cấp hoặc thiết kế bộ điều khiển động cơ của bạn để lùi lại khi phanh nếu nó quá nhiều.

Câu hỏi liên quan

• Tại sao tôi phải lo lắng về một động cơ khiến điện áp cung cấp của tôi tăng lên khi EMF phía sau không thể vượt quá điện áp cung cấp?

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

• câu trả lời của supercat cho một câu hỏi không liên quan

tâm trí câu hỏi tu từ liên quan

Điều gì xảy ra nếu chúng ta có một động cơ không có điện trở cuộn dây, và chúng ta có cách để lái nó mà không cần thêm bất kỳ điện trở nào (bóng bán dẫn và dây dẫn lý tưởng)? Nó hiệu quả hơn, rõ ràng. Nhưng làm thế nào để tốc độ của động cơ thay đổi với điện áp và tải cơ học? Gợi ý: nếu bạn cố gắng thay đổi tốc độ của động cơ bằng cách tăng hoặc giảm tải cơ học, back-emf sẽ làm gì với dòng điện?