나는 많은 전기 자동차가 자동차의 운동량을 브레이크 패드에서 쓸모없는 열로 변환하는 대신 배터리에 저장된 에너지로 변환 할 수 있다는 것을 알고 있습니다. 어떻게 작동합니까? 직접 구현하려면 어떻게해야합니까?

아마도 당신은 이미 그것을 가지고 있었고, 그것을 알지 못했습니다. 하프 브리지 또는 H 브리지 및 PWM 또는 이와 유사한 모터를 사용하는 경우 회생 제동이 있습니다. 이 분석을 위해 모터를 한 방향으로 만 구동하기 때문에 하프 브리지를 고려해 보겠습니다.

먼저 비 회생 제동을 고려해 봅시다. 브리지 출력이 높으면 (S1 닫힘, S2 열림) 모터가 최고 속도로 가속됩니다. 브리지가 이제 낮게 전환되면 모터가 부드럽게 정지하지 않습니다. 그것은 것 슬램 것처럼, 정지 사람 만의 브레이크. 왜?

모터는 직렬 인덕터 및 전압 소스로 모델링 할 수 있습니다. 모터 토크는 전류에 비례합니다. 전압 소스를 back-EMF 라고 하며 모터 속도에 비례합니다. 그렇기 때문에 모터가로드 (혹은 최악의 정지) 될 때 더 많은 전류를 소비하는 이유가 있습니다. 모터가 고속으로 회전하는 것처럼 값을 사용하여 해당 모델로 회로도를 다시 작성해 보겠습니다.

이 모터는 최고 속도로 작동합니다. 우리는 모터의 마찰을 극복하기 위해 작은 전류를 가지고 있으며 back-EMF는 공급 전압이며 R1에 비해 전압 강하가 적습니다. back-EMF가 대부분의 공급 전압을 상쇄하므로 L1 및 R1은 100mV 만 보이므로 전류가 많이 흐르지 않습니다. 이제 다리를 낮은쪽으로 바꾸면 어떻게됩니까?

처음에는 아무것도 없습니다. L1은 전류의 즉각적인 변화를 방지합니다. 그러나 이것은 오래 지속되지 않으며 매우 일반적으로 의 시간 상수 , 일반적으로 몇 이하로 정의 됨 ) back-emf (V1)가 전류를 반전 시켰습니다. 방향. L1과 R1은 ( ) 의 작은 차이를 보지 못했지만 이제는 V1에서만 전체 9.9V를 볼 수 있습니다.$L_1 / R_1$$ms$$V_{B1}-V_1$$100mV$

이제 반대 방향으로 흐르는 큰 전류가 있습니다. 토크는 전류에 비례하므로 마찰을 극복하기에 충분한 시계 방향의 힘을 가하는 대신 시계 반대 방향의 힘을 가하면 기계적 하중이 빠르게 감속됩니다. 모터의 속도가 감소함에 따라 V1도 감소하고 결과적으로 부하가 더 이상 회전하지 않을 때까지 전류와 토크가 감소합니다.

에너지는 어디로 갔습니까? 기계적 하중의 운동 에너지는 에너지입니다. 그냥 사라질 수 없어요?

권리. 회로를 다시 살펴보면 R1을 통해 9.9A가 흐릅니다. . 부하의 운동 에너지는 모터의 권선 저항 (및 실제 회로, H- 브리지 트랜지스터)에서 열로 변환되었습니다. 이 모터에 의해 일부 모터가 파손될 수 있습니다. 다른 사람은 그렇지 않을 수 있습니다. back-EMF에 의해 생성 된 전류는 모터의 스톨 전류만큼 강하므로 모터가 과열되지 않고 정지 될 수 있으면 하루 종일 제동 할 수 있습니다.$P_{R1} = (9.9A)^2 1\Omega = 98.01W$

그렇다면 에너지를 열로 변환하는 대신 에너지를 어떻게 저장합니까?

제동을 시작한 후 멈추기 전에 약간의 상황을 살펴 보겠습니다.

모터의 속도가 크게 느려지고 (back-emf는 1V) 전류가 감소합니다. 이제 다리를 높은쪽으로 바꾸면 어떻게 될까요?

아하! 배터리를 충전 중입니다! 물론, 만약 우리가 매우 긴 시간을 유지 시간 상수 의해 정의 ), 전류 방향이 역전되고 배터리를 충전하지 않고 제동하지 않고 모터를 가속시킬 것입니다.$L_1 / R_1$

그러지 마십시오 . 이 상태를 유지하는 한 전류는 감소합니다. 따라서 브리지가 낮은 상태에서 다른 상태로 다시 전환하므로 back-emf가 전류 백업을 구축 할 수 있습니다. 그런 다음 다시 전환하여 배터리 중 일부를 촬영합니다. 빨리 반복하십시오.

이것이 PWM 모터 제어를 위해 일반적으로하는 것처럼 들린다면, 그 이유 때문입니다. 이것이 아마도 당신이 이미 가지고 있고 그것을 모르는 이유입니다.

작동 원리를 이해하면 단순화 할 수 있습니다. 모터가 PWM에 의해 구동 될 때 모터의 인덕턴스 (L1)는 플라이휠처럼 작동하여 모터에 적용되는 전압을 평균화합니다. 마치 마치 실제 플라이휠을 가지고있는 것처럼 망치로 반복해서 쳐서 회전시킵니다. 따라서이 예에서 공급 전압은 10V입니다. PWM 듀티 사이클이 80 % 인 경우 8V ( )로 모터를 효과적으로 구동합니다 .$80\% \cdot 10V = 8V$

역기전력이이 전압보다 클 때마다 회생 제동이 발생합니다. 이는 PWM 듀티 사이클이 외부 힘 (예 : 마찰)이 모터를 느리게하는 것보다 빠르게 감소 할 때마다 발생합니다. 회로의 저항은 기계적 부하에서 회복 할 수있는 에너지를 줄입니다. PWM 듀티 사이클이 0 %로 감소하고 모터 단자가 단락되는 가장 극단적 인 경우 전류가 너무 높아 손실이 100 %에 도달합니다. ( )$P = I^2 R$

브리지의 모든 트랜지스터를 열 수도 있으며 브리지의 다이오드를 통해 인덕터 전류가 죽습니다. 그런 다음 역기전력 또는 배터리에 전류를 공급하는 경로가 없으며 모터는 프리휠됩니다. 물론, 일부 외력은 모터를 가속시켜 역기전력을 공급 전압보다 높게 밀어 넣습니다. 언덕을 굴러 내려 오는 차량이 좋은 예입니다.

다른 모든 경우에는 회생 제동이 발생합니다.

실제적인 결과

당신은 있어야 당신이 모터의 기계적 에너지로 무엇을 할 것인지 고려한다. 배터리는 에너지를 흡수 할 수 있지만 배터리 유형에 따라 달라지는 양과 속도에 제한이 있습니다. 일부 전원 공급 장치 (예 : 선형 전압 조정기)는 에너지를 전혀 흡수 할 수 없습니다.

에너지가 공급되는 장소, 배터리 또는 회로의 다른 부하를 제공하지 않으면 전원 공급 장치 디커플링 커패시터로 이동합니다. 모터에서 충분한 에너지가 반환되고 커패시턴스가 충분하지 않으면 전원 공급 장치 레일 전압이 끊어 질 때까지 증가합니다.

발생하지 않도록 회로를 설계해야합니다. 전기 자동차에는 배터리가 더 이상 자동차의 운동 에너지를 흡수 할 수없는 경우 기존 브레이크를 적용하는 복잡한 배터리 컨트롤러가 있습니다. 또한 공급 레일을 가로 질러 전원 저항을 켜거나 제동이 너무 커질 경우 모터 컨트롤러가 제동을 끄도록 설계 할 수 있습니다.

관련 질문

• back-EMF가 공급 전압을 초과 할 수 없을 때 모터가 공급 전압을 발생시키는 것에 대해 왜 걱정해야합니까?

• DC 모터의 속도를 추론하기 위해 역기전력을 어떻게 측정 할 수 있습니까?

• 크게 관련이없는 질문에 대한 supercat의 답변

마음 불고 관련된 수사 문제

권선 저항이없는 모터가 있고 추가 저항 (이상적 인 트랜지스터 및 전선)을 추가하지 않고 모터를 구동하는 방법이 있다면 어떻게됩니까? 분명히 더 효율적입니다. 그러나 모터 속도는인가 전압과 기계적 부하에 따라 어떻게 달라 집니까? 힌트 : 기계적 부하를 증가 또는 감소시켜 모터 속도를 변경하려고하면 역기전력이 전류에 어떤 영향을 미칩니 까?