如何测量反电动势来推断直流电机的速度?

电器工程 发动机 速度 反电动势
2021-12-31 17:26:42

我有兴趣测量电机的反电动势以确定电机的速度,因为它很便宜并且不需要额外的机械部件。驱动电机时如何测量反电动势?

1个回答

做到这一点的一种方法是短暂停止驱动电机,足够长的时间让驱动电压中的任何剩余电流消失,然后简单地测量电压。电流稳定所需的时间取决于绕组的电感。这很容易理解,并且可以将非驱动间隔做得很短,但这有明显的缺点。

另一种方法是巧妙地使用欧姆定律。电机可以建模为电感器、电阻器和电压源的串联电路。电感代表电机绕组的电感。电阻是那根电线的电阻。电压源代表反电动势,它与电机的速度成正比。

电机模型示意图

如果我们可以知道电机的电阻,并且我们可以测量电机中的电流,我们就可以推断出电机驱动时的反电动势必须是多少这是如何做:

只要通过电机的电流变化不大,我们就可以忽略\$L_m\$ ,因为电感两端的电压与电流的变化率成正比。电流没有变化意味着电感两端没有电压。

如果我们用 PWM 驱动电机,那么电感器的作用是保持电机中的电流相对恒定。我们所关心的实际上是\$V_{drv}\$的平均电压,它只是电源电压乘以占空比。

因此,我们有一个有效电压施加到电机上,我们将其建模为串联的电阻器和电压源。我们也知道电机中的电流,我们模型的电阻器中的电流必须相同,因为它是串联电路。我们可以使用欧姆定律来计算该电阻上的电压必须是多少,并且电阻上的电压降与我们施加的电压之间的差必须是反电动势。

例子:

电机绕组电阻\$ = R_m = 1.5\:\Omega\$
实测电机电流\$= I = 2\:\mathrm A \$
电源电压\$= V_{cc} = 24\:\mathrm V \$
duty周期\$ = d = 80\% \$

计算:

80% 占空比下的 24V 有效地将 19.2V 施加到电机:

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

绕组电阻上的电压降由欧姆定律得出,即电流和绕组电阻的乘积:

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

反电动势是有效驱动电压,绕组电阻上的电压较小:

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

将它们放在一个等式中:

$$ V_m = dV_{cc} - R_m I $$