当反电动势不能超过电源电压时,我为什么要担心电机会导致电源电压飙升?

电器工程 发动机 促进 反电动势
2022-01-10 19:27:28

我听人说,在电机控制电路中,必须采取预防措施,以防止电机反馈到电源中,导致电源电压升高,从而导致损坏。但这怎么可能呢?除非某些外力正在加速电机,否则反电动势永远不会高于电源电压。那么它怎么能驱动电源电压更高呢?

3个回答

由 H 桥驱动的电机也是升压转换器。这是一个H桥:

示意图1

用电感、电阻和电压源(反电动势)替换电机:

示意图2

假设我们正向一个方向驱动电机,S3 始终打开,S4 始终关闭:

示意图3

旋转 V1、S1 和 D1(相同电路):

示意图4

左右翻转整个东西(仍然是相同的电路):

示意图5

我们不需要主动整改,所以我们可以删除S1。D2 也毫无用处。我们也可以删除 R1,因为它只是一个小电阻,不会改变电路的功能,只会降低其效率:

示意图6

看起来很近,对吧?当然,真正的升压转换器会在输出端有一个电容器来产生直流电,而负载不是电池,而是一个电阻器,而且 V1 可能不是电机的反电动势,而是电池。此步骤不是演示反电动势如何反馈到您的电源所必需的,但仅在您不认识升压转换器时提供:

示意图 7

QED。

还可以看出,当电机加速时,H 桥是降压转换器。因此,在能量守恒定律的框架内更容易考虑电池与电机动能之间的相互作用。忽略绕组电阻、开关晶体管、摩擦等方面的非理想损耗,H 桥和电机构成了高效的能量转换器。为了增加电机的动能,电池必须提供能量。为了降低电机的动能,电池必须吸收能量。

如果电池、摩擦或其他负载不能将动能转化为热能或化学能,它就会转移到其他地方。最有可能的是,进入您的电源去耦电容器,导致电源轨电压上升,因为电容器中存储的能量是:

\$ E = \frac{1}{2}CV^2 \$

或等效地,

\$ V = \sqrt{\dfrac{2E}{C}} \$

其中 \$E\$ 是以焦耳或瓦秒为单位的能量,\$C\$ 是以法拉为单位的电容,\$V\$ 是以伏特为单位的电动势。为了储存更多的能量,电压必须上升。这看起来与动能公式完全一样,这并不是一个错误:

\$ E = \frac{1}{2}mv^2 \$

其中 \$E\$ 是以焦耳为单位的能量,\$m\$ 是以千克为单位的质量,\$v\$ 是以米每秒为单位的速度,或者对于旋转动能,\$m\$ 是惯性矩在 \$kg \cdot m^2\$ 和 \$v\$ 是角速度,以弧度每秒。

这里的重点是,即使您不想要它,您也可以获得再生制动。请参阅如何实现直流电机的再生制动?

  1. 菲尔说了什么

2. 这不是你要找的 EMF。 一个问题是将电压与反电动势等同起来。这不是反电动势——这是存储在系统中的能量,“要求给一个新家。我说要求”,因为能量将被转移到其他地方,并且将以系统希望它发生的速度传递。在接受转移方面稍微落后一点,它会越来越坚持。按要求。

旋转电机包含机械能,随着绕组中磁通量的变化,机械能会转化为电能。当你用力刹车时,所有的能量都储存在磁场中,磁场想要分享它的恩惠。
场将坍塌,能量将被传递到其他地方。
所以 ...

电机的一侧通常接地(直接或通过二极管),在这种情况下,另一侧连接到电源。当磁场传递其能量时,如果电源能够以恒定电压(例如理想的电池或电容器)接受能量,那么磁场将不会介意。它将站立并交付。

然而,如果电源不能以场希望提供的速率接受能量,那么场将变得更加坚持——它会提高电压。如果这不起作用,它将继续提高电压,直到能量以它“希望”的速度流出。
如果必须,它将达到无穷大。
在现实世界中,总会有一些电容(有意或无意),这通常会通过将能量存储在电容器中来阻止电压上升。非常小的电容器 = 非常高的电压。


添加:

这本质上是对 Luc 答案的评论,但它本身很有用。

如上所述,电机能量必须“流向某个地方。
如果电机终止于负载,则负载将吸收能量。
缓冲器就是这样的负载,但 Phil 所指的电源是另一种。
如果电源是”刚性”,电源电压不会明显上升。
刚性可能来自于让其他设备从电源运行,这些设备可以吸收能量和/或足够的电容,以适度的电压上升来吸收能量。

如果电源不够“坚固”,则其电压将随着电机能量转移到其中而升高。在极端情况下,由于过压条件,电压升高可能足以破坏电源。

我相信您指的是当流入感性负载(如电机、白炽灯、螺线管等)的电流突然中断时发生的电压尖峰。由于电感器的电流-电压关系,由 $$V_L(t) = L\frac{di_L(t)}{dt}$$ 给出,当电流几乎瞬间切换时,电压尖峰到非常高的水平,这可能会损坏连接到感性负载的组件(在这种情况下是电机)。通常通过使用所谓的缓冲二极管来避免组件的损坏,以便为线圈产生的电流提供临时路径。