Giải thích về lực điện động trở lại: EMF định hình thiết kế bộ điều khiển động cơ như thế nào

Hãy tưởng tượng một động cơ không chổi than đang quay ở tốc độ tối đa, sau đó giai đoạn nguồn đột ngột tắt. Rôto tiếp tục quay và các cực của động cơ vẫn hiển thị điện áp. Điện áp đó chính là sức điện động ngược, thường gọi là EMF ngược. Chính động cơ hoạt động như một máy phát điện và tạo ra điện áp ngược để hạn chế dòng điện. Đối với các kỹ sư thiết kế và nhóm mua sắm, EMF trở lại không phải là chú thích lý thuyết. Nó đặt tốc độ tối đa, ảnh hưởng đến thời gian chuyển mạch và xác định mức độ mạnh mẽ của bộ điều khiển.

Lực điện động ngược là gì?

Trở lại EMF tuân theo định luật cảm ứng Faraday. Khi dòng điện chạy qua cuộn dây stato sẽ tạo ra từ trường. Khi rôto di chuyển qua cuộn dây đó, từ thông liên kết cuộn dây thay đổi và sự thay đổi này tạo ra một điện áp. Theo định luật Lenz, điện áp cảm ứng tác dụng ngược chiều với dòng điện tạo ra chuyển động. Rôto quay càng nhanh thì điện áp đối kháng này càng cao. Thuật ngữ phản điện động cũng được sử dụng, bởi vì điện áp cảm ứng thực sự phản ánh điện áp đặt vào.

Ở dạng toán học, EMF trở lại là E = Ke × ω , trong đó Ke là hằng số EMF phía sau và ω là tốc độ góc. Ke phụ thuộc vào số vòng dây, cường độ nam châm và hình dạng động cơ. Trong động cơ nam châm vĩnh cửu, Ke thường được biểu thị bằng V/krpm và đây là một trong những giá trị đầu tiên cần so sánh khi bạn ghép nối động cơ với bộ điều khiển.

Tại sao lại quan trọng EMF trong thiết kế truyền động động cơ

Trở lại EMF ảnh hưởng đến hầu hết mọi bộ phận của bộ truyền động động cơ. Nó cho bộ điều khiển biết khi nào cần chuyển đổi, động cơ có thể chạy nhanh như thế nào và liệu việc chuyển đổi không có cảm biến có khả thi hay không.

Quay lại EMF và chuyển đổi

Trong động cơ DC không chổi than, chỉ có hai trong số ba pha được cấp điện bất cứ lúc nào. Bộ điều khiển phải biết khi nào cần chuyển dòng điện sang cặp cuộn dây tiếp theo. Trong thiết kế có cảm biến, cảm biến Hall cung cấp thời gian đó. Trong thiết kế không có cảm biến, bộ điều khiển sẽ phát hiện điểm giao nhau của EMF ngược trên pha không được cấp điện. Ở tốc độ thấp, tín hiệu này nhỏ; ở tốc độ cao, nó mạnh mẽ. Đó là lý do tại sao việc chuyển mạch không có cảm biến lại dễ dàng thực hiện ở tốc độ trên vài trăm vòng/phút, trong khi việc bắt đầu từ trạng thái dừng lại đòi hỏi một chiến lược khác.

Nhiều bộ truyền động không cảm biến hiện đại khởi động vòng hở động cơ và sau đó chuyển sang phát hiện EMF ngược khi tín hiệu ổn định. Cách tiếp cận này được sử dụng trong chúng tôi Bộ điều khiển động cơ DC không chổi than hiệu suất cao , giúp chuyển đổi hiệu quả trên phạm vi tốc độ rộng.

Nhà cung cấp, nhà máy điều khiển động cơ DC không chổi than hiệu suất cao A4 - Thượng Hải A APT là nhà cung cấp bộ điều khiển động cơ DC không chổi than hiệu suất cao A4 và Nhà máy sản xuất bộ điều khiển động cơ DC không chổi than hiệu suất cao A4 ... Xem sản phẩm →

Quay lại EMF và giới hạn tốc độ

Trong mạch tương đương được đơn giản hóa, điện áp nguồn bằng điện trở cuộn dây cộng với EMF phía sau. Khi tốc độ tăng, EMF ngược tăng lên và để lại ít điện áp hơn để đẩy dòng điện qua cuộn dây. Khi không tải, động cơ chạy ở tốc độ trong đó EMF gần bằng điện áp bus và dòng điện gần như bằng 0. Ví dụ: động cơ 48 V có Ke là 10 V/krpm đạt khoảng 4.800 vòng/phút khi không tải trước khi EMF trở lại bằng điện áp bus. Để đi nhanh hơn, bạn phải tăng điện áp bus hoặc giảm Ke. Do đó, động cơ Ke cao không phải lúc nào cũng được ưa chuộng hơn, nó hạn chế hiệu suất tốc độ cao trừ khi bộ điều khiển có thể áp dụng trường suy yếu.

Quay lại EMF trong Điều khiển không cảm biến

Đối với động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu, EMF phía sau có dạng hình sin. Điều khiển không cảm biến sử dụng bộ quan sát để ước tính vị trí rôto từ vectơ EMF phía sau, loại bỏ sự cần thiết của cảm biến cơ học. Điều này cắt giảm chi phí và tăng thêm độ tin cậy, nhưng người quan sát phải được điều chỉnh cẩn thận. Trong quá trình thay đổi tải đột ngột, ước tính EMF phía sau phải theo kịp tín hiệu thực. Bộ điều khiển có các vòng dòng điện có độ trễ thấp, chẳng hạn như Bộ điều khiển động cơ DC không chổi than phản ứng nhanh , cung cấp cho người quan sát một tín hiệu rõ ràng hơn để theo dõi.

Nhà cung cấp, nhà máy điều khiển động cơ DC không chổi than phản ứng nhanh R5 - APT Thượng Hải APT là R5 Nhà cung cấp bộ điều khiển động cơ DC không chổi than phản ứng nhanh và Bán buôn Nhà máy sản xuất bộ điều khiển động cơ DC không chổi than R5 phản ứng nhanh ở C... Xem sản phẩm →

Hiểu lớp phần mềm diễn giải lại EMF cũng quan trọng như phần cứng. Một cái nhìn gần hơn về vai trò của phần mềm trong bộ điều khiển động cơ hiện đại cho thấy logic ổ đĩa đang phát triển như thế nào.

Cách đo lại EMF trong thực tế

Trở lại EMF không chỉ là một giá trị được tính toán; nó có thể được đo trực tiếp. Với máy hiện sóng, thăm dò pha động cơ đối với điểm trung tính, quay động cơ và đọc điện áp cực đại. Khi động cơ được điều khiển bởi bộ điều khiển, hãy ghi lại điện áp đầu cuối trong thời gian ngừng hoạt động củaPWM để tránh nhiễu chuyển mạch. Ghi lại điện áp ở một số tốc độ sẽ cho một đường cong tuyến tính có độ dốc Ke.

Để đo Ke, quay động cơ ở tốc độ 1.000 vòng/phút và đọc điện áp cực đại từ đường dây đến trung tính. Nếu phạm vi hiển thị 12 V thì Ke xấp xỉ 12 V/krpm đối với cấu hình cuộn dây đó. Đối với các phép đo giữa các dây, chia số đọc cho √3 để thu được giá trị trên mỗi pha.

Đối với những độc giả quan tâm đến việc ổ đĩa PMSM đang phát triển như thế nào, những tiến bộ liên tục trong công nghệ động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu cung cấp bối cảnh hữu ích cho các phương pháp điều khiển mới hơn.

Những cân nhắc thiết kế thực tế để lựa chọn bộ điều khiển

Biên điện áp và bảo vệ quá áp

Mỗi bộ điều khiển động cơ đều có định mức điện áp bus tối đa. Trong quá trình phanh tái tạo hoặc giảm tốc nhanh, EMF phía sau có thể đẩy điện áp bus lên trên đường ray cung cấp. Nếu bộ điều khiển không có lớp bảo vệ, tụ điện bus hoặc MOSFET nguồn có thể bị hỏng. Một bộ truyền động được thiết kế tốt sẽ hạn chế dòng điện tái tạo hoặc thải năng lượng dư thừa vào một điện trở. Đối với các ứng dụng có tốc độ thay đổi mạnh mẽ, bộ điều khiển động cơ hiệu suất cao với logic bảo vệ chuyên dụng xử lý các chuyển tiếp EMF an toàn hơn so với ổ đĩa thông thường.

Nhà cung cấp, nhà máy bộ điều khiển động cơ hiệu suất cao dòng T APT - T300 T400 T500 T720 T1000 T1400 T1800 Nhà máy sản xuất bộ điều khiển động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu, Bộ điều khiển động cơ hiệu suất cao dòng T... Xem sản phẩm →

Kết hợp bộ điều khiển với động cơ

Hằng số EMF phía sau Ke phải phù hợp với định mức điện áp của bộ điều khiển và phạm vi tốc độ ứng dụng. Động cơ được tối ưu hóa cho mô-men xoắn ở tốc độ thấp thường có Ke cao, tạo ra điện áp cao trên mỗi vòng/phút. Nếu động cơ đó phải đạt tốc độ cao, bộ điều khiển phải xử lý điện áp cao hơn hoặc sử dụng trường suy yếu. Động cơ Ke thấp có thể chạy nhanh hơn nhưng tiêu thụ nhiều dòng điện hơn với cùng một mô-men xoắn. Luôn so sánh điện áp định mức, Ke và giới hạn dòng điện cực đại trước khi khóa ghép nối.

Nhiệt độ còn làm phức tạp thêm việc tính toán. Nam châm mạnh sẽ mất một phần trăm từ thông nhỏ khi chúng nóng lên, làm giảm Ke và giảm EMF. Khi đó, động cơ sẽ chạy nhanh hơn ở cùng điện áp nhưng với mô-men xoắn trên mỗi ampe ít hơn. Bộ điều khiển bao gồm các giới hạn nhiệt có thể bù nhưng hoạt động ở tốc độ cao của hệ thống sẽ vẫn thay đổi.

Kết luận: Trở lại EMF là đầu vào thiết kế

Trở lại EMF không phải là một sự xáo trộn để lấy trung bình; đó là tín hiệu vật lý báo cáo tốc độ rôto, thời gian chuyển mạch và biên độ điện áp yêu cầu. Khi bạn đánh giá bộ điều khiển động cơ, hãy hỏi cách nó lấy lại EMF ở tốc độ thấp, tốc độ cao và trong quá trình tái tạo. Việc ghép nối động cơ và bộ điều khiển chính xác sẽ quyết định hiệu quả, độ tin cậy và tuổi thọ.

Như một nhà cung cấp ổ đĩa động cơ , Shanghai APT Power Technology xây dựng bộ điều khiển DC và PMSM không chổi than xung quanh những thực tế này. Nếu bạn đang chỉ định một hệ thống truyền động mới, hãy xem lại các động cơ và bộ điều khiển trong phạm vi sản phẩm của chúng tôi và xem xét cách Ke, điện áp bus và EMF ngược sẽ tương tác trong phạm vi hoạt động thực của bạn.