Bagaimana saya bisa mengukur kembali-EMF untuk menyimpulkan kecepatan motor DC?

Saya tertarik mengukur back-EMF motor untuk menentukan kecepatan motor karena murah dan tidak memerlukan komponen mekanis tambahan. Bagaimana saya bisa mengukur kembali-EMF ketika saya mengendarai motor?

motor speed back-emf

— Phil Frost
sumber

+1. Hanya untuk menimbun informasi lebih lanjut: acroname.com/robotics/info/articles/back-emf/back-emf.html

— Nick Alexeev

Salah satu cara untuk melakukan ini adalah menghentikan sebentar mengemudi motor, cukup lama untuk membiarkan sisa arus dari tegangan mengemudi mati, dan kemudian hanya mengukur tegangan. Waktu yang dibutuhkan arus untuk menyelesaikan akan tergantung pada induktansi belitan. Ini mudah dipahami, dan interval yang tidak dapat dirubah dapat dibuat cukup singkat, tetapi ini jelas memiliki kelemahan.

Metode lain melibatkan penggunaan cerdas hukum Ohm. Motor dapat dimodelkan sebagai rangkaian seri induktor, resistor, dan sumber tegangan. Induktor mewakili induktansi dari belitan motor. Resistor adalah resistansi dari kawat itu. Sumber tegangan mewakili EMF-belakang, dan berbanding lurus dengan kecepatan motor.

skema model motor

Jika kita dapat mengetahui hambatan motor, dan kita dapat mengukur arus di motor, kita dapat menyimpulkan seperti apa back-EMF saat motor sedang digerakkan ! Begini caranya:

Kita dapat mengabaikan selama arus yang melalui motor tidak banyak berubah, karena tegangan melintasi induktor sebanding dengan laju perubahan arus. Tidak ada perubahan arus berarti tidak ada tegangan di induktor. $L_m$

Jika kita mengendarai motor dengan PWM, maka induktor berfungsi untuk menjaga arus di motor relatif konstan. Yang kami pedulikan adalah tegangan rata-rata , yang merupakan tegangan suplai dikalikan dengan siklus kerja. $V_{drv}$

Jadi, kami memiliki tegangan efektif yang kami terapkan ke motor, yang kami modelkan sebagai resistor dan sumber tegangan secara seri. Kita juga tahu arus di motor, dan arus di resistor model kita harus sama karena rangkaian rangkaian. Kita dapat menggunakan hukum Ohm untuk menghitung berapa tegangan yang melintasi resistor ini, dan perbedaan antara penurunan voltase pada resistor dan tegangan yang diterapkan harus menjadi back-EMF.

Contoh:

hambatan berliku motor Arus motor yang diukur Tegangan pasokan siklus kerja $= R_m = 1.5\:\Omega$
$= I = 2\:\mathrm A$
$= V_{cc} = 24\:\mathrm V$
$= d = 80\%$

Perhitungan:

24V pada siklus kerja 80% secara efektif menerapkan 19.2V ke motor:

\bar{V_{d r v}} = d V_{c c} = 80 % \cdot 24 V = 19.2 V

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

Penurunan voltase pada resistan lilitan ditemukan oleh hukum Ohm, produk dari resistansi saat ini dan lilitan:

V_{R_{m}} = I R_{m} = 2 A \cdot 1.5 Ω = 3 V

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

Back-EMF adalah tegangan pengendaraan yang efektif, lebih sedikit tegangan pada hambatan berliku:

V_{m} = \bar{V_{d r v}} - V_{R_{m}} = 19.2 V - 3 V = 16.2 V

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

Menyatukan semuanya menjadi satu persamaan:

V_{m} = d V_{c c} - R_{m} I

$V_m = dV_{cc} - R_m I$

— Phil Frost
sumber

Poin yang perlu diperhatikan adalah bahwa, kecuali sejauh induktor memiliki hambatan paralel atau kebocoran lainnya, tegangan rata-rata melintasi induktor selama interval waktu tertentu harus sebanding dengan perbedaan arus antara awal dan akhir interval itu. Jika induktor memiliki jumlah arus yang sama yang mengalir melewatinya pada awal dan akhir beberapa interval waktu, tegangan rata-rata di induktor harus nol. Aturan itu berlaku baik untuk induktor diskrit, dan juga induktor satu model sebagai seri dengan motor ideal.

— supercat

Juga, perhatikan bahwa jika ada PWM motor pada frekuensi yang layak, efisiensi akan lebih baik jika arus dalam induktansi tidak mati antara siklus. Alih-alih membuka-hubungkan motor, hubung-pendekkan motor itu kecuali atau sampai arus turun menjadi nol (semoga laju PWM akan cukup cepat sehingga tidak akan terjadi). Jika satu sirkuit pendek motor cukup lama, arus akan jatuh ke nol dan kemudian berbalik. Arus balik akan mematikan efisiensi, jadi buka sirkuit pada titik itu (atau pisahkan transistor yang hanya memungkinkan satu arah arus). Perhatikan bahwa ...

— supercat

... jika arus gerobak melebihi jumlah yang dapat dikeluarkan oleh suplai seseorang tanpa mengendur, PWM motor dapat benar-benar meningkatkan torsi awal atau torsi kecepatan lambat yang tersedia. Perhatikan juga bahwa jika motor berputar lebih cepat dari kecepatan "yang diminta" oleh PWM, sebagian kelebihan energi akan dibuang kembali ke pasokan (baik untuk efisiensi, jika seseorang dapat dengan aman memanfaatkannya).

— supercat

Saya bukan spesialis, tetapi saya tidak berpikir Anda bisa menganggap arus Anda tidak akan berubah, dan Anda bisa mengabaikan induktansi Anda semudah itu. Beban eksternal akan menghasilkan torsi dan torsi ini akan menghasilkan perubahan arus. Juga PWM itsef akan membuat perubahan arus di motor ... ya induktansi akan tetap "rata-rata" tetapi ini tidak akan menjadi garis datar, juga membuatnya rata-rata dengan menciptakan tegangan. Seberapa besar dampaknya terhadap proyek Anda? Yah, saya tidak bisa mengatakan, itu benar-benar tergantung pada motor itu sendiri dan beban, jadi ini akan bervariasi secara drastis dari proyek ke proyek.

— mFeinstein

Metode ini dibahas secara lebih terperinci dalam makalah IEEE: ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=4314629

— Amir Samakar