Ich weiß, dass viele Elektroautos den Impuls des Autos in gespeicherte Energie in Batterien umwandeln können, anstatt sie an den Bremsbelägen in nutzlose Wärme umzuwandeln. Wie funktioniert das? Wie kann ich es selbst implementieren?

Wahrscheinlich hast du es schon und wusstest es einfach nicht. Wenn Sie einen Motor mit Halbbrücke oder H-Brücke und PWM oder ähnlichem antreiben, haben Sie eine Nutzbremsung. Betrachten wir eine Halbbrücke, da wir für diese Analyse den Motor nur in eine Richtung laufen lassen:

Betrachten wir zunächst das nicht-regenerative Bremsen. Wenn der Brückenausgang hoch ist (S1 geschlossen, S2 offen), beschleunigt der Motor auf volle Drehzahl. Wenn die Brücke jetzt niedrig geschaltet ist, rollt der Motor nicht nur sanft aus. Es wird Slam zum Stillstand, als ob jemand aber eine Bremse drauf. Warum?

Ein Motor kann als Serieninduktivität und Spannungsquelle modelliert werden. Das Motormoment ist proportional zum Strom. Die Spannungsquelle heißt Gegen-EMK und ist proportional zur Motordrehzahl. Aus diesem Grund verbraucht ein Motor mehr Strom, wenn er belastet wird (oder im schlimmsten Fall blockiert): Wenn die Drehzahl verringert wird, verringert sich die Gegen-EMK, und er wirkt der Versorgungsspannung weniger entgegen, was zu einem höheren Strom führt. Zeichnen wir unseren Schaltplan mit diesem Modell neu, mit Werten, als ob sich unser Motor mit hoher Geschwindigkeit dreht:

Dieser Motor läuft mit voller Geschwindigkeit. Wir haben einen kleinen Strom, um die Reibung im Motor zu überwinden, und die Gegen-EMK ist die Versorgungsspannung abzüglich des Spannungsabfalls über R1. Es fließt nicht viel Strom, da die Gegen-EMK den größten Teil der Versorgungsspannung abschaltet, sodass L1 und R1 nur 100 mV sehen. Was passiert nun, wenn wir die Brücke auf die niedrige Seite schalten?

$L_1 / R_1$$ms$$V_{B1}-V_1$$100mV$

Wir haben jetzt einen großen Strom, der in die entgegengesetzte Richtung fließt . Das Drehmoment ist proportional zum Strom. Statt eine leichte Kraft im Uhrzeigersinn anzuwenden, die gerade ausreicht, um die Reibung zu überwinden, wenden wir eine harte Kraft gegen den Uhrzeigersinn an und die mechanische Last wird schnell abgebremst. Mit abnehmender Motordrehzahl sinkt auch V1 und damit auch der Strom und das Drehmoment, bis sich die Last nicht mehr dreht.

Wo ist die Energie geblieben? Die kinetische Energie der mechanischen Last ist Energie. Es kann nicht einfach verschwinden, oder?

$P_{R1} = (9.9A)^2 1\Omega = 98.01W$

Wie speichere ich die Energie, anstatt sie in Wärme umzuwandeln?

Schauen wir uns an, was ein bisschen passiert, nachdem wir angefangen haben zu bremsen, aber bevor wir aufgehört haben:

Der Motor hat sich erheblich verlangsamt (Gegen-EMK beträgt 1 V), und der Strom ist damit gesunken. Was ist nun, wenn wir die Brücke auf die hohe Seite schalten?

$L_1 / R_1$

Also mach das nicht . Solange wir in diesem Zustand bleiben, nimmt der Strom ab. Also wechseln wir zurück in den anderen Zustand, wobei die Brücke niedrig ist, damit die Gegen-EMK die aktuelle Sicherung aufbauen kann. Dann schalten wir wieder um und schießen etwas davon in die Batterie. Wiederholen, schnell.

Wenn dies so klingt, wie man es normalerweise für die PWM-Motorsteuerung macht, dann liegt es daran, dass es so ist. Das ist der Grund, warum Sie es wahrscheinlich bereits haben und es einfach nicht wussten.

$80\% \cdot 10V = 8V$

$P = I^2 R$

Sie können auch alle Transistoren auf der Brücke öffnen , und der Induktivitätsstrom geht durch die Dioden in der Brücke verloren. Dann haben weder die Gegen-EMK noch die Batterie einen Pfad, um einen Strom anzutreiben, und der Motor läuft frei. Es sei denn natürlich, eine äußere Kraft beschleunigt den Motor genug, um die Gegen-EMK höher als die Versorgungsspannung zu drücken. Ein Fahrzeug, das bergab rollt, ist ein gutes Beispiel.

In allen anderen Fällen wird regenerativ gebremst.

praktische Konsequenz

Sie müssen überlegen, was Sie mit der mechanischen Energie des Motors tun werden. Batterien können Energie absorbieren, aber es gibt eine Grenze dafür, wie viel und wie schnell der Batterietyp variiert. Einige Netzteile (z. B. lineare Spannungsregler) können überhaupt keine Energie aufnehmen.

Wenn Sie keinen Platz für die Energie zur Verfügung stellen, entweder eine Batterie oder eine andere Last im Stromkreis, wird sie in die Entkopplungskondensatoren der Stromversorgung eingespeist. Wenn Sie genug Energie vom Motor zurückerhalten und nicht genügend Kapazität haben, erhöht sich die Spannung der Stromversorgungsschiene, bis etwas kaputt geht.

Sie müssen Ihre Schaltung so gestalten, dass dies nicht passieren kann. In einem Elektroauto gibt es komplexe Batteriesteuerungen, die die herkömmlichen Bremsen betätigen, wenn die Batterien nicht mehr die kinetische Energie des Autos aufnehmen können. Sie können auch einen Leistungswiderstand zwischen den Versorgungsschienen einschalten oder Ihren Motorcontroller so konfigurieren, dass die Bremsung zurückgesetzt wird, wenn er zu stark wird.

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überwältigende rhetorische Frage

Was passiert, wenn wir einen Motor ohne Wicklungswiderstand haben und ihn ohne zusätzlichen Widerstand betreiben können (ideale Transistoren und Drähte)? Es ist offensichtlich effizienter. Aber wie ändert sich die Drehzahl des Motors mit der angelegten Spannung und der mechanischen Belastung? Tipp: Wenn Sie versuchen, die Drehzahl des Motors durch Erhöhen oder Verringern der mechanischen Belastung zu ändern, wie wirkt sich die Gegen-EMK auf den Strom aus?