So che molte auto elettriche sono in grado di convertire lo slancio dell'auto in energia accumulata nelle batterie, piuttosto che convertirla in calore inutile sulle pastiglie dei freni. Come funziona? Come posso implementarlo da solo?

Probabilmente l'hai già e non lo sapevi. Se stai guidando un motore con semiponte o ponte H e PWM o simili, hai una frenata rigenerativa. Consideriamo un mezzo ponte, poiché per questa analisi eseguiremo il motore in una sola direzione:

Innanzitutto, consideriamo la frenata non rigenerativa. Se l'uscita del ponte è alta (S1 chiuso, S2 aperto), il motore accelera alla massima velocità. Se il ponte è ora abbassato, il motore non si arresta delicatamente. Si fermerà di colpo , come se qualcuno ci fosse un freno. Perché?

Un motore può essere modellato come induttore in serie e sorgente di tensione. La coppia del motore è proporzionale alla corrente. La sorgente di tensione si chiama back-EMF ed è proporzionale alla velocità del motore. Questo è il motivo per cui un motore assorbe più corrente quando viene caricato (o peggio ancora, in stallo): con la velocità ridotta, il back-EMF viene ridotto e si oppone meno alla tensione di alimentazione, con conseguente corrente maggiore. Ridisegniamo il nostro schema con quel modello, con valori come se il nostro motore stesse girando ad alta velocità:

Questo motore funziona a piena velocità. Abbiamo una piccola corrente per superare l'attrito nel motore e il back-EMF è la tensione di alimentazione, meno la caduta di tensione su R1. Non scorre molta corrente perché il back-EMF annulla la maggior parte della tensione di alimentazione, quindi L1 e R1 vedono solo 100mV. Cosa succede quando spostiamo il ponte sul lato inferiore?

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

Ora abbiamo una grande corrente che scorre nella direzione opposta . La coppia è proporzionale alla corrente, quindi ora invece di applicare una leggera forza in senso orario, quanto basta per superare l'attrito, applichiamo una forza dura in senso antiorario e il carico meccanico viene rapidamente rallentato. Man mano che la velocità del motore diminuisce, anche V1, e di conseguenza anche la corrente e la coppia con essa, fino a quando il carico non gira più.

Dove è andata l'energia? L'energia cinetica del carico meccanico è energia. Non può semplicemente scomparire, vero?

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

Quindi, come posso immagazzinare l'energia, invece di convertirla in calore?

Diamo un'occhiata a cosa sta succedendo un po 'dopo che abbiamo iniziato a frenare, ma prima che ci fermassimo:

Il motore ha rallentato significativamente (back-emf è 1V) e la corrente è diminuita con esso. E se passassimo il ponte nella parte alta?

$L_1 / R_1$

Quindi non farlo . Finché restiamo in questo stato, la corrente diminuisce. Quindi, torniamo all'altro stato, con il bridge basso, in modo che il back-emf possa costruire il backup corrente. Quindi cambiamo di nuovo e ne spariamo un po 'nella batteria. Ripeti, veloce.

Se questo suona come quello che si fa normalmente per il controllo del motore PWM, è perché lo è. Questo è il motivo per cui probabilmente ce l'hai già e non lo sapevi.

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

$P = I^2 R$

Puoi anche aprire tutti i transistor sul ponte e la corrente dell'induttore si spegnerà attraverso i diodi nel ponte. Quindi né il back-EMF né la batteria avranno un percorso per pilotare una corrente e il motore ruoterà liberamente. A meno che, naturalmente, una certa forza esterna acceleri il motore abbastanza da spingere il back-EMF più in alto della tensione di alimentazione. Un veicolo che rotola giù da una collina è un buon esempio.

In tutti gli altri casi, si ottiene una frenata rigenerativa.

conseguenza pratica

È necessario considerare che cosa farete con l'energia meccanica del motore. Le batterie possono assorbire energia, ma c'è un limite a quanto e quanto velocemente varia a seconda del tipo di batteria. Alcuni alimentatori (regolatori di tensione lineari, ad esempio) non sono in grado di assorbire energia.

Se non si fornisce un posto per l'energia, una batteria o qualche altro carico nel circuito, entrerà nei condensatori di disaccoppiamento dell'alimentatore. Se si dispone di energia sufficiente restituita dal motore e capacità insufficiente, la tensione del binario dell'alimentatore aumenta fino a quando si rompe qualcosa.

Devi progettare il tuo circuito in modo che non possa accadere. In un'auto elettrica, ci sono controller di batteria complessi che applicano i freni convenzionali se le batterie non sono in grado di assorbire più energia cinetica dell'auto. È inoltre possibile accendere un resistore di potenza attraverso le guide di alimentazione o progettare il controller del motore in modo che si arresti in frenata se diventa troppo.

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domanda retorica relativa strabiliante

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