मैं डीसी मोटर के पुनर्योजी ब्रेकिंग को कैसे लागू कर सकता हूं?

Question

मुझे पता है कि कई इलेक्ट्रिक कार बैटरी के संग्रहित ऊर्जा को बैटरी में परिवर्तित करने में सक्षम हैं, बजाय ब्रेक पैड में इसे बेकार गर्मी में परिवर्तित करने के। यह कैसे काम करता है? मैं इसे स्वयं कैसे लागू कर सकता हूं?

Answer 1

संभवतः आपके पास पहले से ही यह है, और अभी यह नहीं पता था। यदि आप एक आधे-पुल या एच-पुल और पीडब्लूएम या इसी तरह की मोटर चला रहे हैं, तो आपके पास पुनर्योजी ब्रेक है। आइए एक आधे-पुल पर विचार करें, क्योंकि इस विश्लेषण के लिए हम मोटर को केवल एक दिशा में चलाएंगे:

पहले, चलो गैर-पुनर्योजी ब्रेकिंग पर विचार करें। यदि पुल का उत्पादन अधिक है (S1 बंद, S2 खुला), तो मोटर पूर्ण गति को गति देगा। यदि पुल अब कम हो गया है, तो मोटर केवल एक पड़ाव तक धीरे-धीरे नहीं जाएगी। यह रोक के लिए स्लैम होगा , जैसे कि कोई लेकिन उस पर एक ब्रेक। क्यों?

एक मोटर को एक श्रृंखला प्रारंभ करनेवाला और वोल्टेज स्रोत के रूप में तैयार किया जा सकता है। मोटर टोक़ वर्तमान के लिए आनुपातिक है। वोल्टेज स्रोत को बैक-ईएमएफ कहा जाता है , और यह मोटर की गति के लिए आनुपातिक है। यही कारण है कि एक मोटर लोड होने पर (या सबसे खराब, रुकी हुई) अधिक धारा खींचती है: गति कम होने के साथ, पीछे-ईएमएफ कम हो जाता है, और यह कम आपूर्ति वोल्टेज का विरोध करता है, जिसके परिणामस्वरूप उच्च प्रवाह होता है। आइए उस मॉडल के साथ हमारी योजना को फिर से तैयार करें, मानों के साथ जैसे कि हमारी मोटर उच्च गति पर घूम रही है:

यह मोटर पूरी रफ्तार से चल रही है। मोटर में घर्षण को दूर करने के लिए हमारे पास एक छोटा सा करंट है, और बैक-ईएमएफ आपूर्ति वोल्टेज है, आर 1 पर वोल्टेज कम है। बहुत अधिक प्रवाह नहीं है क्योंकि पीछे-ईएमएफ अधिकांश आपूर्ति वोल्टेज को रद्द कर देता है, इसलिए एल 1 और आर 1 केवल 100 एमवी देखते हैं। अब क्या होता है जब हम पुल को निम्न तरफ स्विच करते हैं?

पहले तो कुछ नहीं। L1 करंट में तत्काल बदलाव को रोकता है। हालाँकि, यह लंबे समय तक नहीं रहता है, और बहुत जल्द ( के समय के अनुसार परिभाषित होता है , आम तौर पर एक जोड़े से अधिक नहीं ) बैक-ईएमएफ (V1) ने वर्तमान को उलट दिया है, और अब यह दूसरे में जा रहा है दिशा। यह भी बहुत बड़ा है, क्योंकि अब L1 और R1 में (यह ) का छोटा अंतर नहीं दिखता है , लेकिन अब वे V1 से पूर्ण 9.9V देखते हैं:$L_1 / R_1$$ms$$V_{B1}-V_1$$100mV$

अब हमारे पास विपरीत दिशा में एक बड़ा प्रवाह है । टोक़ वर्तमान के लिए आनुपातिक है, इसलिए अब एक कोमल दक्षिणावर्त बल लगाने के बजाय, घर्षण को दूर करने के लिए पर्याप्त है, हम एक कठिन वामावर्त बल लागू कर रहे हैं, और यांत्रिक भार तेजी से कम हो रहा है। चूंकि मोटर की गति कम हो जाती है, इसलिए V1, और फलस्वरूप वर्तमान और इसके साथ टोक़ करता है, जब तक कि लोड अब कताई नहीं होता है।

ऊर्जा कहां गई? यांत्रिक भार की गतिज ऊर्जा ऊर्जा है। यह अभी गायब नहीं हो सकता है, है ना?

सही। यदि आप सर्किट को फिर से देखते हैं, तो हमारे पास आर 1 से बहने वाला 9.9A है। । लोड की गतिज ऊर्जा को मोटर के घुमावदार प्रतिरोध (और एक व्यावहारिक सर्किट में, एच-ब्रिज ट्रांजिस्टर) में गर्मी में परिवर्तित किया गया था। इस उच्च शक्ति द्वारा कुछ मोटरों को नष्ट कर दिया जाएगा। दूसरों को नहीं हो सकता। बैक-ईएमएफ द्वारा उत्पन्न करंट मोटर के स्टाल करंट की तरह मजबूत होता है, इसलिए यदि आपकी मोटर बिना ओवरहीटिंग के रुकी हुई चल सकती है, तो यह पूरे दिन की तरह ब्रेक ले सकती है।$P_{R1} = (9.9A)^2 1\Omega = 98.01W$

तो मैं इसे गर्मी में परिवर्तित करने के बजाय, ऊर्जा को कैसे स्टोर करूं?

आइए देखें कि ब्रेक लगाना शुरू करने के बाद क्या हो रहा है, लेकिन इससे पहले कि हम रुके:

मोटर काफी धीमा हो गया है (बैक-ईएमएफ 1 वी है), और इसके साथ वर्तमान कम हो गया है। अब क्या होगा अगर हम पुल को उच्च पक्ष में बदल दें?

आह हा! हम बैटरी चार्ज कर रहे हैं! बेशक, अगर हम इस तरह लंबे समय तक रहते हैं (फिर से, समय निरंतर द्वारा परिभाषित ) तो वर्तमान दिशा उलट जाएगी, और हम अपनी बैटरी को अनचाहे, और अपनी मोटर को तेज करेंगे, इसे ब्रेक लगाना नहीं।$L_1 / R_1$

तो ऐसा मत करो । जब तक हम इस अवस्था में रहेंगे, करंट कम होता जा रहा है। इसलिए, हम पुल को कम करने के साथ दूसरे राज्य में वापस जाते हैं, इसलिए बैक-ईएमएफ वर्तमान बैक अप का निर्माण कर सकता है। फिर हम फिर से स्विच करते हैं, और इसमें से कुछ को बैटरी में शूट करते हैं। दोहराओ, उपवास करो।

यदि यह लगता है कि पीडब्लूएम मोटर नियंत्रण के लिए कोई क्या करता है, तो यह है क्योंकि यह है। यही कारण है कि शायद आपके पास पहले से ही यह है, और बस यह नहीं जानता था।

एक बार जब आप ऑपरेशन के सिद्धांत को समझ जाते हैं, तो आप कुछ सरलीकरण कर सकते हैं। जब मोटर को PWM द्वारा चलाया जा रहा होता है, तो मोटर (L1) का प्रेरण एक चक्का की तरह काम करता है, जिस वोल्टेज को आप मोटर पर लागू करते हैं। यह ऐसा है मानो आपके पास असली चक्का है, और इसे बार-बार हथौड़े से मारकर अलग कर दें। तो इस उदाहरण में हमारे आपूर्ति वोल्टेज 10V है। यदि हमारा PWM ड्यूटी साइकिल 80% है, तो हम प्रभावी रूप से 8V ( ) के साथ मोटर चला रहे हैं ।$80\% \cdot 10V = 8V$

जब भी बैक-ईएमएफ इस वोल्टेज से अधिक होता है, तो आपको पुनर्योजी ब्रेकिंग मिलती है। यह तब होगा जब पीडब्लूएम कर्तव्य चक्र बाहरी बलों (घर्षण, उदाहरण के लिए) की तुलना में तेजी से घटता है, मोटर को धीमा कर देगा। सर्किट में कोई भी प्रतिरोध उस ऊर्जा को कम कर देता है जिसे आप मैकेनिकल लोड से पुनर्प्राप्त कर सकते हैं। सबसे चरम मामले में जहां पीडब्लूएम ड्यूटी साइकिल 0% तक कम हो जाती है और मोटर टर्मिनलों को एक साथ छोटा कर दिया जाता है, वर्तमान इतना अधिक है कि नुकसान 100% तक पहुंच जाता है। ( )$P = I^2 R$

आप पुल पर सभी ट्रांजिस्टर भी खोल सकते हैं , और प्रारंभ करनेवाला पुल में डायोड के माध्यम से बाहर मर जाएगा। तब न तो बैक-ईएमएफ और न ही बैटरी में करंट चलाने के लिए रास्ता होगा, और मोटर फ्रीव्हील होगा। जब तक निश्चित रूप से, कुछ बाहरी बल आपूर्ति वोल्टेज की तुलना में बैक-ईएमएफ को पुश करने के लिए पर्याप्त रूप से मोटर को तेज करता है। पहाड़ी से लुढ़कने वाला वाहन एक अच्छा उदाहरण है।

अन्य सभी मामलों में, आपको पुनर्योजी ब्रेकिंग मिलती है।

व्यावहारिक परिणाम

आपको विचार करना चाहिए कि आप मोटर से यांत्रिक ऊर्जा के साथ क्या करेंगे। बैटरी ऊर्जा को अवशोषित कर सकती है, लेकिन बैटरी की प्रकार पर कितनी, और कितनी तेजी से होती है, इसकी एक सीमा होती है। कुछ बिजली की आपूर्ति (उदाहरण के लिए रैखिक वोल्टेज नियामक) ऊर्जा को अवशोषित नहीं कर सकते हैं।

यदि आप जाने के लिए ऊर्जा, या तो बैटरी, या सर्किट में कुछ अन्य भार के लिए कोई स्थान प्रदान नहीं करते हैं, तो यह पावर सप्लाई डिकॉप्लिंग कैपेसिटर में जाएगा। यदि आपके पास मोटर से पर्याप्त ऊर्जा वापस आ गई है और पर्याप्त समाई नहीं है, तो बिजली की आपूर्ति रेल वोल्टेज कुछ टूटने तक बढ़ जाएगी।

आपको अपना सर्किट डिज़ाइन करना होगा ताकि ऐसा न हो सके। एक इलेक्ट्रिक कार में, जटिल बैटरी नियंत्रक होते हैं जो पारंपरिक ब्रेक को लागू करेंगे यदि बैटरी कार की गतिज ऊर्जा के किसी भी अधिक को अवशोषित नहीं कर सकती है। यदि आप बहुत अधिक हो जाते हैं, तो आप आपूर्ति की पटरियों के पार एक बिजली अवरोधक पर स्विच कर सकते हैं, या ब्रेकिंग पर अपने मोटर नियंत्रक को डिजाइन कर सकते हैं।

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मन संबंधी लफ्फाजी उड़ाने वाला प्रश्न

यदि हमारे पास एक मोटर है जिसमें कोई घुमावदार प्रतिरोध नहीं है, और हमारे पास बिना किसी अतिरिक्त प्रतिरोध (आदर्श ट्रांजिस्टर और तारों) को जोड़ने के बिना इसे चलाने का एक तरीका है? यह अधिक कुशल है, जाहिर है। लेकिन लागू वोल्टेज और यांत्रिक भार के साथ मोटर की गति कैसे भिन्न होती है? संकेत: यदि आप यांत्रिक भार को बढ़ाकर या घटाकर मोटर की गति को बदलने की कोशिश करते हैं, तो वर्तमान में बैक-ईएमएफ क्या करता है?

Comments

सुपर-कैपेसिटर आमतौर पर अधिकांश बैटरी की तुलना में कई बार उच्च स्तर पर ऊर्जा इनपुट को स्वीकार करने में सक्षम होते हैं। उनके पास आमतौर पर कम से कम ऊर्जा के दावेदार होते हैं और इसलिए केवल thgis संदर्भ में "बफर" के रूप में उपयोगी होते हैं। NREL USA पुराने NiFe या "एडिसन बैटरी" के नए रूपों को विकसित कर रहा है। उन्होंने 1 मिनट चार्ज टाइम जैसे कुछ का प्रबंधन किया है। लगभग किसी भी अन्य आधुनिक बैटरी रसायन विज्ञान की तुलना में ऊर्जा घनत्व कम है, लेकिन बफर सेल के रूप में इनका aplace हो सकता है।

— रसेल मैकमोहन

ऊर्जा सिंक को ऊर्जा को स्टोर करने की आवश्यकता नहीं है, या तो। आधुनिक डीजल इलेक्ट्रिक इंजनों में पुनर्जीवित ऊर्जा को नष्ट करने में मदद करने के लिए इंजन की छत पर बहुत बड़े पंख वाले बिजली प्रतिरोधक हैं। हालांकि इसमें कोई ईंधन की बचत नहीं है क्योंकि यह सिर्फ गर्मी के लिए डंप है, वे धीमी गति से गतिज ऊर्जा में से कुछ को नष्ट करने के लिए कर्षण मोटर्स का उपयोग करके घर्षण ब्रेक पर पहनने को कम करते हैं।

— हाइकऑनपास

@ जॉन कोहेन

— फिल फ्रॉस्ट

@ एन श्रीनिवासन यह काम करता है क्योंकि यह एक बढ़ावा कनवर्टर है । 10V बैटरी के माध्यम से करंट को पुश करने के लिए 1V स्रोत प्राप्त करने के लिए आवश्यक अतिरिक्त 9 वोल्ट प्रारंभ करनेवाला से आता है।

— फिल फ्रॉस्ट

बहुत अच्छा राइटअप, फिल! आपकी पोस्ट ने मुझे एक छोटा वीडियो बनाने के लिए प्रेरित किया जो इन सिद्धांतों को प्रदर्शित करता है: youtu.be/QW3PmRp7EK8

— ConvexMartian