แรงเคลื่อนไฟฟ้าย้อนกลับอธิบาย: EMF กลับรูปร่างการออกแบบตัวควบคุมมอเตอร์อย่างไร

ลองนึกภาพมอเตอร์ไร้แปรงถ่านหมุนด้วยความเร็วสูงสุด จากนั้นระดับกำลังก็ดับลง โรเตอร์ยังคงหมุน และขั้วของมอเตอร์ยังคงแสดงแรงดันไฟฟ้า แรงดันไฟฟ้านั้นเป็นแรงเคลื่อนไฟฟ้าย้อนกลับ ซึ่งมักเรียกว่า EMF กลับ เป็นมอเตอร์ที่ทำหน้าที่เป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและสร้างแรงดันไฟฟ้าตรงข้ามที่จำกัดการไหลของกระแส สำหรับวิศวกรออกแบบและทีมจัดซื้อ Back EMF ไม่ใช่เชิงอรรถทางทฤษฎี โดยจะตั้งค่าความเร็วสูงสุด ส่งผลต่อระยะเวลาในการเปลี่ยน และกำหนดความแข็งแกร่งของคอนโทรลเลอร์

แรงเคลื่อนไฟฟ้ากลับคืออะไร?

ย้อนกลับ EMF เป็นไปตามกฎการเหนี่ยวนำของฟาราเดย์ เมื่อกระแสไหลผ่านขดลวดสเตเตอร์ มันจะสร้างสนามแม่เหล็ก ขณะที่โรเตอร์เคลื่อนที่ผ่านขดลวดนั้น ฟลักซ์แม่เหล็กที่เชื่อมโยงกับขดลวดจะเปลี่ยนไป และการเปลี่ยนแปลงนี้จะทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้า ตามกฎของเลนซ์ แรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำจะกระทำในทิศทางที่ตรงข้ามกับกระแสที่ทำให้เกิดการเคลื่อนไหว ยิ่งโรเตอร์หมุนเร็วเท่าไร แรงดันไฟฟ้าของฝ่ายตรงข้ามก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น คำว่า แรงต้านแรงเคลื่อนไฟฟ้า ยังใช้อยู่ เนื่องจากแรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำจะตอบโต้แรงดันไฟฟ้าที่ใช้อย่างแท้จริง

ในรูปแบบทางคณิตศาสตร์ ค่า EMF ด้านหลังคือ E = Ke × ω โดยที่ Ke คือค่าคงที่ EMF ด้านหลัง และ ω คือความเร็วเชิงมุม Ke ขึ้นอยู่กับการหมุนของขดลวด ความแรงของแม่เหล็ก และรูปทรงของมอเตอร์ ในมอเตอร์แม่เหล็กถาวร Ke มักจะระบุเป็น V/krpm และเป็นหนึ่งในค่าแรกๆ ที่จะเปรียบเทียบเมื่อคุณจับคู่มอเตอร์กับคอนโทรลเลอร์

เหตุใด Back EMF จึงมีความสำคัญในการออกแบบมอเตอร์ไดรฟ์

EMF ด้านหลังส่งผลกระทบต่อเกือบทุกส่วนของมอเตอร์ไดรฟ์ โดยจะบอกคอนโทรลเลอร์ว่าควรเปลี่ยนเมื่อใด มอเตอร์สามารถทำงานได้เร็วแค่ไหน และการเปลี่ยนสับเปลี่ยนแบบไร้เซ็นเซอร์เป็นไปได้หรือไม่

EMF กลับและการเปลี่ยนแปลง

ในมอเตอร์กระแสตรงแบบไร้แปรงถ่าน จะมีเพียงสองในสามเฟสเท่านั้นที่ถูกจ่ายไฟในทันที ตัวควบคุมจะต้องรู้ว่าเมื่อใดจึงควรเปลี่ยนกระแสไปยังคู่ที่คดเคี้ยวถัดไป ในการออกแบบเซ็นเซอร์ เซ็นเซอร์ฮอลล์จะกำหนดเวลาดังกล่าว ในการออกแบบแบบไร้เซ็นเซอร์ ตัวควบคุมจะตรวจจับการข้ามศูนย์ของ EMF ด้านหลังในเฟสที่ไม่ได้รับพลังงาน ที่ความเร็วต่ำ สัญญาณนี้มีขนาดเล็ก ที่ความเร็วสูงก็แข็งแกร่ง นั่นคือเหตุผลว่าทำไมการสับเปลี่ยนแบบไร้เซ็นเซอร์จึงเป็นเรื่องง่ายที่สูงกว่าสองสามร้อย RPM ในขณะที่การสตาร์ทจากการหยุดนิ่งต้องใช้กลยุทธ์ที่แตกต่าง

ไดรฟ์ไร้เซนเซอร์สมัยใหม่หลายตัวสตาร์ทมอเตอร์แบบวงรอบแล้วสลับไปที่การตรวจจับ EMF ด้านหลังเมื่อสัญญาณมีเสถียรภาพ แนวทางนี้ใช้ในของเรา ตัวควบคุมมอเตอร์กระแสตรงไร้แปรงถ่านประสิทธิภาพสูง ซึ่งช่วยให้การสลับมีประสิทธิภาพในช่วงความเร็วที่กว้าง

A4 ซัพพลายเออร์ตัวควบคุมมอเตอร์กระแสตรงไร้แปรงถ่านประสิทธิภาพสูง, โรงงาน - เซี่ยงไฮ้ A APT คือซัพพลายเออร์ตัวควบคุมมอเตอร์กระแสตรงไร้แปรงถ่านประสิทธิภาพสูง A4 และโรงงานขายส่งตัวควบคุมมอเตอร์กระแสตรงไร้แปรงถ่าน A4 ประสิทธิภาพสูง ... ดูผลิตภัณฑ์ →

EMF กลับและการจำกัดความเร็ว

ในวงจรสมมูลแบบง่าย แรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายจะเท่ากับค่าความต้านทานของขดลวดบวกกับ EMF ด้านหลัง เมื่อความเร็วเพิ่มขึ้น EMF ด้านหลังจะเพิ่มขึ้นและปล่อยให้แรงดันไฟฟ้าน้อยลงเพื่อดันกระแสผ่านขดลวด เมื่อไม่มีโหลด มอเตอร์จะทำงานด้วยความเร็วโดยที่ Back EMF เกือบเท่ากับแรงดันบัสและกระแสเกือบเป็นศูนย์ ตัวอย่างเช่น มอเตอร์ 48 V ที่มี Ke 10 V/krpm จะไปถึงประมาณ 4,800 rpm โดยไม่มีโหลดก่อน EMF ย้อนกลับจะเท่ากับแรงดันบัส หากต้องการไปเร็วขึ้นคุณต้องเพิ่มแรงดันบัสหรือลด Ke มอเตอร์ สูง-Ke จึงไม่เป็นที่นิยมเสมอไป เนื่องจากจะจำกัดประสิทธิภาพที่ความเร็วสูง เว้นแต่ตัวควบคุมจะสามารถทำให้สนามอ่อนลงได้

EMF ย้อนกลับในการควบคุมแบบไร้เซนเซอร์

สำหรับมอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวร EMF ด้านหลังจะเป็นแบบไซน์ซอยด์ การควบคุมแบบไร้เซ็นเซอร์ใช้ผู้สังเกตการณ์เพื่อประมาณตำแหน่งโรเตอร์จากเวกเตอร์ EMF ด้านหลัง ทำให้ไม่จำเป็นต้องใช้เซ็นเซอร์เชิงกลอีกต่อไป ซึ่งจะช่วยลดต้นทุนและเพิ่มความน่าเชื่อถือ แต่ผู้สังเกตการณ์จะต้องได้รับการปรับจูนอย่างระมัดระวัง ในระหว่างการเปลี่ยนแปลงโหลดกะทันหัน ค่าประมาณ EMF ด้านหลังจะต้องตามสัญญาณจริง คอนโทรลเลอร์ที่มีลูปกระแสเวลาแฝงต่ำ เช่น ตัวควบคุมมอเตอร์กระแสตรงไร้แปรงถ่านที่ตอบสนองรวดเร็ว จะทำให้ผู้สังเกตการณ์มีสัญญาณที่ชัดเจนยิ่งขึ้นในการติดตาม

R5 ตอบสนองอย่างรวดเร็วซัพพลายเออร์ตัวควบคุมมอเตอร์กระแสตรงไร้แปรงถ่าน, โรงงาน - Shanghai APT APT คือ R5 การตอบสนองที่รวดเร็วซัพพลายเออร์ตัวควบคุมมอเตอร์กระแสตรงไร้แปรงถ่านและขายส่ง R5 การตอบสนองอย่างรวดเร็วโรงงานตัวควบคุมมอเตอร์กระแสตรงไร้แปรงถ่านใน C... ดูผลิตภัณฑ์ →

การทำความเข้าใจเลเยอร์ซอฟต์แวร์ที่ตีความ EMF กลับมีความสำคัญพอๆ กับฮาร์ดแวร์ มองอย่างใกล้ชิดที่ บทบาทของซอฟต์แวร์ในตัวควบคุมมอเตอร์สมัยใหม่ แสดงให้เห็นว่าตรรกะของไดรฟ์มีการพัฒนาอย่างไร

วิธีวัด Back EMF ในทางปฏิบัติ

EMF ย้อนกลับไม่ได้เป็นเพียงค่าที่คำนวณได้เท่านั้น สามารถวัดได้โดยตรง เมื่อใช้ออสซิลโลสโคป ให้ตรวจสอบเฟสของมอเตอร์โดยสัมพันธ์กับจุดที่เป็นกลาง หมุนมอเตอร์ และอ่านค่าแรงดันพีค เมื่อมอเตอร์ขับเคลื่อนด้วยตัวควบคุม ให้จับแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วต่อระหว่างช่วงปิดทำงานของ PWM เพื่อหลีกเลี่ยงการเปลี่ยนสัญญาณรบกวน การบันทึกแรงดันไฟฟ้าด้วยความเร็วหลายระดับจะได้เส้นโค้งเชิงเส้นที่มีความชันเป็น Ke

หากต้องการวัด Ke ให้หมุนมอเตอร์ที่ 1,000 รอบต่อนาที และอ่านแรงดันไฟฟ้าเส้นพีคถึงเป็นกลาง หากขอบเขตแสดง 12 V Ke จะอยู่ที่ประมาณ 12 V/krpm สำหรับการกำหนดค่าการพันนั้น สำหรับการวัดแบบเส้นต่อเส้น ให้แบ่งการอ่านด้วย √3 เพื่อให้ได้ค่าต่อเฟส

สำหรับผู้อ่านที่สนใจว่าไดรฟ์ PMSM มีการพัฒนาอย่างไร ความก้าวหน้าอย่างต่อเนื่องในเทคโนโลยีมอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวร ให้บริบทที่เป็นประโยชน์สำหรับวิธีการควบคุมที่ใหม่กว่า

ข้อควรพิจารณาในการออกแบบเชิงปฏิบัติสำหรับการเลือกคอนโทรลเลอร์

ขอบแรงดันไฟฟ้าและการป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกิน

ตัวควบคุมมอเตอร์ทุกตัวมีพิกัดแรงดันบัสสูงสุด ในระหว่างการเบรกแบบจ่ายพลังงานใหม่หรือการชะลอตัวอย่างรวดเร็ว EMF ด้านหลังสามารถดันแรงดันบัสเหนือรางจ่ายได้ หากตัวควบคุมไม่มีการป้องกัน ตัวเก็บประจุบัสหรือ MOSFET กำลังอาจเสียหายได้ ไดรฟ์ที่ได้รับการออกแบบมาอย่างดีจะจำกัดกระแสไฟฟ้าที่สร้างใหม่หรือทิ้งพลังงานส่วนเกินลงในตัวต้านทาน สำหรับการใช้งานที่มีการเปลี่ยนแปลงความเร็วอย่างมาก ก ตัวควบคุมมอเตอร์ประสิทธิภาพสูง ด้วยตรรกะการป้องกันเฉพาะจะจัดการกับชั่วคราว EMF ด้านหลังได้อย่างปลอดภัยมากกว่าไดรฟ์ทั่วไป

ซัพพลายเออร์ตัวควบคุมมอเตอร์ประสิทธิภาพสูงซีรีย์ T, โรงงาน APT - T300 T400 T500 T720 T1000 T1400 T1800 โรงงานตัวควบคุมมอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวร, T Series ตัวควบคุมมอเตอร์ประสิทธิภาพสูง ดูผลิตภัณฑ์ →

การจับคู่คอนโทรลเลอร์กับมอเตอร์

Ke ค่าคงที่ EMF ด้านหลังต้องตรงกับพิกัดแรงดันไฟฟ้าของตัวควบคุมและช่วงความเร็วในการใช้งาน มอเตอร์ที่ปรับให้เหมาะกับแรงบิดความเร็วต่ำมักจะมี Ke สูง ซึ่งผลิตแรงดันไฟฟ้าสูงต่อ RPM หากมอเตอร์ตัวเดียวกันนั้นต้องใช้ความเร็วสูง ตัวควบคุมจะต้องจัดการกับแรงดันไฟฟ้าที่สูงกว่า หรือใช้การลดสนามไฟฟ้า มอเตอร์แบบ Low-Ke สามารถทำงานได้เร็วขึ้น แต่ดึงกระแสไฟฟ้าได้มากกว่าเพื่อให้ได้แรงบิดเท่าเดิม เปรียบเทียบแรงดันไฟฟ้าที่กำหนด Ke และขีดจำกัดกระแสไฟสูงสุดก่อนทำการล็อคการจับคู่เสมอ

อุณหภูมิทำให้การคำนวณซับซ้อนยิ่งขึ้น แม่เหล็กแรงสูงจะสูญเสียฟลักซ์เล็กน้อยในขณะที่มันร้อนขึ้น ซึ่งจะลด Ke และลด EMF ด้านหลัง จากนั้นมอเตอร์จะทำงานเร็วขึ้นที่แรงดันไฟฟ้าเท่ากัน แต่มีแรงบิดต่อแอมป์น้อยกว่า ตัวควบคุมที่มีขีดจำกัดความร้อนสามารถชดเชยได้ แต่พฤติกรรมความเร็วสูงของระบบจะยังคงเปลี่ยนไป

สรุป: EMF ด้านหลังเป็นอินพุตการออกแบบ

EMF ด้านหลังไม่ใช่การรบกวนค่าเฉลี่ย เป็นสัญญาณทางกายภาพที่รายงานความเร็วของโรเตอร์ จังหวะการสลับ และส่วนต่างแรงดันไฟฟ้าที่ต้องการ เมื่อคุณประเมินตัวควบคุมมอเตอร์ ให้ถามว่าตัวควบคุมจะสุ่มตัวอย่าง EMF กลับด้วยความเร็วต่ำ ความเร็วสูง และในระหว่างการสร้างใหม่ได้อย่างไร การจับคู่มอเตอร์และตัวควบคุมที่ถูกต้องจะกำหนดประสิทธิภาพ ความน่าเชื่อถือ และอายุการใช้งาน

ในฐานะที่เป็น ผู้จำหน่ายมอเตอร์ไดรฟ์ Shanghai APT Power Technology สร้างตัวควบคุม DC และ PMSM แบบไร้แปรงถ่านตามความเป็นจริงเหล่านี้ หากคุณกำลังระบุระบบขับเคลื่อนใหม่ ให้ตรวจสอบมอเตอร์และตัวควบคุมในกลุ่มผลิตภัณฑ์ของเรา และพิจารณาว่า Ke แรงดันบัส และ EMF ด้านหลังจะโต้ตอบอย่างไรในขอบเขตการทำงานจริงของคุณ