Как я могу измерить обратную ЭДС, чтобы определить скорость двигателя постоянного тока?

Я заинтересован в измерении противо-ЭДС двигателя для определения скорости двигателя, потому что это дешево и не требует дополнительных механических частей. Как я могу измерить противо-ЭДС, когда я веду мотор?

motor speed back-emf

— Фил Фрост
источник

+1. Просто чтобы получить больше информации: acroname.com/robotics/info/articles/back-emf/back-emf.html

— Ник Алексеев

Один из способов сделать это - ненадолго прекратить работу двигателя, достаточно долго, чтобы остаточный ток от напряжения возбуждения уменьшился, а затем просто измерить напряжение. Время установления тока будет зависеть от индуктивности обмоток. Это легко понять, и неделимый интервал может быть достаточно коротким, но это имеет очевидные недостатки.

Другой метод предполагает умное использование закона Ома. Двигатель может быть смоделирован как последовательная цепь индуктора, резистора и источника напряжения. Индуктор представляет индуктивность обмоток двигателя. Резистор - это сопротивление этого провода. Источник напряжения представляет собой противо-ЭДС, и он прямо пропорционален скорости двигателя.

схема модели двигателя

Если мы можем знать сопротивление двигателя, и мы можем измерить ток в двигателе, мы можем сделать вывод, каким должно быть противо-ЭДС, пока двигатель приводится в движение. ! Вот как:

$L_m$ до тех пор, пока ток через двигатель не сильно меняется, потому что напряжение на индуктивности пропорционально скорости изменения тока. Отсутствие изменения тока означает отсутствие напряжения на индуктивности.

$V_{drv}$ , которое является просто напряжением питания, умноженным на рабочий цикл.

Итак, у нас есть эффективное напряжение, которое мы прикладываем к двигателю, которое мы последовательно моделируем как резистор и источник напряжения. Мы также знаем ток в двигателе, и ток в резисторе нашей модели должен быть одинаковым, потому что это последовательная цепь. Мы можем использовать закон Ома, чтобы рассчитать, какое должно быть напряжение на этом резисторе, а разница между падением напряжения на резисторе и нашим приложенным напряжением должна быть обратной ЭДС.

Пример:

$= R_m = 1.5\:\Omega$
$= I = 2\:\mathrm A$
$= V_{cc} = 24\:\mathrm V$
$= d = 80\%$

Расчет:

24 В при рабочем цикле 80% эффективно подает на двигатель 19,2 В:

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

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

Падение напряжения на сопротивлении обмотки находится по закону Ома, как произведение тока на сопротивление обмотки:

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

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

Противо-ЭДС - это эффективное управляющее напряжение, меньшее напряжение на сопротивлении обмотки:

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

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

Собираем все это в одно уравнение:

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

$V_m = dV_{cc} - R_m I$

— Фил Фрост
источник

Следует отметить, что, за исключением случаев, когда индуктор имеет параллельное сопротивление или другую утечку, среднее напряжение на индуктивности в течение любого заданного интервала времени должно быть пропорционально разнице в токе между началом и концом этого интервала. Если индуктор имеет одинаковое количество тока, протекающего через него в начале и в конце некоторого временного интервала, среднее напряжение на индуктивности должно быть равно нулю. Это правило применяется как к дискретным индукторам, так и к моделям индуктивности 1, которые последовательно соединены с идеальным двигателем.

— суперкат

Кроме того, обратите внимание, что, если один двигатель ШИМ работает на приличной частоте, эффективность будет наилучшей, если ток в его индуктивности не будет утихает между циклами. Вместо того, чтобы размыкать двигатель, закорачивайте его до тех пор, пока ток не упадет до нуля (возможно, скорость ШИМ будет достаточно быстрой, чтобы этого не происходило). Если короткое замыкание двигателя происходит достаточно долго, ток падает до нуля, а затем наоборот. Обратный ток убьет эффективность, поэтому разомкните цепь в этой точке (или закоротите через транзистор, который допускает только одно направление тока). Обратите внимание, что ...

— суперкат

... если ток торможения превышает величину, которую может выдать источник питания без провисания, ШИМ-двигатель может фактически увеличить доступный пусковой или медленный крутящий момент. Также обратите внимание, что если двигатель вращается быстрее, чем скорость, запрошенная ШИМ, часть избыточной энергии будет сбрасываться обратно в источник питания (это полезно для эффективности, если ее можно безопасно использовать).

— суперкат

Я не специалист, но я не думаю, что вы можете просто предположить, что ваш ток не изменится, и вы можете просто так легко игнорировать свою индуктивность. Внешние нагрузки будут создавать крутящий момент, и этот крутящий момент будет вызывать изменение тока. Кроме того, ШИМ само по себе будет изменять ток в двигателе ... да, индуктивность будет сохранять его "средним", но это не будет плоской линией, а также она будет средней, создавая напряжения. Насколько это повлияет на ваш проект? Ну, я не могу сказать, что это полностью зависит от самого двигателя и нагрузки, так что это будет сильно отличаться от проекта к проекту.

— mFeinstein

Этот метод более подробно обсуждается в документе IEEE: ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=4314629

— Амир Самакар,