Saya mengembangkan motor brushless di Impulsor. Baru-baru ini, kita sering dihubungi untuk mengembangkan motor / generator yang akan bertindak sebagai rem. Pada artikel ini saya akan berbicara tentang fitur-fitur aplikasi motor ini, apa kelebihan dan kekurangannya, dan bagaimana menerapkan mode operasi seperti itu.
Manfaat dan Penggunaan
Menggunakan motor sebagai rem memberikan sejumlah keuntungan dan parameter yang tidak dapat dicapai dengan menggunakan jenis rem lain yang saat ini tersedia. Namun, pendekatan ini juga memiliki kelemahan.
Keuntungan:
- Pengaturan hidup / mati dan pengereman yang cepat.
- Berbagai revolusi kerja. Dimungkinkan untuk membuat rem over-revving (hingga 100.000 rpm), dan sebaliknya sangat lambat.
- Pengaturan beban halus, tidak ada penguncian poros acak.
- Kurangnya debu dan bahan limbah dari rem. Dapat digunakan di dalam ruangan atau di ruang terbatas.
- Dapat digunakan sebagai generator.
Kekurangan:
- Keterbatasan suhu pengoperasian hingga 150, 200 derajat. Dimungkinkan untuk menaikkan suhu sedikit, tetapi pada saat yang sama harga produk meningkat sangat banyak.
- Rem biasa dari disk dan pembalut dalam dimensi yang sama akan lebih efektif.
- Batas torsi yang kuat pada putaran rendah dan ketidakmampuan untuk sepenuhnya memblokir poros. Keterbatasan ini dapat diatasi dengan menggunakan pengontrol daya eksternal.
- Kehadiran konstan torsi pengereman kecil.
Karena kecepatan, ketepatan dan kebersihannya, rem seperti itu sangat diperlukan di laboratorium dan perangkat dalam ruangan. Analog yang erat dari rem-motor adalah rem serbuk. Ini sama cepatnya, tidak menghasilkan debu, tetapi tidak bisa bekerja pada kecepatan tinggi dan kebanyakan model yang ada benar-benar terbatas pada 1500-3000rpm. Rem cakram konvensional tidak dapat memberikan akurasi dan stabilitas yang sama.
Mode operasi
Ada 3 mode pengereman yang tersedia untuk rem elektromagnetik, mereka berbeda di mana energi dari pengereman pergi:
- Mode pelepasan sirkuit dan panas langsung di motor.
- Menghasilkan panas pada beban eksternal, resistansi, atau transistor bipolar.
- Pemulihan dan pengisian baterai.
Selanjutnya, saya akan berbicara lebih banyak tentang mode ini untuk motor sinkron dengan magnet permanen BLDC, ini juga berlaku untuk DC biasa.
1. Mode Sirkuit
Ini adalah mode yang paling mudah. Di dalamnya, kontak motor cukup dekat, dan daya pengereman dialokasikan untuk ketahanan gulungan motor. Motor pada awalnya dirancang dengan kemiringan untuk pendinginan, dan selain itu, mereka memiliki massa yang cukup besar dan kapasitas panas. Ini memungkinkan Anda untuk cukup intensif menggunakan mode ini tanpa modifikasi pada motor / generator.
Untuk menerapkan mode ini, jembatan dioda dan mekanik (tombol, sakelar atau relai) atau kunci elektronik (MOSFET, IGBT) sudah cukup. Untuk menyesuaikan kekuatan pengereman, PWM digunakan, yang mengatur siklus tugas bukaan kunci. Diagram koneksi adalah sebagai berikut:
Mode ini memiliki fitur yang menarik. Dengan meningkatnya kecepatan, torsi pengereman maksimum akan turun. Ini disebabkan oleh fakta bahwa belitan motor memiliki induktansi yang signifikan, dan dengan meningkatnya kecepatan, frekuensi arus juga meningkat. Akibatnya, reaktansi belitan akan melebihi aktif dan kehilangan daya akan di bawah maksimum yang dimungkinkan untuk motor ini. Ketergantungan karakteristik torsi pengereman maksimum pada putaran ditunjukkan pada grafik di bawah ini:
Terlepas dari kenyataan bahwa motor siap pakai dapat segera digunakan dalam mode ini, mode ini tidak akan memungkinkan untuk mengungkapkan potensi penuh dari produk. Namun, kinerja rem dalam mode ini dapat meningkat secara signifikan, ini awalnya dirancang sebagai rem.
Mode ini memiliki kelemahan penting lainnya. Karena penutupan dan pembukaan gulungan yang cepat dan tiba-tiba, interferensi elektromagnetik yang kuat akan terjadi. Selain itu, jembatan dioda harus dirancang untuk arus berdenyut besar.
2. Dengan beban eksternal
Dalam mode ini, sumber utama panas dari pengereman adalah hambatan eksternal. Mode ini jauh lebih efektif, karena daya pengereman tidak lagi dibatasi oleh heat sink dari motor panas, dan radiator resistensi dapat dibuat besar secara sewenang-wenang. Selain itu, jika nilai resistansi disesuaikan dengan benar, torsi pengereman maksimum akan lebih tinggi daripada hanya ketika menutup dan semakin tinggi kecepatan, semakin signifikan ini akan memanifestasikan dirinya.
Untuk menerapkan mode ini, jembatan dioda juga diperlukan, tetapi setelah itu baik reostat mekanik atau transistor bipolar dengan sirkuit kontrol arus atau resistan diaktifkan (sirkuit beban elektronik). Diagram koneksi adalah sebagai berikut:
Dengan sejumlah kecil resistansi eksternal relatif terhadap resistansi motor, sifat torsi pengereman akan mendekati mode pertama. Dengan meningkatnya tahanan, titik torsi puncak akan bergeser ke putaran tinggi, dan daya pengereman maksimum akan meningkat. Dinamika torsi pengereman dengan peningkatan tahanan beban ditunjukkan pada grafik di bawah ini:
Mode ini memungkinkan Anda untuk mencapai kisaran putaran operasi yang diinginkan di area di mana torsi pengereman meningkat dengan peningkatan putaran. Mode operasi ini sangat berhasil, karena memungkinkan Anda untuk menstabilkan kecepatan atau membatasi mereka. Sistem umpan balik yang stabil terbentuk.
3. Pemulihan
Mode ini adalah yang paling sulit diterapkan. Dibutuhkan pengontrol (ESC) yang serupa dengan yang digunakan untuk mengendalikan motor tanpa sikat BLDC. Tetapi pada saat yang sama, mode ini adalah yang paling efektif. Ia mampu menghilangkan sebagian besar kelemahan dari rem jenis ini. Jadi, misalnya, controller akan memungkinkan Anda untuk sepenuhnya memblokir poros motor, itu akan memungkinkan Anda untuk menggunakan rem secara bersamaan dalam mode pembangkitan dan pengereman terkontrol, dan dalam mode ini Anda dapat mencapai momen pengereman yang jauh lebih tinggi daripada 2x sebelumnya.
Pada artikel ini, saya tidak akan menjelaskan secara rinci perangkat pengontrol dan algoritme operasinya, seperti topik ini adalah untuk artikel terpisah, dan mungkin bukan satu. Bagi mereka yang ingin memahami masalah ini, Anda dapat mempelajari prinsip pengontrol dalam kendaraan listrik (sepeda, skuter) dan bagaimana mereka menerapkan algoritma pengereman dan pemulihan.
Kesimpulan
Motor dan generator adalah opsi yang murah dan sederhana untuk rem listrik dengan parameter unik. Rem semacam itu tidak bersifat universal dan tidak akan memungkinkan penggantian rem cakram klasik, tetapi untuk beberapa tugas remnya di luar persaingan.