En un puente H, cuando el motor se frena activamente, ¿por qué el suministro proporciona potencia cuando la energía cinética disminuye?

En un puente H, supongamos que un motor de CC con escobillas ha recibido +24 V durante algún tiempo, de modo que la corriente del devanado haya alcanzado +1 A y la fuerza contraelectromotriz haya alcanzado los 23 V (R = 1 ohmio en este ejemplo y sin otras pérdidas).

Cuando suministramos -24V a través de los devanados desde ese punto, el motor se frena aún más efectivamente que si hubiera sido cortocircuitado en un estado de marcha libre: la corriente disminuye rápidamente a -(23+24)/1=-47A, por lo que el motor está en modo generador. Sin embargo, estos 47A también son proporcionados por la fuente de alimentación (mismo bucle), mientras que se supone que la energía cinética del rotor disminuye...

Entiendo por este ejemplo que la potencia neta sigue siendo negativa (2,2 kW perdidos en los devanados, 1,4 kW proporcionados por la fuente de alimentación), pero ¿hay alguna manera de entender intuitivamente qué está haciendo/haciendo la potencia proporcionada?

Es difícil de explicar, simplemente suena contrario a la intuición de que para disminuir la energía, necesitamos proporcionar algo todavía, y si es así, ¿a dónde va?

Respuestas (2)

Si se invierte el voltaje suministrado al motor, se denomina inversión de enchufe o frenado de enchufe si se elimina el voltaje inverso antes de que el motor realmente se invierta. Si la fuente de alimentación acepta corriente inversa, la energía de la masa giratoria se devolverá a la fuente de alimentación. Si la fuente de alimentación acepta la energía, pero no la controla, fluirá una corriente alta y se producirá un par de frenado alto. Eso probablemente será malo para la salud del motor.

Con motores controlados electrónicamente, el controlador puede contener una resistencia de frenado que disipa la energía de frenado. Si se suministra energía desde el suministro durante el frenado, al menos parte de esa energía puede disiparse en las resistencias de frenado. Esa es también una situación indeseable.

Ninguno de los dos esquemas de frenado anteriores son realmente buenos enfoques de diseño, pero el frenado por enchufe se puede implementar de manera económica con motores que no están controlados electrónicamente, por lo que si se puede implementar sin dañar el motor, podría no ser un mal esquema.

El siguiente diagrama de par vs. velocidad ilustra el frenado de marcha atrás. En estado estable, un motor opera en la intersección de la curva de capacidad de par frente a la velocidad del motor y la curva de demanda de par frente a la velocidad de la carga, punto 1 en el diagrama. Cuando el motor se invierte intercambiando la polaridad de voltaje de la fuente de alimentación del inducido, la curva resultante de par frente a velocidad es una curva de motorización inversa que es la curva roja girada alrededor del origen 180 grados hacia el cuadrante de velocidad negativa y par negativo. Luego se extiende a través del cuadrante de velocidad positiva, torque negativo y se muestra como la curva naranja en ese cuadrante.

Dado que la velocidad y la dirección no han cambiado, el punto de operación se mueve desde el punto 1 en la curva del motor original al punto 2 en la nueva curva del motor. Sin embargo, ese no es un punto de funcionamiento estable porque no se cruza con la curva de carga. Esa intersección está en el cuadrante de velocidad negativa, torque negativo. Por lo tanto, el motor frena la carga moviendo el punto de operación a lo largo de la curva naranja hasta el punto tres. Allí suponemos que el motor está parado. Si el motor no se detiene, acelerará en sentido inverso al cuadrante de velocidad negativa y par negativo.

Tenga en cuenta que el par de carga se suma al par generado por el motor al desacelerar la carga.

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+1 por ponerle el nombre tradicional mientras comentaba.
Gracias, está claro y tengo algo de lectura con este término.
Estudié el caso específico de un motor de CC con escobillas con un suministro de campo separado o un campo de imán permanente con mayor detalle y revisé mi respuesta. Creo que tengo los conceptos básicos descritos correctamente asumiendo que no sucede nada catastrófico. No he considerado la reacción de armadura o la desmagnetización de imanes permanentes.

Porque estás frenando activamente.

Si simplemente proporcionó 0 V (es decir, cortocircuitó el motor), genera 23 V a través de su resistencia de devanado, lo que prácticamente genera su corriente de bloqueo (23 A frente a 24 A de corriente de bloqueo).

Como está suministrando -24 V, habrá (momentáneamente) 47 V en el devanado, proporcionando 47 A, aproximadamente el doble de la corriente de bloqueo. El generador y la fuente de alimentación están en oposición (¿de dónde más vendrían 47 V?) Con solo la resistencia del devanado entre ellos.

La mitad de esta potencia (24 V * 47 A) proviene de la fuente de alimentación, proporcionando un par mecánico para generar aceleración (mayor que el par de bloqueo) en la dirección inversa al aumentar la corriente por encima de la corriente de bloqueo.

No hace falta decir que esto es algo brutal para la fuente de alimentación, el motor y la carga mecánica (¡o los pasajeros!)

En cuanto a dónde va la energía; mire el calor disipado en los devanados: aproximadamente 4 veces la disipación cuando está estancado. (suponiendo un controlador de motor ideal: uno real disipará su parte, proporcional a la resistencia de su propio dispositivo). Tanto la energía mecánica de la desaceleración como la energía eléctrica de la fuente de alimentación terminan en forma de calor.

Si no corta el suministro cuando el motor se detiene, se invertirá y luego el flujo de energía será fácil de entender.

@ChrisStratton Creo que está confundiendo el frenado regenerativo relativamente suave, que no es el tema de la pregunta, con la inversión del enchufe. En el frenado regenerativo, reduce el voltaje de la PSU (a menos que el EMF posterior) en lugar de invertirlo como aquí. Eso extrae energía mecánica para almacenarla en la fuente de alimentación (donde la fuente de alimentación es bidireccional), o en su defecto, en una resistencia de frenado.
Lo que todavía se está equivocando es su afirmación de que la energía proviene del suministro "que proporciona energía mecánica para generar aceleración en la dirección inversa". Eso no puede suceder hasta que la rotación pase por cero, ya que la inercia rotacional no es relativa. Físicamente, no se puede frenar agregando energía mecánica, sino solo quitándola.
@ChrisStratton +1 en el último comentario. Reformulado; la corriente suministrada por la fuente de alimentación proporciona un par mecánico, pero (como ya se dijo en la respuesta más adelante), la potencia que proporciona solo aparece como calor.
Con la aclaración de Charles de que este es un esquema insostenible, puedo aceptar que la energía no se devuelva al suministro. Pero sus intentos de explicación que involucran agregar energía mecánica son erróneos. Cualquier energía añadida tendría que transferirse del reino eléctrico al calor sin hacer trabajo mecánico, ya que el trabajo mecánico realizado al frenar es negativo. Presumiblemente, esta es la razón por la cual dicho esquema es insostenible: no hay un buen lugar para que vaya la energía a menos que construya algún tipo de sistema de enfriamiento de fluidos en él.
@ChrisStratton Y según la respuesta "Tanto la potencia mecánica de la desaceleración como la potencia eléctrica de la fuente de alimentación terminan como calor". (incluso en la revisión que sugirió erróneamente que se suministró potencia, no par). En cuanto a sostenible: es brutal, pero no tendría nombre si nunca se usara.
Con la edición que cambia la redacción de "proporcionar potencia mecánica" a "proporcionar par mecánico", ahora posiblemente funcione, ya que un par contra la rotación es uno que absorbe energía: proporciona un par mecánico para quitar energía.
Gracias a ambos por trabajar juntos en esto, proporciona otro ángulo.
En un puente H, cuando el motor se frena activamente, ¿por qué el suministro proporciona potencia cuando la energía cinética disminuye?
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