Rueda libre del motor y frenada regenerativa PARA DUMMIES

El proyecto en el que estoy trabajando es un vehículo eléctrico. He encontrado este circuito bastante simple para controlar la velocidad de mi motor.

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Lo que entiendo es que cuando el transistor está cerrado, la batería está alimentando de energía al motor que mueve el vehículo. Cuando el transistor está abierto, el motor gira libremente y el diodo está allí para proteger el transistor de algún tipo de voltaje que se acumula cuando el motor se enciende y apaga rápidamente, como es el caso del control de velocidad PWM. Aquí surge la pregunta # 1: mientras el motor gira y el transistor está abierto, los campos magnéticos de los imanes permanentes aún inducen voltaje en sus bobinas y, por lo tanto, corriente, que es energía. ¿Adónde va esa energía? Esta pregunta es más de curiosidad.

La verdadera pregunta que me gustaría hacer es cómo puedo implementar el frenado regenerativo con esta configuración, que se explica perfectamente en esta pregunta, pero parece que estoy retrasado de alguna manera y estaría muy agradecido si se pudiera dar una explicación más simple.

Tengo entendido que necesitaría algo similar a esto:

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Donde primero tendré que cerrar el transistor superior haciendo un cortocircuito efectivo en el motor y luego, cuando comience a acumular voltaje, tendré que abrirlo y cerrar el transistor inferior permitiendo que el voltaje entre en la batería y va y viene. Sin embargo, el autor menciona que si estoy usando PWM, entonces probablemente ya tenga frenado regenerativo y, por lo que entiendo, necesitaría implementar una lógica de controlador seria que contrasta completamente con lo que dice el autor. Además, ¿qué pasó con el diodo, qué está protegiendo ahora a los transistores? Intenté agregar 2 diodos pero obtengo un cortocircuito sin importar lo que intenté ... Obviamente necesito ayuda.

Nota: Es un motor de imanes permanentes con escobillas.

¿Rompiendo o frenando?
@Transistor Nota tomada

Respuestas (2)

  1. El voltaje no es energía. Es solo poder (con el tiempo que resulta en energía) si fluye a través de alguna resistencia.

  2. Cuando el interruptor superior está cerrado, la corriente se acumula debido a la EMF en las bobinas del motor, en algún período de tiempo (quizás decenas de microsegundos) se acumula hasta alcanzar un pico de corriente. Luego abre el interruptor superior y la corriente fluye hacia atrás a través de un diodo en paralelo con el interruptor inferior (podría ser un diodo Shottky externo o el diodo del cuerpo interno del MOSFET). Abres el interruptor superior hasta que la corriente cae cerca de cero, luego lo vuelves a cerrar, repites hasta que no haya suficiente para cargar la batería, luego puedes cortocircuitar el motor y/o usar el freno mecánico.

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No se muestra, pero es muy importante, la inductancia del motor que se puede imaginar como un inductor L en serie con un motor ideal (este último es un dispositivo que produce un voltaje proporcional a las RPM del eje y tiene cierta resistencia interna, y crea un eje par proporcional a la corriente).

Eso es control de dos cuadrantes (marcha hacia adelante y frenado hacia adelante) con frenado regenerativo. Si desea que haga lo mismo en cualquier dirección, necesita el doble de interruptores.

De acuerdo, pero con esta configuración, ¿cómo sabré cuándo cae la corriente? ¿Necesitaré una tabla de medición actual? Lo que puede ser bastante costoso por más de 15A, que es lo que espero que genere mi motor. Esto realmente suena mucho más complicado de lo que imaginaba.
El motor de CC de 2 cuadrantes es relativamente simple. Tal vez debería considerar comprar un controlador.
"Está bien, pero con esta configuración, ¿cómo sabré cuándo cae la corriente? Necesitaré un tablero de medición de corriente": de todos modos, debe monitorear la corriente para limitar la corriente del motor al acelerar.
@SpehroPefhany Busqué, simplemente no pude encontrar uno que se adaptara a mis necesidades. 36v 20A operado con señal pwm y con frenado regenerativo variable (según la presión del pedal). Incluso si los hay, probablemente serán muy caros. Por lo que veo, definitivamente no es tan simple. Si pudiera entender cómo determinar los 2 puntos de tener suficiente corriente acumulada y no tener más para operar los FET en la práctica, entonces probablemente será...
@BruceAbbott Tengo una resistencia protectora y uso pwm. No imaginé que necesitaría medir la corriente. E incluso si obtengo una placa de medición de 20 A, leo que la corriente de bloqueo del motor está muy por encima de la corriente continua permitida y una placa de medición de corriente de 100 A será increíblemente costosa, y mucho menos que nunca he visto una.
El circuito de medición de corriente es solo una resistencia de "derivación" de bajo valor y un amplificador operacional, o podría ser un sensor de efecto Hall como el ACS758LCB-100B (los módulos se venden en Ali-Express por ~US $ 15).

Esta nota describe, en detalle, el control de motores de 2 y 4 cuadrantes con frenado regenerativo para cada dirección.

Enlace: https://www.roboteq.com/index.php/docman/motor-controllers-documents-and-files/documentation/application-notes/application-notes-1/33-an70614-1/file

La respuesta corta es que necesita al menos 2 FET para efectuar el frenado regenerativo en la dirección de avance. En realidad, su vehículo también querrá retroceder, por lo que el control de 4 cuadrantes es apropiado.

Desafortunadamente, no puedo abrirlo porque la velocidad de Internet es horrible donde estoy ahora. Necesitará unos días para volver a casa, gracias. Por otra razón, tengo una caja de cambios con marcha atrás, por lo que solo necesitaré un controlador de 2 cuadrantes.
Logré abrir el documento después de esperar bastante tiempo. Actualmente no he terminado de leerlo, pero estoy en la página 12, donde dice que si el ciclo de trabajo es del 100 %, habrá una regeneración ininterrumpida. ¿Cómo es que eso no impulsará realmente el motor en lugar de continuar comportándose como un generador?
No, dice que en ese caso es frenado 100% dinámico. En el segundo caso (acelerador parcialmente presionado), está ocurriendo PWM, por lo que alterna entre motor en cortocircuito (frenado dinámico) y regeneración. Este es el caso que Spehro está ilustrando en su respuesta, es decir, el Cuadrante 2. En cuanto a tener una caja de cambios, creo que tener un control de 4 cuadrantes sería más barato y más confiable que tener una marcha atrás. Entonces solo necesitas reducción de engranajes. Los vehículos eléctricos puros funcionan de esta manera.
Lo siento, pero parece que estás equivocado. En la página 12, los últimos 2 párrafos indican exactamente que la mayor regeneración se logra con el pedal del acelerador presionado a fondo y, por lo tanto, con un ciclo de trabajo del 100 %. En cuanto a la caja de cambios, necesito tenerla porque será un sistema de propulsión híbrido y utilizar la marcha atrás en este caso tiene más sentido para mí. Estoy de acuerdo en que sería más barato y menos complicado, pero lo tendré de todos modos.
Segundo párrafo con viñetas, pág. 12: “Si el operador mantiene el pedal presionado hasta la mitad y la marcha hacia adelante, habrá un ciclo de trabajo y durante el pulso del ciclo de trabajo (ENCENDIDO) el puente de alimentación conducirá y el generador se descargará. su corriente en la batería. La regeneración dura solo el tiempo del pulso en el ciclo de trabajo (ON). Durante el tiempo de APAGADO del ciclo de trabajo, el motor aún está en cortocircuito y ambos MOS inferiores están encendidos, por lo que se produce el frenado dinámico”.
exactamente, y luego debajo de eso en los últimos 2 párrafos dice que la mayor regeneración se logra al 100% del ciclo de trabajo, lo cual me cuesta entender en qué se diferencia de la aceleración total.
El diagrama de Spehro describe exactamente el caso en ese párrafo. El detalle es que el motor/generador, al ser un inductor, almacenará energía de rotación como flujo mientras está en cortocircuito, y luego la entregará nuevamente cuando se vuelva a conectar y el flujo se colapse. Si no corta el motor momentáneamente, no se desarrollará flujo y no obtendrá regeneración.
Rueda libre del motor y frenada regenerativa PARA DUMMIES
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