Probablemente ya lo tienes, y simplemente no lo sabías. Si está conduciendo un motor con medio puente o puente H y PWM o similar, tiene frenado regenerativo. Consideremos un medio puente, ya que para este análisis haremos funcionar el motor en una sola dirección:

Primero, consideremos el frenado no regenerativo. Si la salida del puente es alta (S1 cerrado, S2 abierto), el motor acelerará a la velocidad máxima. Si el puente ahora está bajo, el motor no se detendrá suavemente. Se detendrá de golpe , como si alguien le hubiera puesto un freno. ¿Por qué?

Un motor se puede modelar como un inductor en serie y una fuente de voltaje. El par motor es proporcional a la corriente. La fuente de voltaje se llama back-EMF y es proporcional a la velocidad del motor. Esta es la razón por la que un motor consume más corriente cuando está cargado (o, lo que es peor, se detiene): con la disminución de la velocidad, la fuerza contraelectromotriz disminuye y se opone menos a la tensión de alimentación, lo que da como resultado una corriente más alta. Redibujemos nuestro esquema con ese modelo, con valores como si nuestro motor estuviera girando a alta velocidad:

Este motor está funcionando a toda velocidad. Tenemos una pequeña corriente para superar la fricción en el motor, y la fuerza contraelectromotriz es la tensión de alimentación, menos la caída de tensión sobre R1. No fluye mucha corriente porque el EMF inverso cancela la mayor parte del voltaje de suministro, por lo que L1 y R1 ven solo 100 mV. Ahora, ¿qué sucede cuando cambiamos el puente al lado bajo?

Al principio, nada. L1 evita un cambio inmediato en la corriente. Sin embargo, esto no dura mucho, y muy pronto (definido por la constante de tiempo de$L_1 / R_1$, no más de un par$ms$típicamente) el back-emf (V1) ha invertido la corriente, y ahora va en la otra dirección. También es bastante grande, ya que ahora L1 y R1 no ven la pequeña diferencia de$V_{B1}-V_1$(era$100mV$), pero ahora ven los 9,9 V completos solo de V1:

Ahora tenemos una gran corriente que fluye en la dirección opuesta . El par es proporcional a la corriente, por lo que ahora, en lugar de aplicar una fuerza suave en el sentido de las agujas del reloj, lo suficiente para superar la fricción, estamos aplicando una fuerza fuerte en el sentido contrario a las agujas del reloj y la carga mecánica se desacelera rápidamente. A medida que disminuye la velocidad del motor, también lo hace V1 y, en consecuencia, también lo hace la corriente y, con ella, el par, hasta que la carga deja de girar.

¿Adónde se fue la energía? La energía cinética de la carga mecánica es energía. No puede simplemente desaparecer, ¿verdad?

Derecha. Si observa el circuito nuevamente, tenemos 9.9A fluyendo a través de R1.$P_{R1} = (9.9A)^2 1\Omega = 98.01W$. La energía cinética de la carga se convertía en calor en la resistencia del devanado del motor (y en un circuito práctico, también en los transistores del puente H). Algunos motores serán destruidos por esta alta potencia. Otros pueden no hacerlo. La corriente generada por el EMF inverso es casi tan fuerte como la corriente de bloqueo del motor, por lo que si su motor puede funcionar bloqueado sin sobrecalentarse, puede frenar así todo el día.

Entonces, ¿cómo almaceno la energía, en lugar de convertirla en calor?

Veamos qué sucede un poco después de haber comenzado a frenar, pero antes de detenernos:

El motor se ha desacelerado significativamente (la fuerza contraelectromotriz es de 1 V) y la corriente ha disminuido con él. Ahora, ¿qué pasa si cambiamos el puente al lado alto?

¡Ajá! ¡Estamos cargando la batería! Por supuesto, si nos quedamos así mucho tiempo (de nuevo, definido por la constante de tiempo$L_1 / R_1$) entonces la dirección actual se invertirá, y estaremos descargando nuestra batería y acelerando nuestro motor, no frenándolo.

Así que no hagas eso . Mientras permanezcamos en este estado, la corriente está disminuyendo. Entonces, volvemos al otro estado, con el puente bajo, para que la fuerza contraelectromotriz pueda generar la corriente de respaldo. Luego volvemos a cambiar y disparamos un poco a la batería. Repite, rápido.

Si esto suena como lo que normalmente se hace para el control de motores PWM, es porque lo es. Esta es la razón por la que probablemente ya lo tienes, y simplemente no lo sabías.

Una vez que comprenda el principio de funcionamiento, puede hacer algunas simplificaciones. Cuando un motor está siendo impulsado por PWM, la inductancia del motor (L1) funciona como un volante, promediando el voltaje que se aplica al motor. Es como si tuvieras un volante real y lo hicieras girar golpeándolo con un martillo repetidamente. Entonces, en este ejemplo, nuestro voltaje de suministro es de 10V. Si nuestro ciclo de trabajo PWM es del 80 %, estamos impulsando efectivamente el motor con 8 V ($80\% \cdot 10V = 8V$).

Siempre que la fuerza contraelectromotriz sea mayor que este voltaje, obtendrá un frenado regenerativo. Esto sucederá siempre que el ciclo de trabajo de PWM disminuya más rápido que las fuerzas externas (fricción, por ejemplo) que ralentizarán el motor. Cualquier resistencia en el circuito reduce la energía que puede recuperar de la carga mecánica. En el caso más extremo, donde el ciclo de trabajo de PWM se reduce al 0 % y los terminales del motor se cortocircuitan entre sí, la corriente es tan alta que las pérdidas alcanzan el 100 %. ($P = I^2 R$)

También puede abrir todos los transistores en el puente y la corriente del inductor se extinguirá a través de los diodos en el puente. Entonces, ni el EMF posterior ni la batería tendrán un camino para impulsar una corriente, y el motor girará libremente. A menos, por supuesto, que alguna fuerza externa acelere el motor lo suficiente como para empujar la fuerza contraelectromotriz más alta que el voltaje de suministro. Un vehículo rodando cuesta abajo es un buen ejemplo.

En todos los demás casos, obtienes frenado regenerativo.

consecuencia práctica

Debe considerar qué hará con la energía mecánica del motor. Las baterías pueden absorber energía, pero hay un límite en cuanto a la cantidad y la rapidez que varía según el tipo de batería. Algunas fuentes de alimentación (reguladores de voltaje lineal, por ejemplo) no pueden absorber energía en absoluto.

Si no proporciona un lugar para que vaya la energía, ya sea una batería o alguna otra carga en el circuito, irá a los condensadores de desacoplamiento de la fuente de alimentación. Si el motor devuelve suficiente energía y no tiene suficiente capacitancia, el voltaje del riel de la fuente de alimentación aumentará hasta que algo se rompa.

Debe diseñar su circuito para que no pueda suceder. En un automóvil eléctrico, existen controladores de batería complejos que aplicarán los frenos convencionales si las baterías no pueden absorber más energía cinética del automóvil. También puede encender una resistencia de potencia a través de los rieles de suministro, o diseñar su controlador de motor para que retroceda en el frenado si llega a ser demasiado.

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