Перейти к содержанию

Противо-ЭДС (обратная ЭДС)

Вращающийся двигатель постоянного тока работает и как генератор: в его обмотках наводится напряжение, направленное против питающего. Эта противо-ЭДС объясняет, почему ток двигателя падает при разгоне и растёт при торможении, и позволяет узнать скорость без отдельного датчика.

Обновлено Редакция GAW

Противо-ЭДС (обратная ЭДС, back EMF) — напряжение, которое наводится в обмотках вращающегося двигателя и направлено против питающего напряжения. Это та же электромагнитная индукция, а направление задаёт правило Ленца (Microchip, AN885).

От чего зависит

По Microchip AN885 противо-ЭДС бесколлекторного двигателя пропорциональна числу витков, размерам ротора, полю его магнитов и угловой скорости:

E∝N⋅l⋅r⋅B⋅ω,Uобмотки=Uпит−E.E \propto N \cdot l \cdot r \cdot B \cdot \omega, \qquad U_{\text{обмотки}} = U_{\text{пит}} - E.

В готовом двигателе всё, кроме скорости, постоянно, поэтому в даташите дают постоянную KE в В/(об/мин) или В/(рад/с): противо-ЭДС = KE · скорость.

РежимПротиво-ЭДСТок обмотки
Пуск, двигатель стоитнетнаибольший, ограничен сопротивлением обмотки
Номинальная скоростьтакая, что ток и момент номинальныеноминальный
Выше номинальнойбольшеменьше, момент падает

Как используют

  • Измерение скорости без датчика. У коллекторного двигателя противо-ЭДС меряют между импульсами ШИМ, когда один вывод свободен, через делитель на вход АЦП (AN905); как управлять таким двигателем — в статье «Управление коллекторным двигателем».
  • Бездатчиковая коммутация BLDC. Переход противо-ЭДС свободной фазы через ноль заменяет сигнал датчика Холла.
  • Торможение. Вращающийся двигатель работает как генератор, поэтому в режиме торможения H-мост замыкает его выводы, и ток противо-ЭДС быстро останавливает вал (AN905).

Частые вопросы

Почему ток двигателя максимален при пуске?

Неподвижный двигатель не вырабатывает противо-ЭДС, и ток ограничивает только сопротивление обмотки. По мере разгона противо-ЭДС растёт, напряжение на обмотке — разность питания и противо-ЭДС — уменьшается, и ток падает. Поэтому в даташите BLDC пиковый ток отмечен как ток при остановке.

Как узнать скорость двигателя по противо-ЭДС?

Противо-ЭДС пропорциональна скорости. Для коллекторного двигателя Microchip предлагает мерить её между импульсами ШИМ, когда один вывод свободен, через делитель на вход АЦП, а коэффициент найти опытом с тахометром. BLDC без датчиков Холла коммутируют по переходам противо-ЭДС через ноль.

Почему двигатель теряет момент на высокой скорости?

Противо-ЭДС растёт со скоростью и всё сильнее вычитается из питающего напряжения. Выше номинальной скорости ток обмотки, а вместе с ним и момент, падают; предельная скорость — когда питание равно сумме противо-ЭДС и потерь, а ток и момент — нулю.

Источники

  1. Microchip. AN885: Brushless DC (BLDC) Motor Fundamentals (DS00885A), 2003 — при вращении в каждой обмотке BLDC наводится противо-ЭДС, направленная против питающего напряжения по правилу Ленца; она зависит от угловой скорости, поля магнитов ротора и числа витков, E ∝ N·l·r·B·ω; в даташите двигателя — постоянная противо-ЭДС KE в В/об/мин или В/(рад/с); на обмотке остаётся разность питающего напряжения и противо-ЭДС, при номинальной скорости её хватает для номинального тока и момента, выше номинальной скорости ток и момент падают; бездатчиковое управление — по переходам противо-ЭДС через ноль; пиковый ток (при остановке) — наибольший допустимый
  2. Microchip. AN905: Brushed DC Motor Fundamentals (DS00905B), 2010 — противо-ЭДС коллекторного двигателя пропорциональна скорости; её измеряют между импульсами ШИМ, когда один вывод двигателя свободен, через делитель в диапазон АЦП 0–5 В; связь напряжения и скорости определяют опытом с тахометром; в режиме торможения H-мост замыкает выводы, и вращающийся двигатель, работая как генератор, быстро останавливается

Нашли ошибку?

Смотрите также