¿Qué detiene un motor de CC más rápido, en modo de disminución lenta o en modo de disminución rápida?

En la terminología de H-Bridge, la disminución rápida y lenta se refiere a los modos de recirculación de corriente empleados para controlar la tasa de disminución de la corriente que fluye a través de la carga inductiva. Tienen poco que ver con el control de los tiempos de frenado del motor de CC.

La descomposición rápida implica dejar que la corriente decaiga a través de diodos de rueda libre o habilitar FET opuestos al lado energizante (con un esquema de ‘freno antes de hacer’ para evitar disparos + daños a los FET de potencia). Esto da como resultado la aplicación de un voltaje inverso que obliga a la corriente a decaer más rápido que la constante de tiempo del circuito LR (= L / R).

La disminución lenta implica dejar que la corriente decaiga a través del FET del lado bajo opuesto, lo que efectivamente corta el EMF posterior a través del devanado. El modo de disminución lenta tiene la misma constante de tiempo que la constante de tiempo LR.

Estos modos juegan un papel importante en la síntesis de la forma de onda del controlador del motor paso a paso, pero como dije antes, ninguno se correlaciona fuertemente con los tiempos de frenado del motor en motores de CC de baja potencia. Los motores de CC de alta potencia (no deberían) usar el control de puente H.

Entonces, ¿qué controla la velocidad de frenado del motor de CC?

Representando la inercia del rotor por [math] J [/ math], amortiguación constante por [math] c [/ math], par constante por [math] T_k [/ math], par externo / aplicado por [math] T_0 [/ math] , inductancia del devanado por [matemática] L [/ matemática], resistencia por [matemática] R [/ matemática], constante EMF posterior por [matemática] V_B [/ matemática] y voltaje aplicado por [matemática] V [/ matemática], el Las ecuaciones motoras estándar se dan a continuación en términos de estados de velocidad actual y angular,
[matemáticas] \ left [\ begin {matrix} J \ dot {x} _1 \\ L \ dot {x} _2 \ end {matrix} \ right] = \ left [\ begin {matrix} -c & T_k \\ -V_b & -R \ end {matrix} \ right] \ left [\ begin {matrix} x_1 \\ x_2 \ end {matrix} \ right] + \ left [\ begin {matrix} -T_0 \\ V \ end { matriz} \ right] [/ math]

donde [math] x_1 [/ math] es la velocidad angular y [math] x_2 [/ math] es la corriente a través del devanado. En general, podemos suponer que la frecuencia de ondulación actual es muy alta (~ 100 uSec y menor) en comparación con la frecuencia de movimiento (> 1 milisegundo). Esto implica efectivamente que [math] \ dot {x} _2 = 0 [/ math]. Al resolver [math] {x} _1 [/ math] mientras se descuida la matriz de control / entrada, obtenemos,

[matemáticas] x_1 = -c_1 \ text {e} ^ {- \ frac {cR + V_B T_K} {RJ} t} [/ matemáticas]

donde, [math] c_1 [/ math] es un arb const y [math] \ frac {cR + V_B T_K} {RJ} [/ math] es el valor propio del sistema.

La constante de tiempo mecánica (con la suposición de que [math] \ dot {x} _2 = 0 [/ math]) se define como
[matemáticas] \ tau_M = \ frac {RJ} {cR + V_B T_K}. [/matemáticas]

La amortiguación generalmente se descuida (¡mala idea! Pero está bien para simplificar la descripción y los cálculos al dorso de la envoltura). Eso daría la forma común de la constante de tiempo del motor sin un controlador o retroalimentación. Eso es cuánto tiempo antes de que el motor parezca desacelerar significativamente (en ~ 63% de la velocidad angular en estado estacionario). Se tarda aproximadamente [math] 5 \ times \ tau_M [/ math] para que se detenga por completo. Como puede ver, aumentar la amortiguación, reducir la inercia del rotor reduce las constantes de tiempo del motor. Cuando haces motores realmente pequeños, tampoco puedes analizar tu sistema usando las expresiones simples anteriores: la constante de tiempo mecánica es menor que la constante de tiempo eléctrica. En ese caso, el modo de recirculación en realidad afecta el tiempo de parada.

En los circuitos de control de motores de alta velocidad o alta precisión, utilizamos muchos trucos para que un motor se detenga más rápido que estos valores y con precisión / exactitud (al usar las entradas de control, que descuidamos en nuestra discusión aquí. También incluimos observadores para estimar el movimiento e imponer condiciones de frenado. A veces solo usamos frenos accionados por separado).

Aquí hay una buena imagen (utilizada con fines ilustrativos, fuente original de motores Minebea) que muestra un elemento de freno conectado al DCM. Los frenos / embragues son obligatorios para motores de CC de altas RPM con inercia de rotor grande.


(URL de origen: información de ingeniería de Minebea)