Sé que muchos automóviles eléctricos pueden convertir el impulso del automóvil en energía almacenada en baterías, en lugar de convertirlo en calor inútil en las pastillas de freno. ¿Como funciona esto? ¿Cómo puedo implementarlo yo mismo?

Probablemente ya lo tienes, y simplemente no lo sabías. Si conduce un motor con medio puente o puente H y PWM o similar, tiene frenado regenerativo. Consideremos un medio puente, ya que para este análisis correremos 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 toda velocidad. Si el puente ahora está bajo, el motor no se detendrá suavemente. Se detendrá de golpe , como si alguien más frenase. ¿Por qué?

Un motor puede ser modelado 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 cual un motor consume más corriente cuando está cargado (o peor, parado): con la velocidad disminuida, el EMF de retorno disminuye y se opone menos al voltaje de suministro, lo que resulta en una corriente más alta. Redibujemos nuestro esquema con ese modelo, con valores como si nuestro motor girara a alta velocidad:

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

$L_1 / R_1$$ms$$V_{B1}-V_1$$100mV$

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 como 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 el par con él, hasta que la carga ya no gira.

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

$P_{R1} = (9.9A)^2 1\Omega = 98.01W$

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

Echemos un vistazo a lo que sucede un poco después de haber comenzado a frenar, pero antes de haber parado:

El motor se ha desacelerado significativamente (la fem posterior es de 1V) y la corriente ha disminuido con él. ¿Y si cambiamos el puente al lado alto?

$L_1 / R_1$

Entonces no hagas eso . Mientras permanezcamos en este estado, la corriente está disminuyendo. Entonces, volvemos al otro estado, con el puente bajo, para que el back-emf pueda construir la copia de seguridad actual. Luego cambiamos de nuevo y disparamos un poco a la batería. Repita, rápido.

Si esto suena como lo que normalmente se hace para el control del motor PWM, es porque lo es. Es por eso que probablemente ya lo tienes, y simplemente no lo sabías.

$80\% \cdot 10V = 8V$

$P = I^2 R$

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 ni la batería tendrán una ruta para conducir una corriente, y el motor girará libremente. A menos que, por supuesto, alguna fuerza externa acelere el motor lo suficiente como para empujar el EMF posterior más alto que el voltaje de suministro. Un vehículo rodando cuesta abajo es un buen ejemplo.

En todos los demás casos, obtienes frenado regenerativo.

consecuencia práctica

Usted debe considerar lo que va a hacer con la energía mecánica del motor. Las baterías pueden absorber energía, pero hay un límite de cuánto y qué tan rápido 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 tiene suficiente energía devuelta por el motor 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 la 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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