Eu sei que muitos carros elétricos são capazes de converter o momento do carro em energia armazenada nas baterias, em vez de convertê-lo em calor inútil nas pastilhas de freio. Como é que isso funciona? Como posso implementá-lo eu mesmo?

Provavelmente você já o possui e simplesmente não sabia. Se você estiver dirigindo um motor com meia ponte ou ponte H e PWM ou similar, você terá uma frenagem regenerativa. Vamos considerar uma meia ponte, pois, para esta análise, rodaremos o motor em apenas uma direção:

Primeiro, vamos considerar a frenagem não regenerativa. Se a saída da ponte for alta (S1 fechado, S2 aberto), o motor acelerará à velocidade máxima. Se a ponte estiver agora baixa, o motor não parará suavemente. Ele vai bater até parar, como se alguém, mas um freio nele. Por quê?

Um motor pode ser modelado como um indutor em série e fonte de tensão. O torque do motor é proporcional à corrente. A fonte de tensão é chamada de back-EMF e é proporcional à velocidade do motor. É por isso que um motor consome mais corrente quando é carregado (ou pior, parado): com a velocidade diminuída, o EMF traseiro é diminuído e opõe-se menos à tensão de alimentação, resultando em corrente mais alta. Vamos redesenhar nosso esquema com esse modelo, com valores como se nosso motor estivesse girando em alta velocidade:

Este motor está funcionando a toda velocidade. Temos uma corrente pequena para superar o atrito no motor, e o back-EMF é a tensão de alimentação, menos a queda de tensão sobre R1. Não há muita corrente porque o back-EMF cancela a maior parte da tensão de alimentação; portanto, L1 e R1 vêem apenas 100mV. Agora, o que acontece quando trocamos a ponte para o lado baixo?

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

Agora temos uma grande corrente fluindo na direção oposta . O torque é proporcional à corrente; portanto, agora, em vez de aplicar uma força suave no sentido horário, apenas o suficiente para superar o atrito, estamos aplicando uma força rígida no sentido anti-horário, e a carga mecânica é desacelerada rapidamente. À medida que a velocidade do motor diminui, o mesmo ocorre com V1 e, consequentemente, a corrente e o torque com ele, até que a carga não esteja mais girando.

Para onde foi a energia? A energia cinética da carga mecânica é energia. Não pode simplesmente desaparecer, certo?

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

Então, como armazeno a energia, em vez de convertê-la em calor?

Vejamos o que está acontecendo um pouco depois que começamos a frear, mas antes de pararmos:

O motor diminuiu significativamente (a contraemf é de 1V) e a corrente diminuiu com ele. Agora, e se mudarmos a ponte para o lado mais alto?

$L_1 / R_1$

Então não faça isso . Enquanto permanecermos nesse estado, a corrente estará diminuindo. Então, voltamos ao outro estado, com a ponte baixa, para que a back-emf possa construir a corrente de volta. Depois, trocamos novamente e atiramos um pouco na bateria. Repita, rápido.

Se isso soa como o que normalmente se faz para o controle do motor PWM, é porque é. É por isso que provavelmente você já o possui e simplesmente não sabia.

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

$P = I^2 R$

Você também pode abrir todos os transistores na ponte e a corrente do indutor desaparecerá através dos diodos na ponte. Então, nem o EMF traseiro nem a bateria terão um caminho para acionar uma corrente e o motor girará livremente. A menos, é claro, que alguma força externa acelere o motor o suficiente para empurrar o EMF de volta mais alto que a tensão de alimentação. Um veículo que desce uma colina é um bom exemplo.

Em todos os outros casos, você recebe uma frenagem regenerativa.

conseqüência prática

Você deve considerar o que fará com a energia mecânica do motor. As baterias podem absorver energia, mas há um limite de quanto e com que rapidez isso varia de acordo com o tipo de bateria. Algumas fontes de alimentação (reguladores lineares de tensão, por exemplo) não conseguem absorver energia.

Se você não fornecer um local para a energia ir, seja uma bateria ou alguma outra carga no circuito, ela entrará nos capacitores de desacoplamento da fonte de alimentação. Se você tiver energia suficiente retornada do motor e capacidade insuficiente, a tensão do trilho da fonte de alimentação aumentará até que algo quebre.

Você deve projetar seu circuito para que isso não aconteça. Em um carro elétrico, existem controladores de bateria complexos que aplicarão os freios convencionais se as baterias não puderem absorver mais a energia cinética do carro. Você também pode ligar um resistor de energia através dos trilhos de alimentação ou projetar o controlador do motor para recuar nos freios, se for demais.

Perguntas relacionadas

• Por que eu deveria me preocupar com um motor fazendo minha tensão de alimentação disparar quando o EMF traseiro não pode exceder a tensão de alimentação?

• Como posso medir o EMF para inferir a velocidade de um motor DC?

• resposta do supercat a uma pergunta amplamente não relacionada

pergunta retórica relacionada ao sopro da mente

O que acontece se tivermos um motor sem resistência ao enrolamento e tivermos uma maneira de acioná-lo sem adicionar nenhuma resistência adicional (transistores e fios ideais)? É mais eficiente, obviamente. Mas como a velocidade do motor varia com a tensão aplicada e a carga mecânica? Dica: se você tentar alterar a velocidade do motor aumentando ou diminuindo a carga mecânica, o que a contra-fem faz com a corrente?