Brzdění stejnosměrným kartáčovaným motorem

Co řekli … plus / ale:

Když dojde ke zkratu na svorky stejnosměrného motoru, rotor a jakékoli připojené zatížení se rychle zabrzdí. „Rychle“ závisí na systému ale protože brzdný výkon může být poněkud nad špičkovým výkonem motoru, bude brzdění obvykle významné.

Ve většině případů je to snesitelné, pokud považujete výsledek za užitečný.

Brzdná síla je přibližně I ^ 2R

• kde I = počáteční brzdný proud zkratu motoru (viz níže) a

• R = odpor vytvořeného obvodu včetně odporu motoru a rotoru + zapojení + odpor kartáče, pokud je relevantní + jakýkoli vnější odpor.

Použitím zkratu se dosáhne maximálního brzdění motorem, kterého můžete dosáhnout bez použití externího zpětného EMF (což některé systémy dělají). Mnoho systémů nouzového zastavení používá zkrat rotoru „nouzové zastavení“. Výsledný proud bude pravděpodobně omezen nasycením jádra (s výjimkou několika zvláštních případů, kdy se používá vzduchové jádro nebo velmi velké vzduchové mezery.) Protože motory jsou obecně konstruovány tak, aby jejich magnetický materiál bylo možné efektivně efektivně využívat, obvykle zjistíte, že maximální zkrat proud v důsledku nasycení jádra není výrazně vyšší než maximální jmenovitý návrhový provozní proud. Jak již jiní poznamenali, můžete se dostat do situací, kdy může dodávaná energie poškodit zdraví motorů, ale je nepravděpodobné, že s nimi budete jednat, pokud nemáte motor z náhradní elektrické lokomotivy, vysokozdvižného vozíku nebo obecně vážně velkého vybavení .

Můžete se do toho „vracet“ pomocí níže uvedené metody. Pro účely měření proudu jsem specifikoval 1 ohm, ale můžete použít jakýkoli oblek.

Jako test zkuste použít řekněme 1 ohmový rezistor a sledujte jeho napětí, když se použije jako motorová brzda. = V / R nebo zde V / 1, takže I = V. Ztrátový výkon bude I ^ R nebo pro špičku 1 ohm Příkon se špičkovými zesilovači na druhou (nebo rezistor Volty na druhou pro rezistor 1 ohm. Např. Špičkový proud motoru 10 A bude dočasně produkují 100 W na 1 ohm. Často můžete ale výkonové rezistory s výkonem 250 W v přebytečných obchodech za velmi skromné částky. I drátový vinutý odpor 10 W s keramickým tělem by měl několik sekund vydržet mnohonásobek svého jmenovitého výkonu. Obvykle se jedná o drát navinutý, ale indukčnost by měla být dostatečně nízká, aby v této aplikaci nebyla relevantní.

Dalším vynikajícím zdrojem odporového prvku je Nichrome nebo Constantan (= nikl měď) nebo podobný vodič – buď od elektrického rozvaděče nebo první ze starých elektrických topných prvků. Drát elektrického topného prvku je typický Vysoce hodnoceno na 10 A nepřetržitě (když svítí ohřívač-bar-třešňově červený). Pro snížení odporu můžete umístit více pramenů paralelně. To je těžké pájet běžnými prostředky. Existují způsoby, ale pro „hraní“ je snadné upnout délky ve šroubovacích svorkovnicích.

Možností je žárovka se správným hodnocením. Změřte jeho studený odpor a stanovte jeho jmenovitý proud podle I = Watts_rated / Vrated. Všimněte si, že odpor za tepla bude několikanásobně vyšší než odpor za studena. Když se na žárovku přivede proudový krok (nebo proudový proud na napěťový krok), zpočátku se projeví jeho odpor za studena, který se pak při zahřátí zvýší. V závislosti na dostupné energii a jmenovité hodnotě žárovky se může žárovka rozsvítit na plný jas nebo jen těžko blikat. např. 100 Watt 100 VAC žárovka bude dimenzována na 100 Watt / 110 VAC ~ = 1 Amp. Jeho odpor za tepla bude asi R = V / I = 110/1 = ~ 100 Ohmů. Jeho odpor za studena bude možné měřit, ale může být v rozsahu řekněme 5 až 30 Ohm. Pokud je počáteční výkon do žárovky řekněme 100 W, rychle se „rozzáří“. Pokud je zpočátku výkon 10 W, pravděpodobně se nedostane nad záblesk. Nejlepší analýza toho, co žárovka dělá, by byla dvoukanálová datalogger žárovky Vbulb a I a následné vykreslení V & I a shrnutí produktu VI jako motorové brzdy. Pečlivě zpracovaný osciloskop poskytne poctivý obraz a použití dvou metrů a velká péče může být dost dobrá.

Některé MALÉ větrné turbíny používají zkrat rotoru jako brzdu při překročení rychlosti, když se rychlost větru pro rotor příliš rychle zvýší. Když motor není nasycený, výkon se zvýší přibližně jako V x I nebo čtverec rychlosti větru (nebo rotoru).Když stroj magneticky nasycuje a stává se zdrojem téměř konstantního proudu, zvyšuje se výkon přibližně lineárně s rychlostí rotoru nebo rychlostí větru. ALE protože větrná energie je úměrná rychlosti rotoru v krychlích, je zřejmé, že bude existovat maximální rychlost rotoru, při jejímž překročení vstupní energie překročí maximální dostupnou brzdnou sílu. Pokud budete záviset na zkratu rotoru pro řízení nadměrných otáček, pak opravdu opravdu chcete začít brzdit zkratovaným rotorem hluboko pod hraniční rychlostí vstupu / výstupu. Pokud tak neučiníte, může to znamenat, že náhlý poryv zatlačí rychlost rotoru nad kritickou hranici a on pak šťastně uteče. Uprchlé větrné turbíny ve vysokorychlostních větrech mohou být zábavné, pokud je nevlastníte a stojíte někde ve velmi bezpečném prostředí. Pokud to obě neplatí, použijte velkou bezpečnostní rezervu.

Pravděpodobné brzdění profil lze určit částečně empiricky následujícím způsobem.

1. Toto je těžká část :-). Vypočítejte uloženou energii rotoru a zatížení. To je nad rámec této odpovědi, ale jedná se o standardní text. knižní věci. Faktory zahrnují hmotnosti a moment setrvačnosti rotujících částí. Výsledná akumulovaná energie bude mít termíny v RPM ^ 2 (pravděpodobně) a některé další faktory.

2. spin zkratován rotor při různých rychlostech a určovat ztráty při daných otáčkách za minutu. Toho lze dosáhnout pomocí dynamometru, ale měla by stačit některá měření proudu a charakteristiky obvodu. Pamatujte, že rotor se při brzdění zahřívá. To může nebo nemusí být významné. Také motor, který již nějakou dobu běží, může mít před brzděním teplé vinutí rotoru. Tyto možnosti je třeba zahrnout.

3. Proveďte buď analytické řešení založené na výše uvedeném (snazším) psaní interaktivního programu k určení křivky ztráty rychlosti / výkonu. Něco jako roztažený list aplikace Excel to udělá snadno. Časový krok lze změnit tak, aby sledoval výsledky.

Pro maximální bezpečnost přehrávání může být motor připojen k 1 ohmu (řekněme) odporu a roztočen pomocí externího pohonu – např. vrtací lis, ruční vrtačka s akumulátorem (regulace hrubé rychlosti) atd. Napětí na zatěžovacím rezistoru dodává proud.

Váš motor bude fungovat jako generátor – tzv. „elektrické brzdění“. Obvod bude tvořen motorovou cívkou a čímkoli, co k ní připojíte. Proud bude záviset na odporu obvodu.

Protože cívka a ostatní komponenty jsou připojeny postupně, bude proud stejný ve všech částech obvodu. Pokud motor zkratujete, odpor bude záviset pouze na odporu cívky. To může vést k poměrně vysokému proudu, který v závislosti na přesné konstrukci motoru a jeho otáčkách v okamžiku, kdy začínáte brzdit, může motor zahřát, což může vést k hoření nebo roztavení cívky. Zvažte železniční vlaky – pro elektrické brzdění musí používat mohutné odpory, které se výrazně zahřívají.

Pokud zkratujete svorkách se kinetická energie rozptýlí na částech motoru.

• vinutí budou zahřátá
• vysoký proud protéká kartáči a způsobí jiskření
• v dlouhodobém horizontu, kartáče se rozpadnou a vytvoří vodivý prach na komutátorový kroužek
• komutátorový kroužek se nakonec stane trvalým zkratovacím bodem, což způsobí nadproud
• případně výkonové spínače, ovládání motoru bude přetížené a selže (například: tranzistory)

Btw. Typické normální elektronické rekuperační přerušení obsahuje několik částí, jako je 68 ohmový rezistor, výkonový tranzistor a některé děliče napětí a zener.

Komentáře

• Vaše “ BTW “ chybí kontext. Můžete to trochu rozšířit?
• Regenerativní odpory obvykle používané v servech s výkonem > 100 W a více. Zdroj stejnosměrného proudu je nabitý 3fázovým můstkem a paralelně regenerovaným obvodem. Když napětí překročí jmenovité napětí sběrnice (řekněme 55 V > 48 V), nebo se CPU rozhodne zabrzdit, přepěťový senzor otevře napájecí tranzistor a rezistorem protéká vysoký proud. Z nějakého důvodu je tato oblast plná zbytečných patentů, takže není snadné vygooglit si vysvětlující schémata.

Zvažte, co se stane, pokud použijete plné napětí motoru, když je motor v klidu. Plné napětí se objeví přes odpor kotvy, což rozptýlí maximální výkon. Jak točivý moment motoru zrychluje mechanické zatížení, otáčky motoru, tedy zpětné emf, stoupají a proud, tedy výkon v kotvě klesá. Back-emf se nakonec téměř rovná vstupnímu napětí a výkon rozptýlený kotvou dosáhne úrovně nečinnosti.

Nyní zvažte odstranění vstupního napětí a zkratování kotvy. Plný zpětný emf se nyní objeví přes armaturu, která se rozptýlí téměř stejně jako při startu.Nakonec točivý moment motoru zpomalí mechanické zatížení a nakonec se motor zastaví.

Takže ztrátový výkon kotvy sleduje při startu nebo zastavení přibližně stejnou křivku proti času. Takže pokud váš motor dokáže přežít s plným napětím motoru z klidu, může přežít, když bude mít armaturu zkratovanou plnou rychlostí.

Jak říká ostrý zub, ve vlacích lze použít brzdné odpory k vyřazení zátěžový výkon, ale plné napětí motoru se neaplikuje z klidu. Nejsem odborník na nejmodernější konstrukci vlaků, ale na staré londýnské trubkové vlaky byly předřadné odpory zapojeny do série s kotvou a postupně vypínány protože vlak nabral rychlost.

Typický motor kartáče může být rozumně modelován jako ideální motor v sérii s odporem a induktor. Ideální motor bude vypadat elektricky jako napájecí zdroj / kleště s nulovým odporem (schopné získávat nebo snižovat energii), jehož polarita a napětí jsou konstantní násobek rychlosti otáčení. Bude produkovat převod točivého momentu na proud a naopak, přičemž točivý moment bude konstantní násobek proudu. Chcete-li zjistit chování při brzdění, jednoduše použijte model s odporem rovnajícím se stejnosměrnému odporu motoru při zastavení; indukčnost lze pravděpodobně ignorovat, kromě případů, kdy se někdo snaží rychle zapínat a vypínat proud motoru (např. S pohonem PWM ).

Zkratování přívodů motoru způsobí protékání proudu rovnající se poměru napětí naprázdno (při jeho aktuální rychlosti) k odporu. To způsobí brzdný moment zhruba stejně velký jako točivý moment to by mělo za následek, pokud by toto napětí bylo externě přivedeno na motor, zatímco byl zastaven; také rozptýlí stejné množství energie ve vinutí motoru jako tento scénář zablokování.