Bremsen eines bürstenbehafteten Gleichstrommotors

Was sie gesagt haben … plus / aber:

Wenn ein Kurzschluss an den Klemmen eines Gleichstrommotors anliegt, wird der Rotor und jede angeschlossene Last schnell gebremst. „Schnell“ ist systemabhängig Da die Bremsleistung jedoch etwas über der maximalen Motorauslegungsleistung liegen kann, ist die Bremsleistung normalerweise erheblich.

In den meisten Fällen ist dies erträglich, wenn Sie das Ergebnis nützlich finden.

Die Bremsleistung beträgt ungefähr I ^ 2R

• , wobei I = anfänglicher Kurzschlussbremsstrom des Motors (siehe unten) und

• R = Widerstand des gebildeten Stromkreises, einschließlich Motor-Rotor-Widerstand + Verkabelung + Bürstenwiderstand, falls relevant + externer Widerstand.

Durch Anlegen eines Kurzschlusses wird die maximale Motorbremsung erreicht, die Sie ohne erreichen können Anwenden einer externen Umkehr-EMK (was einige Systeme tun). Viele Not-Aus-Systeme verwenden einen Rotor-Kurzschluss, um dies zu erreichen ein „Crash Stop“. Der resultierende Strom wird wahrscheinlich durch die Kernsättigung begrenzt (außer in einigen speziellen Fällen, in denen ein Luftkern oder sehr große Luftspalte verwendet werden). Da Motoren im Allgemeinen so ausgelegt sind, dass sie ihr magnetisches Material einigermaßen effizient nutzen, werden Sie normalerweise feststellen, dass das Maximum kurzgeschlossen ist Der Strom aufgrund der Kernsättigung übersteigt den maximalen Bemessungsbetriebsstrom nicht wesentlich. Wie andere angemerkt haben, kann es zu Situationen kommen, in denen die Energie, die abgegeben werden kann, die Gesundheit der Motoren beeinträchtigt, aber es ist unwahrscheinlich, dass Sie damit umgehen, es sei denn, Sie haben einen Motor aus einer elektrischen Ersatzlokomotive, einem Gabelstapler oder einem allgemein sehr großen Gerät

Sie können dies mithilfe der folgenden Methode „vereinfachen“. Ich habe 1 Ohm für Strommesszwecke angegeben, aber Sie können jeden geeigneten verwenden.

Versuchen Sie als Test, einen 1-Ohm-Widerstand zu verwenden, und beobachten Sie die Spannung darüber, wenn Sie ihn als Motorbremse verwenden. Strom = I. = V / R oder hier V / 1, also I = V. Die Verlustleistung beträgt I ^ R oder für 1 Ohm Spitzenleistung mit quadratischen Spitzenverstärkern (oder Widerstand Volt im Quadrat für einen 1 Ohm Widerstand, z. B. 10 A Spitzenmotorstrom vorübergehend 100 Watt bei 1 Ohm erzeugen. In Überschussgeschäften können Sie häufig Leistungswiderstände mit einer Nennleistung von beispielsweise 250 Watt für sehr bescheidene Beträge verwenden. Selbst ein 10-Watt-Drahtwiderstand mit Keramikgehäuse sollte einige Sekunden lang dem Vielfachen seiner Nennleistung standhalten. Dies sind normalerweise der Fall Draht gewickelt, aber die Induktivität sollte niedrig genug sein, um für diese Anwendung nicht relevant zu sein.

Eine weitere ausgezeichnete Quelle für Widerstandselemente ist Nichrome oder Constantan (= Nickelkupfer) oder ein ähnlicher Draht – entweder von einem elektrischen Verteiler oder der erstere von alten elektrischen Heizelementen. Elektrischer Heizelementdraht ist typi Nennleistung für 10 Ampere Dauerbetrieb (wenn der Heizstab kirschrot leuchtet). Sie können mehrere Stränge parallel platzieren, um den Widerstand zu verringern. Dies ist mit normalen Mitteln schwer zu löten. Es gibt Möglichkeiten, aber einfach zum „Spielen“ ist es, Längen in verschraubten Klemmenblöcken festzuklemmen.

Eine Möglichkeit ist eine Glühbirne mit ungefähr korrekten Bewertungen. Messen Sie den Kältewiderstand und stellen Sie den Nennstrom mit I = Watts_rated / Vrated fest. Beachten Sie, dass der Heißwiderstand ein Vielfaches des Kaltwiderstands beträgt. Wenn eine Stromstufe (oder ein Stromstempel für eine Spannungsstufe) an eine Glühbirne angelegt wird, zeigt sie zunächst ihren Kältewiderstand, der sich dann beim Aufwärmen erhöht. Abhängig von der verfügbaren Energie und der Lampenleistung kann die Lampe bis zur vollen Helligkeit leuchten oder kaum schimmern. Beispielsweise wird eine 100-Watt-100-VAC-Glühlampe mit 100 Watt / 110 VAC ~ = 1 Ampere bewertet. Der Heißwiderstand beträgt ungefähr R = V / I = 110/1 = ~ 100 Ohm. Der Kaltwiderstand kann gemessen werden, kann jedoch im Bereich von etwa 5 bis 30 Ohm liegen. Wenn die anfängliche Leistung der Glühbirne 100 Watt beträgt, leuchtet sie schnell auf. Wenn die anfängliche Leistung 10 Watt beträgt, wird sie wahrscheinlich nicht über einen Schimmer hinausgehen. Die beste Analyse der Leistung einer Glühbirne erfolgt über zwei Kanäle Datenlogger von Vbulb und I Bulb und anschließendes Auftragen von V & I und Summieren des VI-Produkts als Motorbremse. Ein sorgfältig handhabbares Oszilloskop gibt eine gute Vorstellung und Verwendung von zwei Metern und Große Sorgfalt kann gut genug sein.

Einige kleine Windturbinen verwenden einen Kurzschluss des Rotors als Überdrehzahlbremse, wenn die Windgeschwindigkeit für den Rotor zu schnell wird. Wenn der Motor nicht gesättigt ist, steigt die Leistungsabgabe ungefähr mit V x I oder Quadrat an der Windgeschwindigkeit (oder Rotordrehzahl).Wenn die Maschine magnetisch gesättigt ist und eine nahezu konstante Stromquelle wird, steigt die Leistung ungefähr linear mit der Rotordrehzahl oder der Windgeschwindigkeit an. ABER da die Windenergie proportional zur gewürfelten Rotordrehzahl ist, ist es offensichtlich, dass es eine maximale Rotordrehzahl gibt, ab der die Eingangsenergie die maximal verfügbare Bremskraft überschreitet. Wenn Sie bei der Überdrehzahlregelung auf einen Kurzschluss des Rotors angewiesen sind, möchten Sie das Bremsen des Kurzschlusses des Rotors deutlich unterhalb der Eingangs- / Ausgangsüberkreuzungsgeschwindigkeit starten. Wenn Sie dies nicht tun, kann eine plötzliche Böe die Rotordrehzahl über die kritische Grenze drücken und sie läuft dann glücklich davon. Durchgebrannte Windturbinen bei Hochgeschwindigkeitswinden können Spaß machen, wenn Sie sie nicht besitzen und an einem sehr sicheren Ort stehen. Wenn beide nicht zutreffen, verwenden Sie viel Sicherheitsspielraum.

Bremsen wahrscheinlich Das Profil kann semi-empirisch wie folgt bestimmt werden.

1. Dies ist der schwierige Teil 🙂 Berechnen Sie den Rotor und laden Sie die gespeicherte Energie. Dies geht über den Rahmen dieser Antwort hinaus, ist jedoch Standardtext Zu den Faktoren gehören Massen und das Trägheitsmoment rotierender Teile. Die resultierende gespeicherte Energie hat Terme in RPM ^ 2 (wahrscheinlich) und einige andere Faktoren.

2. Spin kurzgeschlossen Rotor bei verschiedenen Drehzahlen und Verluste bei gegebener Drehzahl bestimmen. Dies könnte mit einem Dynamometer erfolgen, aber einige Strommessungen und Schaltungseigenschaften sollten ausreichen. Beachten Sie, dass sich der Rotor beim Bremsen erwärmt. Dies kann von Bedeutung sein oder auch nicht hat einige Zeit gelaufen und kann vor dem Bremsen warme Rotorwicklungen haben. Diese Möglichkeiten müssen berücksichtigt werden.

3. Führen Sie entweder eine analytische Lösung auf der Grundlage der oben genannten (einfacheren) Methode durch, um ein interaktives Programm zur Bestimmung der Geschwindigkeits- / Leistungsverlustkurve zu schreiben. So etwas wie eine Excel-Tabelle wird dies leicht tun. Der Zeitschritt kann geändert werden, um die Ergebnisse zu beobachten.

Für maximale Spielsicherheit kann der Motor an einen 1-Ohm-Widerstand (z. B.) angeschlossen und mit einem externen Antrieb hochgefahren werden – z Bohrmaschine, Batterie-Handbohrmaschine (grobe Geschwindigkeitsregelung) usw. Die Spannung am Lastwiderstand gibt Strom.

Ihr Motor arbeitet als Generator – das sogenannte „elektrische Bremsen“. Der Stromkreis besteht aus der Motorspule und allem, was Sie daran anschließen. Der Strom hängt von diesem Schaltungswiderstand ab.

Da die Spule und die anderen Komponenten nacheinander verbunden sind, ist der Strom in allen Teilen der Schaltung gleich. Wenn Sie den Motor kurzschließen, hängt der Widerstand ausschließlich vom Spulenwiderstand ab. Dies kann zu einem ziemlich hohen Strom führen, der abhängig von der genauen Motorkonstruktion und seiner Drehzahl zu dem Zeitpunkt, an dem Sie mit dem Bremsen beginnen, den Motor erwärmen kann, was zum Verbrennen oder Schmelzen der Spule führen kann. Betrachten Sie Eisenbahnzüge – sie müssen massive Widerstände zum elektrischen Bremsen verwenden und diese erwärmen sich erheblich.

Wenn Sie die Anschlüssen wird die kinetische Energie an Motorteilen abgeführt.

• Wicklungen werden erwärmt.
• Hochstrom fließt durch die Bürsten und verursacht Lichtbögen.
• Langfristig zerfallen die Bürsten und erzeugen leitenden Staub Kommutatorring
• Der Kommutatorring wird schließlich zu einem dauerhaften Kurzschlusspunkt, der einen Überstrom verursacht.
• schließlich werden Leistungsschalter, die den Motor steuern, überlastet und fallen aus (zum Beispiel: Transistoren)

Übrigens. Typische normale elektronische Regenerationsunterbrechung umfasst wenige Teile wie 68-Ohm-Widerstand, Leistungstransistor und einige Spannungsteiler und Zener.

Kommentare

• Ihre “ Übrigens “ fehlt der Kontext. Können Sie das etwas erweitern?
• Regenerative Widerstände, die normalerweise in Servos mit > 100 W Leistung und mehr verwendet werden. Die Gleichstromquelle wird parallel mit einer 3-Phasen-Brücke und einer Regenerationsschaltung geladen. Wenn die Spannung die Nennspannung des Busses überschreitet (z. B. 55 V > 48 V) oder die CPU sich zum Bremsen entscheidet, öffnet der Überspannungssensor den Leistungstransistor und es fließt hoher Strom durch den Widerstand. Aus irgendeinem Grund ist dieser Bereich voller nutzloser Patente, daher ist es nicht einfach, nach selbsterklärenden Schaltplänen zu suchen.

Ein typischer Bürstenmotor kann vernünftigerweise als idealer Motor in Reihe mit einem Widerstand modelliert werden und eine Induktivität. Ein idealer Motor erscheint elektrisch als spannungsfreie Spannungsversorgung / -klemme (die Strom beziehen oder abbauen kann), deren Polarität und Spannung ein konstantes Vielfaches der Drehzahl ist. Es wird ein Drehmoment in Strom umgewandelt und umgekehrt, wobei das Drehmoment ein konstantes Vielfaches des Stroms ist. Um das Bremsverhalten herauszufinden, verwenden Sie einfach das Modell mit einem Widerstand, der dem Gleichstromwiderstand des Motors im Stillstand entspricht. Die Induktivität kann wahrscheinlich ignoriert werden, es sei denn, man versucht, den Motorstrom schnell ein- und auszuschalten (z. B. mit einem PWM-Antrieb) ).

Ein Kurzschluss der Leitungen eines Motors führt dazu, dass Strom fließt, der dem Verhältnis der Leerlaufspannung (bei ihrer gegenwärtigen Drehzahl) zum Widerstand entspricht. Dies führt zu einem Bremsmoment, das in etwa dem Drehmoment entspricht Dies würde sich ergeben, wenn diese Spannung extern an den Motor angelegt würde, während dieser blockiert war, und sie würde auch die gleiche Menge an Leistung in den Motorwicklungen abführen wie in diesem Blockierszenario.