Freinage dun moteur CC à balais

Ce quils ont dit … plus / mais:

Lorsquun court-circuit est appliqué aux bornes dun moteur à courant continu, le rotor et toute charge attachée seront freinés rapidement. « Rapidement » dépend du système mais comme la puissance de freinage peut être légèrement supérieure à la puissance maximale de conception du moteur, le freinage sera généralement important.

Dans la plupart des cas, cest une chose supportable si vous trouvez le résultat utile.

La puissance de freinage est denviron I ^ 2R

• où I = courant de freinage de court-circuit initial du moteur (voir ci-dessous) et

• R = résistance du circuit formé, y compris la résistance du moteur-rotor + le câblage + la résistance des balais le cas échéant + toute résistance externe.

Lapplication dun court-circuit permet dobtenir le freinage moteur maximal que vous pouvez obtenir sans appliquant une CEM inversée externe (ce que font certains systèmes). De nombreux systèmes darrêt durgence utilisent un court-circuit du rotor pour un « crash stop ». Le courant résultant sera probablement limité par la saturation du noyau (sauf dans quelques cas particuliers où un noyau dair ou de très grands entrefers sont utilisés.) Comme les moteurs sont généralement conçus pour utiliser raisonnablement efficacement leur matériau magnétique, vous trouverez généralement ce court-circuit maximal. le courant dû à la saturation du cœur ne dépasse pas largement le courant de fonctionnement nominal maximal. Comme dautres lont noté, vous pouvez avoir des situations dans lesquelles lénergie qui peut être fournie est mauvaise pour la santé des moteurs, mais il est peu probable que vous les traitiez à moins davoir un moteur dune locomotive électrique de rechange, dun chariot élévateur ou dun équipement généralement très gros. .

Vous pouvez « vous faciliter la tâche » en utilisant la méthode ci-dessous. Jai spécifié 1 ohm pour la mesure du courant, mais vous pouvez utiliser tout ce qui convient.

Pour tester, essayez dutiliser une résistance de 1 ohm, par exemple, et observez la tension à ses bornes lorsquelle est utilisée comme frein moteur. Courant = I = V / R ou ici V / 1 donc I = V. La dissipation de puissance sera I ^ R ou pour 1 ohm Puissance de crête avec des ampères de crête au carré (ou résistance Volts au carré pour une résistance de 1 ohm. Par exemple, le courant de crête du moteur de 10 A sera temporairement produire 100 watts dans 1 ohm. Vous pouvez souvent mais des résistances de puissance de 250 watts par exemple dans les magasins excédentaires pour des sommes très modestes. Même une résistance bobinée de 10 watts avec corps en céramique devrait supporter plusieurs fois sa puissance nominale pendant quelques secondes. fil enroulé, mais linductance doit être suffisamment faible pour ne pas être pertinente dans cette application.

Une autre excellente source délément de résistance est Nichrome ou Constantan (= Nickel Cuivre) ou un fil similaire – provenant dun distributeur électrique ou lancien des anciens éléments de chauffage électrique. Le fil de lélément de chauffage électrique est typi Cally évalué pour 10 ampères en continu (quand il brille de chauffage-barre-rouge cerise). Vous pouvez placer plusieurs brins en parallèle pour réduire la résistance. Ceci est difficile à souder par des moyens normaux. Il existe des moyens, mais il est facile de « jouer » en serrant des longueurs dans des borniers à vis.

Une possibilité est une ampoule à peu près correcte. Mesurez sa résistance au froid et établissez son courant nominal par I = Watts_rated / Vrated. Notez que la résistance à chaud sera plusieurs à plusieurs fois la résistance au froid. Lorsquun échelon de courant (ou un échelon de courant à un échelon de tension) est appliqué à une ampoule, elle présentera initialement sa résistance au froid qui augmentera ensuite à mesure quelle se réchauffe. En fonction de lénergie disponible et du calibre de lampoule, lampoule peut briller à pleine luminosité ou peut à peine briller. Par exemple, une ampoule à incandescence de 100 watts 100 VCA aura une valeur nominale de 100 watts / 110 VCA ~ = 1 ampère. Sa résistance à chaud sera denviron R = V / I = 110/1 = ~ 100 Ohms. Sa résistance au froid pourra être mesurée mais peut être de lordre de 5 à 30 Ohm. Si la puissance initiale de lampoule est de 100 watts, elle «séclairera» rapidement. Si la puissance initiale est de 10 watts, elle ne dépassera probablement pas une lueur. La meilleure analyse de ce que fait une ampoule serait par deux canaux enregistreur de données de lampoule Vbulb et I et tracé ultérieur de V & I et additionnant le produit VI lorsque le moteur freine. Un oscilloscope soigneusement manipulé donnera une idée juste et lutilisation de deux mètres et une grande prudence peut suffire.

Certaines PETITES éoliennes utilisent le court-circuit du rotor comme frein de survitesse lorsque la vitesse du vent devient trop rapide pour le rotor. Lorsque le moteur nest pas saturé, la puissance augmente approximativement de V x I ou carré de la vitesse du vent (ou du rotor).Lorsque la machine sature magnétiquement et devient une source de courant presque constante, la puissance augmente approximativement linéairement avec la vitesse du rotor ou la vitesse du vent. MAIS comme lénergie éolienne est proportionnelle à la vitesse du rotor au cube, il est évident quil y aura une vitesse maximale du rotor au-delà de laquelle lénergie dentrée dépasse leffort de freinage maximum disponible. Si vous comptez sur un court-circuit du rotor pour le contrôle de la vitesse excessive, vous voulez vraiment vraiment démarrer le freinage en court-circuit du rotor bien en dessous de la vitesse de croisement entrée / sortie. Si vous ne le faites pas, cela peut signifier quune rafale soudaine pousse la vitesse du rotor au-dessus de la limite critique et il senfuira alors joyeusement. Les éoliennes qui semballent dans des vents à haute vitesse peuvent être amusantes à regarder si vous ne les possédez pas et que vous vous trouvez dans un endroit très sûr. Si ces deux conditions ne sappliquent pas, utilisez beaucoup de marge de sécurité.

Freinage probable Le profil peut être déterminé de manière semi-empirique comme suit.

1. Cest la partie la plus difficile :-). Calculer le rotor et charger lénergie stockée. Cela dépasse le cadre de cette réponse mais est du texte standard livres. Les facteurs incluent les masses et le moment dinertie des pièces en rotation. Lénergie stockée résultante aura des termes en RPM ^ 2 (probablement) et quelques autres facteurs.

2. spin shorted rotor à différentes vitesses et déterminer les pertes à un régime donné. Cela pourrait être fait avec un dynamomètre, mais certaines mesures de courant et certaines caractéristiques du circuit devraient suffire. Notez que le rotor chauffera au freinage. Cela peut être important ou non. De plus, un moteur qui a fonctionné pendant un certain temps peut avoir des enroulements de rotor chauds avant le freinage. Ces possibilités doivent être incluses.

3. Faites soit une solution analytique basée sur ce qui précède (plus facile) soit décrire un programme interactif pour déterminer la courbe de vitesse / perte de puissance. Quelque chose comme une feuille de calcul Excel le fera facilement. Le pas de temps peut être modifié pour observer les résultats.

Pour une sécurité maximale de jeu, le moteur peut être connecté à une résistance de 1 ohm (disons) et mis en rotation à laide dun lecteur externe – par exemple perceuse à colonne, perceuse à main à batterie (commande de vitesse brute) etc. La tension à travers la résistance de charge donne le courant.

Votre moteur fonctionnera comme un générateur – ce que lon appelle le « freinage électrique ». Le circuit sera formé de la bobine du moteur et de tout ce que vous y connectez. Le courant dépendra de la résistance du circuit.

Puisque la bobine et les autres composants sont connectés séquentiellement, le courant sera égal dans toutes les parties du circuit. Si vous court-circuitez le moteur, la résistance dépendra uniquement de la résistance de la bobine. Cela peut conduire à un courant assez élevé qui, selon la conception exacte du moteur et sa vitesse au moment où vous commencez le freinage, peut chauffer le moteur, ce qui peut entraîner la combustion ou la fusion de la bobine. Pensez aux trains ferroviaires – ils doivent utiliser des résistances massives pour le freinage électrique et celles-ci chauffent considérablement.

Si vous court-circuitez le bornes, lénergie cinétique se dissipera sur les pièces du moteur.

• les enroulements seront chauffés
• un courant élevé circulera à travers les brosses et provoquera des arcs électriques
• à long terme, les brosses se décomposeront et créeront de la poussière conductrice sur anneau de commutateur
• lanneau de commutateur deviendra éventuellement un point de court-circuit permanent provoquant une surintensité
• éventuellement des interrupteurs dalimentation, le contrôle du moteur sera surchargé et échouera (par exemple: transistors)

Btw. La coupure régénérative électronique normale typique comprend quelques pièces comme une résistance de 68 Ohm, un transistor de puissance et quelques diviseurs de tension et zener.

Commentaires

• Votre  » BTW  » manque de contexte. Pouvez-vous étendre cela un peu?
• Résistances régénératives généralement utilisées dans les servos avec > sortie 100 W et plus. La source dalimentation CC est chargée avec un pont triphasé et un circuit de régénération en parallèle. Lorsque la tension dépasse la tension nominale du bus (disons 55V > 48V), ou que le CPU décide de freiner, le capteur de surtension ouvre le transistor de puissance et un courant élevé traverse le résisiteur. Pour une raison quelconque, cette zone regorge de brevets inutiles, il nest donc pas facile de rechercher des schémas explicites sur Google.

Considérez ce qui se passe si vous appliquez la pleine tension du moteur lorsque le moteur est au repos. La pleine tension apparaîtra à travers la résistance dinduit qui dissipera la puissance maximale. Au fur et à mesure que le couple du moteur accélère la charge mécanique, la vitesse du moteur, donc la force contre-électromotrice, augmente et le courant, doù la puissance dans larmature diminue. Finalement, le back-emf est presque égal à la tension dentrée et la puissance dissipée par larmature atteint un niveau de repos.

Maintenant, envisagez de supprimer la tension dentrée et de court-circuiter larmature. La force électromotrice complète apparaît maintenant à travers larmature qui se dissipe presque autant quau démarrage.Finalement, le couple du moteur ralentit la charge mécanique et finalement le moteur sarrête.

Ainsi, la dissipation de puissance dinduit suit approximativement la même courbe en fonction du temps lors du démarrage ou de larrêt. Donc, si votre moteur peut survivre à la pleine tension du moteur appliquée depuis le repos, il peut survivre en ayant son armature court-circuitée à pleine vitesse.

Comme le dit Sharptooth, dans les trains, des résistances de freinage peuvent être utilisées pour vider le puissance de charge, mais la tension du moteur complète n’est pas appliquée à partir du repos. Je ne suis pas un expert de la conception de trains à la pointe de la technologie, mais sur les anciens trains de métro de Londres, les résistances de ballast étaient connectées en série avec larmature et progressivement éteintes comme le train a pris de la vitesse.

Un moteur à brosse typique peut être raisonnablement modélisé comme un moteur idéal en série avec une résistance et un inducteur. Un moteur idéal apparaîtra électriquement sous la forme dune alimentation / pince de tension à résistance nulle (capable de générer ou dabsorber de lénergie) dont la polarité et la tension sont un multiple constant de la vitesse de rotation. Il produira un couple de conversion en courant et vice versa, le couple étant un multiple constant du courant. Pour déterminer le comportement de freinage, utilisez simplement le modèle avec une résistance égale à la résistance CC du moteur lorsquil est calé; linductance peut probablement être ignorée sauf lorsque lon essaie dallumer et déteindre rapidement le courant du moteur (par exemple avec un variateur PWM ).

Court-circuiter les fils dun moteur fera circuler le courant égal au rapport entre la tension en circuit ouvert (à sa vitesse actuelle) et la résistance. Cela entraînera un couple de freinage à peu près égal au couple cela se produirait si cette tension était appliquée de manière externe au moteur alors quil était calé; elle dissipera également la même quantité dénergie dans les enroulements du moteur que ce scénario de décrochage.