Frenare un motore CC con spazzole

Cosa hanno detto … più / ma:

Quando si applica un cortocircuito ai terminali di un motore CC, il rotore e qualsiasi carico collegato verranno frenati rapidamente. “Rapidamente” dipende dal sistema ma poiché la potenza di frenata può essere leggermente superiore alla potenza massima di progetto del motore, la frenata sarà generalmente significativa.

Nella maggior parte dei casi questa è una cosa sopportabile se trovi utile il risultato.

La potenza di frenatura è di circa I ^ 2R

• dove I = corrente di frenatura di cortocircuito iniziale del motore (vedi sotto) e

• R = resistenza del circuito formato inclusa resistenza motore-rotore + cablaggio + resistenza spazzole se pertinente + eventuale resistenza esterna.

Applicando un cortocircuito si ottiene la massima frenatura del motore che si può ottenere senza applicare EMF inverso esterno (cosa che fanno alcuni sistemi) Molti sistemi di arresto di emergenza utilizzano il cortocircuito del rotore per ottenere un “crash stop”. La corrente risultante sarà probabilmente limitata dalla saturazione del nucleo (tranne in alcuni casi speciali in cui vengono utilizzati un aircore o traferri molto grandi). Poiché i motori sono generalmente progettati per fare un uso ragionevolmente efficiente del loro materiale magnetico, di solito troverai quel massimo cortocircuito la corrente dovuta alla saturazione del nucleo non supera di gran lunga la corrente di funzionamento nominale massima. Come altri hanno notato, è possibile ottenere situazioni in cui lenergia che può essere erogata è dannosa per la salute dei motori, ma è improbabile che tu abbia a che fare con questi a meno che tu non abbia un motore di una locomotiva elettrica di scorta, un carrello elevatore o un pezzo di equipaggiamento generalmente di grandi dimensioni .

Puoi “farcela” usando il metodo seguente. Ho specificato 1 ohm per la misurazione della corrente, ma puoi usare qualunque cosa si adatti.

Come test prova a usare un resistore da 1 ohm e osserva la tensione attraverso di esso quando usato come freno motore. Corrente = I = V / R o qui V / 1 quindi I = V. La dissipazione di potenza sarà I ^ R o per potenza di picco di 1 ohm con ampere di picco al quadrato (o Volt del resistore al quadrato per un resistore da 1 ohm. Ad esempio, la corrente di picco del motore di 10A sarà temporaneamente producono 100 Watt in 1 ohm. Spesso è possibile utilizzare resistori di potenza, diciamo 250 Watt, nei negozi in eccesso per somme molto modeste. Anche un resistore a filo avvolto da 10 Watt con corpo in ceramica dovrebbe resistere molte volte la sua potenza nominale per pochi secondi. Di solito sono filo avvolto, ma linduttanza dovrebbe essere abbastanza bassa da non essere rilevante in questa applicazione.

Unaltra eccellente fonte di resistore è Nichrome o Constantan (= Nickel Copper) o filo simile – sia da un distributore elettrico o il primo da vecchi elementi del riscaldatore elettrico.Il filo dellelemento del riscaldatore elettrico è tipico cally valutato per 10 amp continui (quando emette luce rossa ciliegia). Puoi posizionare più fili in parallelo per ridurre la resistenza. Questo è difficile da saldare con mezzi normali. Ci sono modi, ma facile per “giocare” è bloccare le lunghezze in morsettiere a vite.

Una possibilità è una lampadina di circa valutazioni corrette. Misurare la sua resistenza al freddo e stabilire la sua corrente nominale con I = Watts_rated / Vrated. Notare che la resistenza al caldo sarà molte volte superiore alla resistenza al freddo. Quando un gradino di corrente (o un dado di corrente a un gradino di tensione) viene applicato a una lampadina, inizialmente presenterà la sua resistenza al freddo che aumenterà poi mentre si riscalda. A seconda dellenergia disponibile e della potenza della lampadina, la lampadina potrebbe illuminarsi fino alla massima luminosità o potrebbe appena brillare. ad esempio, una lampadina a incandescenza da 100 Watt e 100 VAC avrà una potenza nominale di 100 Watt / 110 VAC ~ = 1 Amp. La sua resistenza al caldo sarà di circa R = V / I = 110/1 = ~ 100 Ohm. La resistenza al freddo potrà essere misurata, ma potrebbe essere compresa tra 5 e 30 Ohm. Se la potenza iniziale nella lampadina è diciamo 100 Watt “s” si accenderà “rapidamente. Se la potenza inizialmente è diciamo 10 Watt probabilmente non supererà un barlume. La migliore analisi di ciò che sta facendo una lampadina sarebbe da due canali data logger di Vbulb e I bulbo e successivo grafico di V & I e sommando il prodotto VI come il motore frena. Un oscilloscopio maneggia con cura darà una buona idea e luso di due metri e una grande attenzione può essere sufficiente.

Alcune turbine eoliche PICCOLE utilizzano il cortocircuito del rotore come freno di velocità eccessiva quando la velocità del vento diventa troppo veloce per il rotore. Quando il motore non è saturo, la potenza in uscita aumenta approssimativamente come V x I o quadrato della velocità del vento (o del rotore).Quando la macchina si satura magneticamente e diventa una sorgente di corrente quasi costante, la potenza aumenta in modo approssimativamente lineare con la velocità del rotore o la velocità del vento. MA poiché lenergia eolica è proporzionale alla velocità del rotore al cubo, è evidente che ci sarà una velocità massima del rotore oltre la quale lenergia in ingresso supera lo sforzo di frenatura massimo disponibile. Se si dipende dal cortocircuito del rotore per il controllo della velocità eccessiva, si desidera davvero avviare la frenata in cortocircuito del rotore ben al di sotto della velocità di crossover di ingresso / uscita. In caso contrario, una raffica improvvisa spinge la velocità del rotore al di sopra del limite critico e quindi scapperà felicemente. Le turbine eoliche in fuga con venti ad alta velocità possono essere divertenti da guardare se non le possiedi e ti trovi in un luogo molto sicuro. Se entrambe le condizioni non si applicano, utilizza un ampio margine di sicurezza.

Probabile frenata il profilo può essere determinato in modo semi-empirico come segue.

1. Questa è la parte difficile :-). Calcola il rotore e carica lenergia immagazzinata. Questo va oltre lo scopo di questa risposta ma è un testo standard roba da libri. I fattori includono le masse e il momento di inerzia delle parti rotanti. Lenergia immagazzinata risultante avrà termini in RPM ^ 2 (probabilmente) e alcuni altri fattori.

2. cortocircuito rotore a varie velocità e determinare le perdite a un dato numero di giri. Questo potrebbe essere fatto con un dinamometro, ma alcune misurazioni di corrente e caratteristiche del circuito dovrebbero essere sufficienti. Si noti che il rotore si riscalderà in frenata. Questo può o non può essere significativo. Inoltre, un motore che ha funzionato per un po di tempo potrebbe avere avvolgimenti del rotore caldi prima della frenata. Queste possibilità devono essere incluse.

3. Eseguire una soluzione analitica basata su quanto sopra (più semplice) di scrivere un programma interattivo per determinare la curva di perdita di velocità / potenza. Qualcosa come un foglio di calcolo Excel lo farà facilmente. Timestep può essere modificato per osservare i risultati.

Per la massima sicurezza di gioco, il motore può essere collegato a una resistenza da 1 ohm (diciamo) e fatto girare usando un drive esterno, ad es. trapano a colonna, trapano a mano a batteria (controllo della velocità grezzo) ecc. La tensione attraverso il resistore di carico fornisce corrente.

Il tuo motore funzionerà come un generatore, la cosiddetta “frenatura elettrica”. Il circuito sarà formato dalla bobina del motore e da tutto ciò che si collega ad essa. La corrente dipenderà dalla resistenza del circuito.

Poiché la bobina e gli altri componenti sono collegati in sequenza, la corrente sarà uguale in tutte le parti del circuito. Se si mette in corto il motore, la resistenza dipenderà esclusivamente dalla resistenza della bobina. Ciò può portare a una corrente piuttosto elevata che, a seconda dellesatta progettazione del motore e della sua velocità nel punto in cui si inizia a frenare, può riscaldare il motore, il che può portare alla combustione o alla fusione della bobina. Considera i treni ferroviari: devono utilizzare resistenze massicce per la frenatura elettrica e quelle si surriscaldano notevolmente.

Se metti in corto il terminali, lenergia cinetica si dissiperà sulle parti del motore.

• gli avvolgimenti saranno riscaldati
• lalta corrente scorrerà attraverso le spazzole e causerà archi
• a lungo termine, le spazzole si decompongono e creano polvere conduttiva su anello del commutatore
• lanello del commutatore finirà per diventare punto di cortocircuito permanente causando sovracorrente
• eventualmente interruttori di alimentazione, il controllo del motore sarà sovraccaricato e si guasterà (ad esempio: transistor)

Btw. La normale interruzione rigenerativa elettronica normale include alcune parti come una resistenza da 68 Ohm, un transistor di potenza e alcuni divisori di tensione e zener.

Commenti

• Il tuo ” BTW ” manca di contesto. Puoi ampliarlo un po ?
• Resistenze rigenerative tipicamente utilizzate nei servocomandi con > 100 W di uscita e oltre. La fonte di alimentazione CC è caricata con un ponte trifase e un circuito di rigenerazione in parallelo. Quando la tensione supera la tensione nominale del bus (diciamo 55V > 48V), o la CPU decide di frenare, il sensore di sovratensione apre il transistor di potenza e lalta corrente scorre attraverso il resistore. Per qualche ragione, questarea è piena di brevetti inutili, quindi non è facile cercare su Google schemi autoesplicativi.

Un tipico motore a spazzole può essere ragionevolmente modellato come un motore ideale in serie con un resistore e un induttore. Un motore ideale apparirà elettricamente come un alimentatore / morsetto di tensione a resistenza zero (in grado di fornire o ridurre la potenza) la cui polarità e tensione è un multiplo costante della velocità di rotazione. Produrrà convertire la coppia in corrente e viceversa, con la coppia che è un multiplo costante della corrente. Per calcolare il comportamento di frenatura, è sufficiente utilizzare il modello con una resistenza uguale alla resistenza CC del motore quando è in stallo; linduttanza può probabilmente essere ignorata tranne quando si sta cercando di accendere e spegnere rapidamente la corrente del motore (ad esempio con un azionamento PWM ).

Il cortocircuito dei cavi di un motore provocherà un flusso di corrente uguale al rapporto tra la tensione a circuito aperto (alla sua velocità attuale) e la resistenza. Ciò causerà una coppia frenante allincirca uguale in ampiezza alla coppia ciò risulterebbe se quella tensione fosse applicata esternamente al motore mentre era in stallo; dissiperà anche la stessa quantità di potenza negli avvolgimenti del motore come nello scenario di stallo.