Hamowanie szczotkowanego silnika prądu stałego

Co powiedzieli … plus / ale:

Kiedy zwarcie wystąpi na zaciskach silnika prądu stałego, wirnik i każde podłączone obciążenie zostaną szybko zahamowane. „Szybko” zależy od systemu ale ponieważ moc hamowania może być nieco wyższa od maksymalnej mocy obliczeniowej silnika, hamowanie będzie zwykle znaczące.

W większości przypadków jest to nie do zniesienia, jeśli uznasz, że wynik jest przydatny.

Moc hamowania wynosi około I ^ 2R

• gdzie I = początkowy prąd hamowania zwarciowego silnika (patrz poniżej) i

• R = rezystancja utworzonego obwodu, w tym rezystancja silnika-wirnika + okablowanie + rezystancja szczotki, jeśli dotyczy + jakakolwiek rezystancja zewnętrzna.

Zastosowanie zwarcia zapewnia maksymalne hamowanie silnika, które można osiągnąć bez zastosowanie zewnętrznego odwrotnego pola elektromagnetycznego (co ma miejsce w niektórych systemach) Wiele systemów zatrzymywania awaryjnego wykorzystuje do osiągnięcia zwarcia wirnika „zatrzymanie awaryjne”. Wynikowy prąd będzie prawdopodobnie ograniczony przez nasycenie rdzenia (z wyjątkiem kilku specjalnych przypadków, w których używany jest rdzeń powietrzny lub bardzo duże szczeliny powietrzne). Ponieważ silniki są generalnie zaprojektowane tak, aby w miarę efektywnie wykorzystywać ich materiał magnetyczny, zwykle stwierdza się, że maksymalne zwarcie prąd wynikający z nasycenia rdzenia nie przekracza znacznie maksymalnego znamionowego prądu roboczego. Jak zauważyli inni, mogą wystąpić sytuacje, w których energia, którą można dostarczyć, jest szkodliwa dla zdrowia silników, ale jest mało prawdopodobne, abyś miał do czynienia z nimi, chyba że masz silnik z zapasowej lokomotywy elektrycznej, wózka widłowego lub ogólnie bardzo dużego sprzętu .

Możesz „ułatwić to”, używając poniższej metody. Podałem 1 om dla celów pomiaru prądu, ale możesz użyć dowolnego dopasowania.

Jako test spróbuj użyć, powiedzmy, rezystora 1 om i obserwuj napięcie na nim, gdy jest używany jako hamulec silnika. Prąd = I = V / R lub tutaj V / 1, więc I = V.Rozpraszanie mocy będzie wynosić I ^ R lub dla wartości szczytowej 1 oma Moc z podniesioną do kwadratu wartością szczytową w amperach (lub wolty rezystora podniesione do kwadratu dla rezystora 1 oma. 100 W na 1 om. Często można kupić rezystory o mocy, powiedzmy 250 W, w nadwyżkach za bardzo skromne sumy. Nawet 10-watowy rezystor drutowy w obudowie ceramicznej powinien wytrzymać wielokrotnie większą moc znamionową przez kilka sekund. Są to zwykle drut nawinięty, ale indukcyjność powinna być wystarczająco niska, aby nie była odpowiednia w tym zastosowaniu.

Innym doskonałym źródłem elementu rezystorowego jest Nichrome lub Constantan (= Nickel Copper) lub podobny drut – albo z dystrybutora elektrycznego lub pierwszy ze starych elementów nagrzewnicy elektrycznej .Przewód grzałki elektrycznej jest typowy cally oceniane na ciągłe 10 A (kiedy świeci się pasek grzejnika-wiśniowo-czerwony). Możesz umieścić wiele pasm równolegle, aby zmniejszyć opór. To jest trudne do lutowania w normalny sposób. Są sposoby, ale łatwe do „zabawy” jest zaciskanie odcinków w zaciskach śrubowych.

Możliwością jest żarówka około prawidłowych ocen. Zmierz jego odporność na zimno i ustal jego prąd znamionowy przez I = Watts_rated / Vrated. Należy pamiętać, że opór na gorąco będzie kilkakrotnie lub wielokrotnie większy niż opór na zimno. Kiedy do żarówki zostanie przyłożony skok prądu (lub zanik prądu do kroku napięcia), na początku będzie ona wykazywać swoją odporność na zimno, która następnie wzrośnie w miarę nagrzewania. W zależności od dostępnej energii i wartości znamionowej żarówki, żarówka może świecić do pełnej jasności lub ledwo migotać. np. żarówka 100 W 100 VAC będzie miała moc znamionową 100 W / 110 VAC ~ = 1 Amp. Jego rezystancja na gorąco będzie wynosić około R = V / I = 110/1 = ~ 100 omów. Będzie można zmierzyć jego rezystancję na zimno, ale może wynosić powiedzmy w zakresie od 5 do 30 omów. Jeśli początkowa moc żarówki wynosi, powiedzmy, 100 W, będzie się szybko „rozjaśniać”. Jeśli początkowa moc wynosi, powiedzmy, 10 watów, prawdopodobnie nie przekroczy ona przebłysku. Najlepszą analizą tego, co robi żarówka, byłaby analiza dwukanałowa rejestrator danych żarówek Vbulb i I, a następnie wykreślenie V & I i zsumowanie iloczynu VI przy hamowaniu silnika. Ostrożnie obchodzi się z oscyloskopem, co da rzetelny obraz i użycie dwóch metrów oraz wielka ostrożność może być wystarczająco dobra.

Niektóre MAŁE turbiny wiatrowe wykorzystują zwarcie wirnika jako hamulec nadmiernej prędkości, gdy prędkość wiatru jest zbyt duża dla wirnika. Gdy silnik nie jest nasycony, moc wzrasta w przybliżeniu jako V x I lub kwadrat prędkości wiatru (lub wirnika).Kiedy maszyna nasyca się magnetycznie i staje się prawie stałym źródłem prądu, moc rośnie w przybliżeniu liniowo wraz z prędkością wirnika lub prędkością wiatru. ALE ponieważ energia wiatru jest proporcjonalna do sześciennej prędkości wirnika, oczywiste jest, że wystąpi maksymalna prędkość wirnika, powyżej której energia wejściowa przekracza maksymalną dostępną siłę hamowania. Jeśli masz zamiar polegać na zwarciu wirnika w celu sterowania nadmierną prędkością, naprawdę naprawdę chcesz rozpocząć hamowanie zwarte wirnika znacznie poniżej prędkości zwrotnicy wejścia / wyjścia. Niezastosowanie się do tego może oznaczać, że nagły podmuch wypycha prędkość wirnika powyżej krytycznej granicy i wtedy szczęśliwie ucieknie. Uciekające turbiny wiatrowe w wiatrach o dużej prędkości mogą być zabawne do oglądania, jeśli ich nie posiadasz i stoisz w bardzo bezpiecznym miejscu. Jeśli oba te elementy nie mają zastosowania, zastosuj duży margines bezpieczeństwa.

Prawdopodobne hamowanie profil można określić częściowo empirycznie w następujący sposób.

1. To jest najtrudniejsza część :-). Obliczyć wirnik i załadować zmagazynowaną energię. To wykracza poza zakres tej odpowiedzi, ale jest to standardowy tekst książki. Czynniki obejmują masy i moment bezwładności obracających się części. Otrzymana zmagazynowana energia będzie miała wyrażenia w RPM ^ 2 (prawdopodobnie) i kilka innych czynników.

2. spin zwarty wirnik przy różnych prędkościach i określić straty przy danych obrotach. Można to zrobić za pomocą dynamometru, ale niektóre pomiary prądu i charakterystyki obwodu powinny wystarczyć. Należy pamiętać, że wirnik nagrzewa się podczas hamowania. Może to być znaczące lub nie. Również silnik, który działał przez jakiś czas może mieć ciepłe uzwojenia wirnika przed hamowaniem. Te możliwości muszą być uwzględnione.

3. Wykonaj rozwiązanie analityczne w oparciu o powyższe (łatwiejsze) lub napisz program interaktywny do wyznaczania krzywej prędkości / strat mocy. Coś takiego jak arkusz kalkulacyjny programu Excel zrobi to łatwo. Czas można zmieniać, aby obserwować wyniki.

Aby zapewnić maksymalne bezpieczeństwo odtwarzania, silnik można podłączyć do rezystora 1 omowego (powiedzmy) i rozkręcić za pomocą zewnętrznego napędu – np. wiertarka, wiertarka ręczna akumulatorowa (surowa regulacja prędkości) itp. Napięcie na rezystorze obciążającym daje prąd.

Twój silnik będzie pracował jako generator – tak zwane „hamowanie elektryczne”. Obwód będzie utworzony z cewki silnika i wszystkiego, co do niej podłączysz. Prąd będzie zależał od rezystancji tego obwodu.

Ponieważ cewka i inne elementy są połączone sekwencyjnie, prąd będzie równy we wszystkich częściach obwodu. W przypadku zwarcia silnika rezystancja będzie zależeć wyłącznie od rezystancji cewki. Może to prowadzić do dość wysokiego prądu, który w zależności od dokładnej konstrukcji silnika i jego prędkości w momencie rozpoczęcia hamowania może nagrzać silnik, co może doprowadzić do spalenia lub stopienia cewki. Weź pod uwagę pociągi kolejowe – muszą używać masywnych rezystorów do hamowania elektrycznego, a te znacznie się nagrzewają.

Jeśli skrócisz zaciski, energia kinetyczna rozproszy się na częściach silnika.

• uzwojenia ulegną nagrzaniu
• wysoki prąd przepłynie przez szczotki i spowoduje wyładowanie łukowe
• w dłuższej perspektywie szczotki ulegną rozkładowi i utworzą przewodzący pył pierścień komutatora
• pierścień komutatora ostatecznie stanie się trwałym punktem zwarcia powodującym przetężenie
• ostatecznie przełączniki zasilania, sterowanie silnikiem zostanie przeciążone i ulegnie awarii (na przykład: tranzystory)

Przy okazji. Typowa normalna elektroniczna przerwa regeneracyjna składa się z kilku części, takich jak rezystor 68 omów, tranzystor mocy i niektóre dzielniki napięcia i zener.

Komentarze

• Twój ” BTW ” nie ma kontekstu. Czy możesz to trochę rozszerzyć?
• Rezystory regeneracyjne zwykle używane w serwo o mocy wyjściowej > 100W i większej. Źródło prądu stałego jest obciążone mostkiem trójfazowym i równoległym obwodem regeneracji. Gdy napięcie przekracza napięcie znamionowe magistrali (powiedzmy 55 V > 48 V) lub procesor decyduje się na zahamowanie, czujnik przepięcia otwiera tranzystor mocy i przez rezystor przepływa wysoki prąd. Z jakiegoś powodu obszar ten jest pełen bezużytecznych patentów, więc niełatwo jest wyszukać w Google schematy, które nie wymagają wyjaśnień.

Zastanów się, co się stanie, jeśli zastosujesz pełne napięcie do silnika, gdy silnik jest w spoczynku. Pełne napięcie pojawi się na rezystancji twornika, co spowoduje rozproszenie maksymalnej mocy. Gdy moment obrotowy silnika przyspiesza obciążenie mechaniczne, prędkość silnika, a więc siła przeciwsmarowa, rośnie i prąd, a zatem moc w tworniku spada. Ostatecznie siła przeciwsmarowa jest prawie równa napięciu wejściowemu, a moc rozpraszana przez twornik osiąga poziom jałowy.

Rozważ teraz usunięcie napięcia wejściowego i zwarcie twornika. Pełna tylna emf pojawia się teraz na armaturze, która rozprasza się prawie tak samo, jak podczas uruchamiania.W końcu moment obrotowy silnika spowalnia obciążenie mechaniczne i ostatecznie silnik zatrzymuje się.

Zatem rozpraszanie mocy twornika przebiega w przybliżeniu według tej samej krzywej w czasie podczas uruchamiania lub zatrzymywania. Więc jeśli twój silnik może przetrwać przy pełnym napięciu silnika od spoczynku, może przetrwać zwarcie twornika przy pełnej prędkości.

Jak mówi ostro, w pociągach rezystory hamujące mogą być używane do zrzucania moc obciążenia, ale pełne napięcie silnika nie jest przyłożone od spoczynku. Nie jestem ekspertem w projektowaniu najnowocześniejszych pociągów, ale w starych londyńskich pociągach rurowych rezystory balastowe były połączone szeregowo ze zworą i stopniowo wyłączane gdy pociąg nabierał prędkości.

Typowy silnik szczotkowy można rozsądnie zamodelować jako idealny silnik połączony szeregowo z rezystorem i induktor. Idealny silnik będzie wyglądał elektrycznie jako zasilacz / zacisk o zerowej rezystancji (zdolny do dostarczania lub tonięcia mocy), którego polaryzacja i napięcie są stałą wielokrotnością prędkości obrotowej. Będzie wytwarzać moment obrotowy konwersji na prąd i odwrotnie, przy czym moment obrotowy będzie stałą wielokrotnością prądu. Aby obliczyć zachowanie podczas hamowania, po prostu użyj modelu z rezystorem równym rezystancji prądu stałego silnika po zablokowaniu; indukcyjność można prawdopodobnie zignorować, z wyjątkiem sytuacji, gdy próbuje się szybko włączać i wyłączać prąd silnika (np. Z napędem PWM ).

Zwarcie przewodów silnika spowoduje przepływ prądu równy stosunkowi napięcia otwartego obwodu (przy jego aktualnej prędkości) do rezystancji. Spowoduje to, że moment hamowania będzie mniej więcej równy wartości momentu obrotowego wynikałoby to z zewnętrznego przyłożenia tego napięcia do silnika, gdy był on zablokowany; spowoduje to również rozproszenie takiej samej ilości mocy w uzwojeniach silnika, jak w scenariuszu utknięcia.