O que aconteceria se eu causasse um curto nos terminais de um motor DC enquanto a alimentação estava desconectada, mas ele ainda estava em rotação livre?
Segundo várias fontes, iria travar o motor. Isso faz sentido. Mas eles também mencionam o uso de uma série de resistores de potência e não apenas um curto nos terminais. O que aconteceria se eu apenas colocasse os terminais em curto?
Comentários
- Isso depende da potência do motor. Se ‘ for poderoso o suficiente, você poderia derreter algo.
Resposta
O que eles disseram … mais / mas:
Quando um curto-circuito é aplicado aos terminais de um motor CC, o rotor e qualquer carga conectada serão freados rapidamente. “Rapidamente” depende do sistema mas como a potência de frenagem pode estar um pouco acima da potência de projeto do motor de pico, a frenagem geralmente será significativa.
Na maioria dos casos, isso é algo suportável de se fazer se você achar o resultado útil.
A potência de frenagem é de cerca de I ^ 2R
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onde I = corrente de frenagem de curto-circuito inicial do motor (veja abaixo) e
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R = resistência do circuito formado, incluindo resistência do motor-rotor + fiação + resistência da escova se relevante + qualquer resistência externa.
Aplicar um curto-circuito atinge a frenagem máxima do motor que você pode alcançar sem aplicação de EMF reverso externo (o que alguns sistemas fazem). Muitos sistemas de parada de emergência usam curto-circuito do rotor para alcançar uma “parada repentina”. A corrente resultante provavelmente será limitada pela saturação do núcleo (exceto em alguns casos especiais onde um núcleo de ar ou espaços de ar muito grandes são usados). Como os motores são geralmente projetados para fazer um uso razoavelmente eficiente de seu material magnético, você normalmente encontrará esse máximo em curto a corrente devido à saturação do núcleo não é muito superior à corrente operacional máxima nominal de projeto. Como outros notaram, você pode encontrar situações em que a energia que pode ser fornecida é ruim para a saúde do motor, mas é improvável que você lide com isso, a menos que tenha um motor de uma locomotiva elétrica sobressalente, empilhadeira ou equipamento geralmente muito grande .
Você pode “facilitar isso” usando o método abaixo. Especifiquei 1 ohm para fins de medição de corrente, mas você pode usar o que for adequado.
Como teste, tente usar, digamos, um resistor de 1 ohm e observe a tensão através dele quando usado como freio do motor. Corrente = I = V / R ou aqui V / 1 então I = V. A dissipação de energia será I ^ R ou para 1 ohm de pico Wattagem com amperes de pico ao quadrado (ou resistor Volts ao quadrado para um resistor de 1 ohm. Por exemplo, 10A de pico de corrente do motor temporariamente produz 100 Watt em 1 ohm. Muitas vezes, você pode, mas resistores de potência de, digamos, 250 Watt em lojas de excedentes por quantias muito modestas. Até mesmo um resistor de fio de 10 Watts com corpo de cerâmica deve suportar muitas vezes sua potência nominal por alguns segundos. Geralmente, fio enrolado, mas a indutância deve ser baixa o suficiente para não ser relevante nesta aplicação.
Outra excelente fonte de elemento de resistor é Nichrome ou Constantan (= Níquel Cobre) ou fio semelhante – de um distribuidor elétrico ou o anterior a partir de elementos de aquecedores elétricos antigos. O fio do elemento aquecedor elétrico é típico nominalmente classificado para 10 Amps contínuos (quando brilha aquecedor-barra-cereja-vermelho). Você pode colocar vários fios em paralelo para reduzir a resistência. Isso é difícil de soldar por meios normais. Existem maneiras, mas fácil de “tocar” é prender comprimentos em blocos terminais aparafusados.
Uma possibilidade é uma lâmpada de aproximadamente classificações corretas. Meça sua resistência ao frio e estabeleça sua corrente nominal por I = Watts_rated / Vrated. Observe que a resistência a quente será várias ou muitas vezes a resistência a frio. Quando uma etapa de corrente (ou perda de corrente para uma etapa de tensão) é aplicada a uma lâmpada, ela apresentará inicialmente sua resistência ao frio que aumentará à medida que se aquece. Dependendo da energia disponível e da classificação da lâmpada, a lâmpada pode brilhar até o máximo ou quase não brilhar. por exemplo, uma lâmpada incandescente de 100 Watt e 100 VAC será avaliada em 100 Watt / 110 VAC ~ = 1 Amp. Sua resistência a quente será de cerca de R = V / I = 110/1 = ~ 100 Ohms. Sua resistência a frio poderá ser medida, mas pode estar na faixa de, digamos, 5 a 30 Ohm. Se a potência inicial da lâmpada for de 100 Watt, ela “brilhará” rapidamente. Se a potência inicial da lâmpada for de, digamos, 10 Watts, provavelmente não passará de um lampejo. A melhor análise do que uma lâmpada está fazendo seria por dois canais registrador de dados de Vbulb e I bulb e plotagem subsequente de V & I e somando o produto VI como os freios do motor. Um osciloscópio com manuseio cuidadoso dará uma boa ideia e o uso de dois metros e muito cuidado pode ser suficiente.
Algumas PEQUENAS turbinas eólicas usam o curto-circuito do rotor como um freio de velocidade excessiva quando a velocidade do vento fica muito rápida para o rotor. Quando o motor não está saturado, a saída de energia aumenta aproximadamente como V x I ou quadrada da velocidade do vento (ou rotor).Quando a máquina satura magneticamente e se torna uma fonte de corrente quase constante, a potência aumenta aproximadamente linearmente com a velocidade do rotor ou do vento. MAS, como a energia eólica é proporcional à velocidade do rotor ao cubo, é evidente que haverá uma velocidade máxima do rotor além da qual a energia de entrada excede o esforço máximo de frenagem disponível. Se você vai depender do curto-circuito do rotor para o controle de excesso de velocidade, então você realmente realmente deseja iniciar a frenagem em curto-circuito do rotor bem abaixo da velocidade de crossover de entrada / saída. Deixar de fazer isso pode significar que uma rajada repentina empurra a velocidade do rotor acima do limite crítico e, então, ele fugirá alegremente. Turbinas eólicas em fuga com ventos de alta velocidade podem ser divertidos de assistir se você não as possuir e estiver em um lugar muito seguro. Se ambos não se aplicarem, use muita margem de segurança.
Frenagem provável perfil pode ser determinado semi-empiricamente da seguinte forma.
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Esta é a parte difícil :-). Calcule o rotor e carregue a energia armazenada. Isso está além do escopo desta resposta, mas é um texto padrão material de livro. Os fatores incluem as massas e o momento de inércia das peças giratórias. A energia armazenada resultante terá termos em RPM ^ 2 (provavelmente) e alguns outros fatores.
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spin em curto rotor em várias velocidades e determinar as perdas em uma determinada RPM. Isso pode ser feito com um dinamômetro, mas algumas medições de corrente e características do circuito devem ser suficientes. Observe que o rotor aquece durante a frenagem. Isso pode ou não ser significativo. Além disso, um motor que funcionou por algum tempo pode ter enrolamentos de rotor quentes antes da frenagem. Essas possibilidades precisam ser incluídas.
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Faça uma solução analítica baseada no acima (mais fácil) de escrever um programa interativo para determinar a curva de perda de velocidade / potência. Algo como uma planilha do Excel fará isso facilmente. O intervalo de tempo pode ser alterado para observar os resultados.
Para máxima segurança de jogo, o motor pode ser conectado a um resistor de 1 ohm (digamos) e girado usando um drive externo – por exemplo furadeira, furadeira manual com bateria (controle de velocidade bruto) etc. A tensão através do resistor de carga fornece corrente.
Resposta
Seu motor funcionará como um gerador – a chamada “frenagem elétrica”. O circuito será formado pela bobina do motor e tudo o que você conectar a ela. A corrente dependerá da resistência desse circuito.
Visto que a bobina e os outros componentes estão conectados sequencialmente, a corrente será igual em todas as partes do circuito. Se você colocar o motor em curto, a resistência dependerá exclusivamente da resistência da bobina. Isso pode levar a uma corrente bastante alta que, dependendo do projeto exato do motor e sua velocidade no ponto em que você começa a frenagem, pode aquecer o motor, o que pode levar à queima ou derretimento da bobina. Considere os trens ferroviários – eles precisam usar resistores enormes para frenagem elétrica e aquecem consideravelmente.
Resposta
Se você encurtar o terminais, a energia cinética será dissipada nas peças do motor.
- os enrolamentos serão aquecidos
- alta corrente fluirá através das escovas e causar arco elétrico
- em longo prazo, as escovas irão se deteriorar e criar poeira condutiva em anel do comutador
- o anel do comutador eventualmente se tornará um ponto de curto permanente causando sobrecorrente
- eventualmente, interruptores de energia, o controle do motor sofrerá sobrecarga e falhará (por exemplo: transistores)
Btw. A ruptura regenerativa eletrônica normal típica inclui algumas peças como resistor de 68 Ohm, transistor de potência e alguns divisores de tensão e zener.
Comentários
- Seu ” BTW ” não tem contexto. Você pode expandir um pouco?
- Resistores regenerativos normalmente usados em servos com > saída de 100 W e mais. A fonte de alimentação DC é carregada com ponte trifásica e circuito de regeneração em paralelo. Quando a tensão excede a tensão nominal do barramento (digamos 55V > 48V), ou a CPU decide frear, o sensor de sobretensão abre o transistor de potência e uma alta corrente flui pelo resistor. Por alguma razão, esta área está cheia de patentes inúteis, então não é fácil pesquisar no Google os esquemas autoexplicativos.
Resposta
Considere o que acontece se você aplicar a tensão total do motor quando o motor estiver em repouso. A tensão total aparecerá através da resistência da armadura, que dissipará a potência máxima. À medida que o torque do motor acelera a carga mecânica, a velocidade do motor, portanto a fem de retorno, aumenta e a corrente, portanto, a potência na armadura diminui. Eventualmente, o back-emf é quase igual à tensão de entrada e a potência dissipada pela armadura atinge um nível inativo.
Agora, considere remover a tensão de entrada e curto-circuitar a armadura. O back-emf completo agora aparece através da armadura, que se dissipa quase tanto quanto no início.Eventualmente, o torque do motor diminui a carga mecânica e, eventualmente, o motor para.
Portanto, a dissipação de energia da armadura segue aproximadamente a mesma curva em relação ao tempo ao iniciar ou parar. Portanto, se o seu motor pode sobreviver tendo a tensão total do motor aplicada a partir do repouso, ele pode sobreviver tendo sua armadura em curto na velocidade máxima.
Como diz sharptooth, em trens, resistores de frenagem podem ser usados para descarregar o carga de energia, mas a tensão total do motor não é aplicada a partir do repouso. Não sou um especialista em design de trem de última geração, mas em trens de tubo antigos de Londres, resistores de lastro foram conectados em série com a armadura e progressivamente desligados conforme o trem ganhava velocidade.
Resposta
Um motor de escova típico pode ser razoavelmente modelado como um motor ideal em série com um resistor e um indutor. Um motor ideal aparecerá eletricamente como uma fonte / grampo de tensão de resistência zero (capaz de gerar ou drenar energia), cuja polaridade e tensão é um múltiplo constante da velocidade de rotação. Ele irá converter o torque em corrente e vice-versa, com o torque sendo um múltiplo constante da corrente. Para descobrir o comportamento de frenagem, basta usar o modelo com um resistor igual à resistência CC do motor quando em estol; a indutância pode provavelmente ser ignorada, exceto quando alguém está tentando ligar e desligar rapidamente a corrente do motor (por exemplo, com um inversor PWM ).
O curto-circuito dos cabos de um motor fará com que a corrente flua igual à razão entre a tensão de circuito aberto (em sua velocidade atual) e a resistência. Isso causará um torque de frenagem aproximadamente igual em magnitude ao torque isso resultaria se essa tensão fosse aplicada externamente ao motor enquanto ele estava parado; também dissipará a mesma quantidade de energia nos enrolamentos do motor como naquele cenário de parada.