Frânarea unui motor cu curent continuu

Ce au spus ei … plus / but:

Când se aplică un scurtcircuit la bornele unui motor DC, rotorul și orice sarcină atașată vor fi frânate rapid. „Rapid” este dependent de sistem dar, deoarece puterea de frânare poate fi oarecum mai mare decât puterea maximă de proiectare a motorului, frânarea va fi de obicei semnificativă.

În majoritatea cazurilor, acest lucru este ușor de făcut dacă găsiți rezultatul util. Puterea de frânare este de aproximativ I ^ 2R

• unde I = curentul de frânare inițial al scurtcircuitului motorului (vezi mai jos) și

• R = rezistența circuitului format, inclusiv rezistența motorului-rotor + cablarea + rezistența periei, dacă este relevant + orice rezistență externă.

Aplicarea unui scurtcircuit atinge frânarea maximă a motorului pe care o puteți obține fără aplicarea EMF inversă externă (ceea ce fac unele sisteme). Multe sisteme de oprire de urgență utilizează scurtcircuitarea rotorului pentru a realiza o „oprire accidentală”. Curentul rezultat va fi probabil limitat de saturația nucleului (cu excepția câtorva cazuri speciale în care se utilizează un aircore sau goluri de aer foarte mari.) Întrucât motoarele sunt, în general, proiectate pentru a utiliza în mod rezonabil eficiența materialului lor magnetic, veți găsi de obicei că maximul curentul datorat saturației nucleului nu depășește cu mult curentul maxim de funcționare nominal proiectat. După cum au remarcat alții, puteți obține situații în care energia care poate fi livrată este proastă pentru sănătatea motoarelor, dar este puțin probabil să aveți de-a face cu acestea, cu excepția cazului în care aveți un motor dintr-o locomotivă electrică de rezervă, stivuitor sau, în general, o piesă de echipament foarte mare. .

Puteți „ușura acest lucru” utilizând metoda de mai jos. Am specificat 1 ohm pentru măsurarea curentului, dar puteți utiliza orice se potrivește.

Ca test, încercați să folosiți un rezistor de 1 ohm și să observați tensiunea pe el când este folosit ca frână de motor. Curent = I = V / R sau aici V / 1 deci I = V. Disiparea puterii va fi I ^ R sau pentru 1 ohm de vârf Putere cu amplificatori de vârf la pătrat (sau rezistor Volți pătrat pentru un rezistor de 1 ohm. De ex. Curentul de vârf al motorului de 10A va fi temporar produce 100 de wați în 1 ohm. De multe ori, dar rezistențele de putere, de exemplu, de 250 de wați în magazinele excedentare, pentru sume foarte modeste. Chiar și un rezistor din caramida cu fir de 10 wați trebuie să reziste de câteva ori puterii sale nominale pentru câteva secunde. Acestea sunt de obicei sârmă înfășurată, dar inductanța ar trebui să fie suficient de scăzută încât să nu fie relevantă în această aplicație.

O altă sursă excelentă de element de rezistență este Nichrome sau Constantan (= cupru nichel) sau sârmă similară – fie de la un distribuitor electric sau primul din elementele vechi de încălzire electrică. Sârma elementului de încălzire electrică este tip calificat pentru 10 Amperi continuu (când luminează încălzitor-bar-roșu-vișiniu). Puteți plasa mai multe fire în paralel pentru a reduce rezistența. Acest lucru este greu de lipit prin mijloace normale. Există modalități, dar ușor de jucat este să fixați lungimile în șuruburi în blocuri de borne.

O posibilitate este un bec cu evaluări corecte. Măsurați rezistența la frig și stabiliți curentul nominal cu I = Watt_rated / Vrated. Rețineți că rezistența la cald va fi de câteva ori de multe ori rezistența la frig. Când un pas de curent (sau curent moare la un pas de tensiune) este aplicat unui bec, acesta va prezenta inițial rezistența la frig, care va crește atunci când se încălzește. În funcție de energia disponibilă și de nivelul de bec, becul poate străluci până la luminozitate maximă sau poate străluci cu greu. de exemplu, un bec incandescent de 100 Watt 100 VAC va fi evaluat la 100 Watt / 110 VAC ~ = 1 Amp. Rezistența la cald va fi de aproximativ R = V / I = 110/1 = ~ 100 Ohmi. Rezistența la rece va putea fi măsurată, dar poate fi în intervalul de la 5 la 30 Ohm. Dacă puterea inițială în bec este de 100 W, se va „aprinde” rapid. Dacă puterea inițială este de 10 W, probabil că nu va depăși lumina. Cea mai bună analiză a ceea ce face un bec ar fi pe două canale. înregistrator de date al bulbului Vbulb și I și graficarea ulterioară a lui V & I și însumarea produsului VI ca frâne ale motorului. Un osciloscop cu mâner atent va oferi o idee corectă și utilizarea a doi metri și o mare grijă poate fi suficientă.

Unele turbine eoliene MICI folosesc scurtcircuitarea rotorului ca frână de supratensiune atunci când viteza vântului devine prea rapidă pentru rotor. Când motorul nu este saturat, puterea de ieșire crește aproximativ ca V x I sau pătrat. a vitezei vântului (sau rotorului).Când mașina se saturează magnetic și devine o sursă de curent aproape constantă, puterea crește aproximativ liniar cu viteza rotorului sau viteza vântului. DAR, întrucât energia eoliană este proporțională cu viteza rotorului în cuburi, este evident că va exista o viteză maximă a rotorului peste care energia de intrare depășește efortul maxim de frânare disponibil. Dacă aveți de gând să depindeți de scurtcircuitarea rotorului pentru controlul supra-vitezei, cu adevărat doriți cu adevărat să începeți frânarea scurtată a rotorului cu mult sub viteza de intrare / ieșire. Nerespectarea acestui lucru poate însemna că o rafală bruscă împinge viteza rotorului peste limita critică și apoi va fugi fericit. Turbinele eoliene care fugesc în vânturi de mare viteză pot fi oarecum amuzante de urmărit dacă nu le dețineți și stați undeva foarte în siguranță. Dacă ambele nu se aplică, folosiți o marjă de siguranță mare.

Frânarea probabilă profilul poate fi determinat semi empiric după cum urmează.

1. Aceasta este partea dificilă :-). Calculați rotorul și încărcați energia stocată. Aceasta depășește sfera acestui răspuns, dar este un text standard lucruri de carte. Factorii includ mase și momentul de inerție al pieselor în rotație. Energia stocată rezultată va avea termeni în RPM ^ 2 (probabil) și alți factori.

2. spin scurt rotor la diferite viteze și determinați pierderile la RPM date. Acest lucru ar putea fi realizat cu un dinamometru, dar unele măsurători de curent și caracteristici ale circuitului ar trebui să fie suficiente. Rețineți că rotorul se va încălzi în timpul frânării. a funcționat de ceva timp poate avea înfășurări calde ale rotorului înainte de frânare. Aceste posibilități trebuie incluse.

3. Faceți fie o soluție analitică bazată pe cele de mai sus (mai ușor) de scriere a unui program interactiv pentru a determina curba de pierdere a vitezei / puterii. Ceva ca o foaie de calcul Excel va face acest lucru cu ușurință. Timestep poate fi modificat pentru a observa rezultatele.

Pentru o siguranță maximă a jocului, motorul poate fi conectat la o rezistență de 1 ohm (să zicem) și rotit folosind o unitate externă – de ex. presă de găurit, burghiu manual cu baterie (controlul vitezei brute) etc. Tensiunea pe rezistorul de sarcină dă curent.

Motorul dvs. va funcționa ca un generator – așa-numita „frânare electrică”. Circuitul va fi format din bobina motorului și orice vă conectați la acesta. Curentul va depinde de rezistența circuitului respectiv.

Deoarece bobina și celelalte componente sunt conectate secvențial, curentul va fi egal în toate părțile circuitului. Dacă scurtcircuitați motorul, rezistența va depinde exclusiv de rezistența bobinei. Acest lucru poate duce la un curent destul de mare care, în funcție de designul exact al motorului și de viteza acestuia în momentul în care începeți frânarea, poate încălzi motorul, ceea ce poate duce la arderea sau topirea bobinei. Luați în considerare trenurile de cale ferată – acestea trebuie să utilizeze rezistențe masive pentru frânarea electrică și acestea se încălzesc considerabil.

Dacă scurtați terminale, energia cinetică se va disipa pe piesele motorului.

• înfășurările vor fi încălzite
• curentul mare va curge prin perii și va provoca arcuri
• pe termen lung, periile se vor descompune și vor crea praf conductiv pe inel comutator
• inelul comutator va deveni în cele din urmă un punct de scurtcircuitare permanent, provocând supracurent. / ul>

  Btw. Pauza tipică de regenerare electronică normală include câteva părți, cum ar fi rezistorul de 68 Ohm, tranzistorul de putere și unele divizoare de tensiune și zener.

  Comentarii

  • ” BTW ” lipsește contextul. Puteți extinde puțin acest lucru?
  • Rezistențele regenerative utilizate în mod obișnuit în servouri cu > ieșire de 100 W și mai mult. Sursa de curent continuu este încărcată cu pod trifazat și circuit regen în paralel. Când tensiunea depășește tensiunea nominală a magistralei (să spunem 55V > 48V), sau CPU decide să frâneze, senzorul de supratensiune deschide tranzistorul de putere și curentul mare curge prin rezisor. Din anumite motive, acest domeniu este plin de brevete inutile, deci nu este ușor să cauți Google pentru schemele autoexplicabile.

Luați în considerare ce se întâmplă dacă aplicați întreaga tensiune a motorului atunci când motorul este în repaus. Tensiunea completă va apărea peste rezistența armăturii, care va disipa puterea maximă. Pe măsură ce cuplul motorului accelerează sarcina mecanică, viteza motorului, deci retransmisia, crește și curentul, deci puterea în armătură scade. În cele din urmă, back-emf este aproape egal cu tensiunea de intrare, iar puterea disipată de armătură atinge un nivel de ralanti.

Acum ia în considerare eliminarea tensiunii de intrare și scurtcircuitarea armăturii. Back-emf complet apare acum pe armătură, care se disipează aproape la fel de mult ca la pornire.În cele din urmă, cuplul motorului încetinește sarcina mecanică și, în cele din urmă, motorul se oprește.

Deci, disiparea puterii armăturii urmează aproximativ aceeași curbă în raport cu timpul la pornire sau oprire. Deci, dacă motorul dvs. poate supraviețui, având tensiunea maximă a motorului aplicată din repaus, poate supraviețui având armătura scurtcircuitată la viteză maximă.

După cum spune sharptooth, în trenuri, rezistențele de frânare pot fi folosite pentru a arunca puterea de încărcare, dar tensiunea maximă a motorului nu este aplicată din repaus. Nu sunt un expert în proiectarea trenurilor de ultimă generație, ci pe trenurile de metrou vechi din Londra, rezistențele de balast au fost conectate în serie cu armătura și au fost deconectate progresiv pe măsură ce trenul a adunat viteza.

Un motor tipic cu perii poate fi modelat în mod rezonabil ca un motor ideal în serie cu un rezistor și un inductor. Un motor ideal va apărea electric ca o sursă / clemă de tensiune cu rezistență zero (capabilă să furnizeze sau să scadă puterea) a cărei polaritate și tensiune este un multiplu constant al vitezei de rotație. Acesta va produce cuplul convertit în curent și invers, cuplul fiind un multiplu constant al curentului. Pentru a afla comportamentul de frânare, pur și simplu folosiți modelul cu o rezistență egală cu rezistența la curent continuu a motorului atunci când este blocat; inductanța poate fi ignorată probabil, cu excepția cazului în care se încearcă pornirea și oprirea rapidă a curentului motorului (de exemplu, cu o unitate PWM ).

Scurtcircuitul cablurilor unui motor va face ca curentul să curgă egal cu raportul dintre tensiunea circuitului deschis (la viteza actuală) și rezistență. Acest lucru va provoca un cuplu de frânare aproximativ egal în magnitudine cu cuplul acest lucru ar rezulta dacă această tensiune ar fi aplicată extern motorului în timp ce acesta a fost blocat; va disipa, de asemenea, aceeași cantitate de putere în înfășurările motorului ca scenariul de blocare.