Bromsar en borstad likströmsmotor

Vad de sa … plus / men:

När en kortslutning gäller för en likströmsmotoranslutningar kommer rotorn och eventuell ansluten belastning att bromsas snabbt. ”Snabbt” är systemberoende men eftersom bromskraften kan vara något högre än motorns toppeffekt kommer bromsningen vanligtvis att vara betydande.

I de flesta fall är detta en uthärdlig sak att göra om du tycker att resultatet är användbart.

Bromseffekten är ungefär I ^ 2R

• där I = motorns initiala kortslutningsbromsström (se nedan) och

• R = motstånd hos krets som bildas inklusive motor-rotormotstånd + ledningar + borstmotstånd om det är relevant + något externt motstånd.

Att använda en kortslutning uppnår maximal motorbromsning som du kan uppnå utan tillämpa extern omvänd EMF (som vissa system gör). Många nödstoppsystem använder rotorkortslutning för att uppnå ett ”kraschstopp”. Den resulterande strömmen kommer troligen att begränsas av kärnmättnad (förutom i några speciella fall där en luftkärna eller mycket stora luftspalter används.) Eftersom motorer i allmänhet är utformade för att utnyttja deras magnetiska material rimligt effektivt, kommer du vanligtvis att finna det maximala ström på grund av kärnmättnad överskrider inte den maximala nominella konstruktionsströmmen. Som andra har noterat kan du få situationer där energin som kan levereras är dålig för motorns hälsa men det är osannolikt att du hanterar dessa om du inte har en motor från ett reservelektris lok, gaffeltruck eller i allmänhet allvarligt stor utrustning .

Du kan ”lätta på det här” genom att använda metoden nedan. Jag har angett 1 ohm för nuvarande mätningsändamål men du kan använda vad som helst.

Som ett test försök att använda ett 1 ohm-motstånd och observera spänningen över den när den används som motorbroms. Ström = I = V / R eller här V / 1 så I = V. Effektförlust kommer att vara I ^ R eller för 1 ohm topp Wattage med toppförstärkare kvadrat (eller motstånd Volt kvadrat för ett 1 ohm motstånd. T.ex. 10A topp motorström kommer tillfälligt producera 100 Watt till 1 ohm. Du kan ofta, men effektmotstånd på 250 Watt i överskottslager för mycket blygsamma summor. Till och med ett keramiskt fästat 10 Watt trådlindat motstånd borde tåla många gånger dess nominella effekt i några sekunder. Dessa är vanligtvis trådlindad, men induktansen bör vara tillräckligt låg för att inte vara relevant i denna applikation.

En annan utmärkt källa till motståndselement är Nichrome eller Constantan (= Nickel Copper) eller liknande tråd – antingen från en elektrisk distributör eller den förra från gamla elektriska värmeelement. Elvärmare elementtråd är typi klassad för 10 ampere kontinuerligt (när det lyser värmare-bar-körsbär-röd). Du kan placera flera trådar parallellt för att minska motståndet. Detta är svårt att löda på normalt sätt. Det finns sätt, men det är enkelt att ”spela” att klämma fast längder i skruvplintar.

En möjlighet är en glödlampa med ungefär korrekta betyg. Mät dess kalla motstånd och fastställa dess märkström med I = Watts_rated / Vrated. Observera att det varma motståndet kommer att vara flera till många gånger det kalla motståndet. När ett strömsteg (eller strömstans till ett spänningssteg) appliceras på en glödlampa kommer den initialt att presentera sitt kalla motstånd som sedan ökar när den värms upp. Beroende på tillgänglig energi och glödlampans glödlampa kan det lysa upp till full ljusstyrka eller knappast glittra. t.ex. en 100 Watt 100 VAC glödlampa kommer att klassas till 100 Watt / 110 VAC ~ = 1 Amp. Det heta motståndet kommer att vara ungefär R = V / I = 110/1 = ~ 100 Ohm. Det är kallt motstånd kommer att kunna mätas men kan ligga inom intervallet 5 till 30 Ohm. Om den inledande strömmen till lampan är 100 Watt kommer den att ”lysa upp” snabbt. Om strömmen inledningsvis är 10 Watt kommer den troligen inte att komma över en glimmer. Bästa analysen av vad en lampa gör skulle vara med två kanaler datalogger av Vbulb och I-lampa och efterföljande plottning av V & I och summerar VI-produkten som motorbromsar. Ett försiktigt hanterat oscilloskop ger en rättvis uppfattning och användning av två meter och stor försiktighet kan vara tillräckligt bra.

Vissa SMÅ vindkraftverk använder rotorkortslutning som en överhastighetsbroms när vindhastigheter blir för snabba för rotorn. När motorn inte är mättad stiger strömmen ungefär som V x I eller kvadrat vindhastighet (eller rotor).När maskinen magnetiskt mättas och blir en nästan konstant strömkälla ökar effekten ungefär linjärt med rotorhastighet eller vindhastighet. MEN eftersom vindenergi är proportionell mot kubernas rotorhastighet är det uppenbart att det kommer att finnas en maximal rotorhastighet utöver vilken ingående energi överstiger maximal tillgänglig bromsansträngning. Om du ska vara beroende av rotorkortslutning för överhastighetskontroll vill du verkligen verkligen starta rotorkortsbromsning långt under in- / utmatningsövergångshastigheten. Underlåtenhet att göra detta kan innebära att en plötslig vindkast driver rotorhastigheten över den kritiska gränsen och den gläder sig gärna. Runaway vindkraftverk i vindar med hög hastighet kan vara roliga att titta på om du inte äger dem och står någonstans väldigt säker. Om båda dessa inte gäller, använd mycket säkerhetsmarginal.

Troligt att bromsa profilen kan bestämmas semi empiriskt enligt följande.

1. Detta är den svåra delen :-). Beräkna rotor och ladda lagrad energi. Detta ligger utanför detta svar men är standardtext Fakta inkluderar massor och tröghetsmomentet för roterande delar. Den resulterande lagrade energin har termer i RPM ^ 2 (troligen) och några andra faktorer.

2. spin kortsluten rotor vid olika hastigheter och bestämma förluster vid givet varvtal. Detta kan göras med en dynamometer men vissa strömmätningar och kretsegenskaper bör räcka. Observera att rotorn kommer att värmas under bromsning. Detta kan eller inte kan vara signifikant. Också en motor som har kört en stund medan det kan ha varma rotorlindningar före bromsning. Dessa möjligheter måste inkluderas.

3. Gör antingen en analytisk lösning baserad på ovanstående (enklare) för att skriva ett interativt program för att bestämma hastighet / effektförlustkurva. Något som ett Excel-kalkylblad gör det enkelt. Tidsteg kan ändras för att följa resultaten.

För maximal säkerhet vid uppspelning kan motorn anslutas till ett 1 ohm (säg) motstånd och snurras upp med en extern enhet – t.ex. borrpress, batterihandborr (råvarvkontroll) etc. Spänning över lastmotståndet ger ström.

Din motor fungerar som en generator – så kallad ”elektrisk bromsning”. Kretsen kommer att bildas av motorspolen och vad du än ansluter till den. Strömmen beror på det kretsmotståndet.

Eftersom spolen och de andra komponenterna är anslutna sekventiellt kommer strömmen att vara lika i alla delar av kretsen. Om du kortsluter motorn beror motståndet enbart på spolmotståndet. Detta kan leda till ganska hög ström vilket, beroende på exakt motordesign och dess hastighet vid den punkt när du börjar bromsa, kan värma upp motorn vilket kan leda till att spolen brinner eller smälter. Tänk på järnvägståg – de måste använda massiva motstånd för elektrisk bromsning och de värms upp avsevärt.

Om du kortar terminaler kommer den kinetiska energin att försvinna på motordelar.

• lindningar värms upp
• hög ström kommer att strömma genom borstarna och orsaka bågning
• på lång sikt, borstar kommer att sönderfalla och skapa ledande damm på kommutatorring
• kommutatorringen blir så småningom permanent kortslutning och orsakar överström
• så småningom strömbrytare, styrning av motorn kommer att bli överbelastad och misslyckas (till exempel: transistorer)

Btw. Normalt normalt elektroniskt regenerativt avbrott innehåller några delar som 68 Ohm motstånd, effekttransistor och några spänningsdelare och zener.

Kommentarer

• Din ” BTW ” saknar sammanhang. Kan du utöka det lite?
• Regenerativa motstånd som vanligtvis används i servon med > 100W utgång och mer. DC-strömkälla är laddad med 3-fas brygga och regenkrets parallellt. När spänningen överstiger bussens nominella spänning (säg 55V > 48V), eller CPU bestämmer sig för att bromsa, öppnar överspänningssensorn effekttransistorn och hög ström flyter genom motståndet. Av någon anledning är detta område fullt av värdelösa patent, så det är inte lätt att google för självförklarande scheman.

Tänk på vad som händer om du använder full motorspänning när motorn är i vila. Hela spänningen kommer att dyka upp över armaturmotståndet som kommer att leda till maximal effekt. När motorns vridmoment accelererar den mekaniska belastningen stiger motorhastigheten, därav back-emf, och strömmen, därmed minskar kraften i ankaret. Så småningom är back-emf nästan lika med ingångsspänningen och strömmen som försvinner av ankaret når en tomgångsnivå.

Överväg nu att ta bort ingångsspänningen och kortsluta ankaret. Den fulla back-emf visas nu över armaturen som försvinner nästan lika mycket som den gjorde när du startade.Så småningom sänker motorvridmomentet den mekaniska belastningen och så småningom stannar motorn.

Så ankarets kraftförlust följer ungefär samma kurva mot tiden vid start eller stopp. Så om din motor kan överleva när den fulla motorspänningen appliceras från vila, kan den överleva när den ankar kortsluten vid full hastighet.

Som sharptooth säger, i tåg kan bromsmotstånd användas för att tömma lastkraft men den fulla motorspänningen appliceras inte från vila. Jag är inte expert på toppmodern tågkonstruktion men på gamla London-rörtåg, var ballastmotstånd anslutna i serie med ankaret och stegvis ut. när tåget samlade hastighet.

En typisk borstmotor kan rimligen modelleras som en idealisk motor i serie med ett motstånd och en induktor. En idealisk motor kommer att visas elektriskt som en nollmotståndsspänningsförsörjning / klämma (som kan skaffa eller sjunka kraft) vars polaritet och spänning är en konstant multipel av rotationshastigheten. Det kommer att producera omvandlingsmoment till ström och vice versa, med vridmomentet som en konstant multipel av strömmen. För att räkna ut bromsbeteendet, använd helt enkelt modellen med ett motstånd som är lika med motorns likströmsmotstånd när den är stillastående. Induktansen kan antagligen ignoreras förutom när man försöker snabbt slå på och av motorströmmen (t.ex. med en PWM-enhet ).

Kortslutning av motorns ledningar kommer att leda till att ström flyter lika med förhållandet mellan öppen kretsspänning (vid dess nuvarande hastighet) och motstånd. Detta kommer att orsaka bromsmoment ungefär lika stor i förhållande till vridmomentet det skulle resultera om den spänningen applicerades externt på motorn medan den stannade; den kommer också att skingra samma mängd kraft i motorlindningarna som det stallscenariot.