Frenare un motore DC spazzolato


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Cosa succederebbe se accorciassi i terminali di un motore DC mentre l'alimentazione è scollegata ma è ancora a ruota libera?

Secondo diverse fonti, frenerebbe il motore. Questo ha senso. Ma menzionano anche l'uso di una serie di resistori di potenza e non solo il corto circuito dei terminali. Cosa succederebbe se mettessi in corto i terminali?


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Dipende dalla potenza del motore. Se è abbastanza potente potresti sciogliere qualcosa.
Majenko,

Risposte:


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Quello che hanno detto ... più / ma:

Quando si applica un corto circuito ai terminali di un motore CC, il rotore e qualsiasi carico attaccato verranno frenati rapidamente. "Rapidamente" dipende dal sistema, ma poiché la potenza di frenata può essere leggermente superiore alla potenza di picco 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 frenata è di circa I ^ 2R

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

  • R = resistenza del circuito formato compresa la resistenza motore-rotore + cablaggio + resistenza spazzola se pertinente + qualsiasi resistenza esterna.

Applicando un corto circuito si ottiene la massima frenata del motore che è possibile ottenere senza applicare EMF inverso esterno (come fanno alcuni sistemi). Molti sistemi di arresto di emergenza utilizzano il cortocircuito del rotore per ottenere un "arresto di arresto". La corrente risultante sarà probabilmente limitata dalla saturazione del nucleo (tranne in alcuni casi speciali in cui vengono utilizzati un aircore o gap d'aria molto grandi.) Poiché i motori sono generalmente progettati per fare un uso ragionevolmente efficiente del loro materiale magnetico, di solito si trova quel massimo in corto la corrente dovuta alla saturazione del nucleo non è ampiamente superiore alla massima corrente operativa di progetto nominale. Come altri hanno notato, puoi ottenere situazioni in cui l'energia 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 da una locomotiva elettrica di riserva,

Puoi "facilitare questo" usando il metodo seguente. Ho specificato 1 ohm per gli attuali scopi di misurazione, ma puoi usare qualunque seme.

Come test, prova a utilizzare una resistenza da 1 ohm e osserva la tensione che lo attraversa quando viene utilizzato come freno motore. Corrente = I = V / R o qui V / 1, quindi I = V. La dissipazione di potenza sarà I ^ R o per 1 ohm di picco Wattaggio con amp picco di picco al quadrato (o resistore Volt al quadrato per un resistore di 1 ohm. Es. Motore di picco 10A la corrente produrrà temporaneamente 100 Watt in 1 ohm. Spesso si possono resistere a resistenze di potenza pari a 250 Watt nei negozi in eccesso per somme molto modeste. Anche un resistore a filo avvolto in ceramica da 10 Watt dovrebbe resistere molte volte alla sua potenza nominale per alcuni secondi. Di solito sono avvolti in filo, ma l'induttanza dovrebbe essere abbastanza bassa da non essere rilevante in questa applicazione.

Un'altra fonte eccellente di elemento resistore è Nichrome o Constantan (= Nickel Copper) o filo simile - o da un distributore elettrico o il primo da vecchi elementi di riscaldamento elettrico. Il cavo dell'elemento riscaldatore elettrico è in genere valutato per 10 Amp continui (quando si illumina di rosso-ciliegia-barra riscaldante). È possibile posizionare più fili in parallelo per ridurre la resistenza. Questo è difficile da saldare con mezzi normali. Ci sono modi, ma per "giocare" è facile bloccare le lunghezze in morsetti a vite.

Una possibilità è una lampadina con valori nominali corretti. Misura la sua resistenza al freddo e stabilisci la sua corrente nominale con I = Watts_rated / Vrated. Si noti che la resistenza a caldo sarà diverse o molte volte la resistenza al freddo. Quando un passaggio di corrente (o corrente muore a un passaggio di tensione) viene applicato a una lampadina, inizialmente presenterà la sua resistenza al freddo che aumenterà quando si riscalda. A seconda dell'energia disponibile e della potenza della lampadina, la lampadina potrebbe illuminarsi fino alla massima luminosità o difficilmente brillare. ad es. una lampadina a incandescenza da 100 Watt 100 V CA sarà classificata a 100 Watt / 110 V CA ~ = 1 Amp. La sua resistenza calda sarà di circa R = V / I = 110/1 = ~ 100 Ohm. La sua resistenza al freddo potrà essere misurata ma potrebbe essere compresa tra 5 e 30 Ohm. Se la potenza iniziale nella lampadina è di 100 Watt, si "illuminerà" rapidamente. Se inizialmente si dice 10 watt, probabilmente non supererà un barlume. La migliore analisi di ciò che sta facendo una lampadina sarebbe il registratore di dati a due canali della lampadina Vbulb e I e il successivo tracciamento di V & I e la somma del prodotto VI come freni del motore. Un oscilloscopio maneggiato con cura darà una buona idea e l'uso di due metri e una grande cura potrebbe essere abbastanza buona.

Alcune piccole turbine eoliche usano il cortocircuito del rotore come freno di velocità eccessiva quando le velocità del vento diventano troppo veloci per il rotore. Quando il motore non è saturo, la potenza aumenta approssimativamente come V x I o velocità del quadrato del vento (o del rotore). Quando la macchina si satura magneticamente e diventa una fonte di corrente quasi costante, la potenza aumenta in modo approssimativamente lineare con la velocità del rotore o la velocità del vento. MA poiché l'energia eolica è proporzionale alla velocità del rotore a cubetti, è evidente che ci sarà una velocità massima del rotore oltre la quale l'energia di ingresso supera lo sforzo di frenatura massimo disponibile. Se hai intenzione di dipendere dal cortocircuito del rotore per il controllo della velocità eccessiva, allora vuoi davvero iniziare la frenata in cortocircuito del rotore ben al di sotto della velocità di crossover di input / output. 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 stai in un posto molto sicuro. Se entrambi questi non si applicano, utilizzare un sacco di margine di sicurezza.

Il profilo di frenata probabile può essere determinato semi empiricamente come segue.

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

  2. far girare il rotore in cortocircuito a varie velocità e determinare le perdite a determinati giri / min. Questo potrebbe essere fatto con un dinamometro, ma alcune misure attuali e le caratteristiche del circuito dovrebbero essere sufficienti. Si noti che il rotore si surriscalda in frenata. Questo può o meno essere significativo. Inoltre, un motore che funziona da un po 'di tempo potrebbe avere avvolgimenti caldi del rotore prima della frenata. Queste possibilità devono essere incluse.

  3. Effettuare una soluzione analitica in base a quanto sopra (più semplice) per scrivere un programma interattivo per determinare la curva di velocità / perdita di potenza. Qualcosa come un foglio di calcolo Excel lo farà facilmente. Il timestep può essere modificato per osservare i risultati.

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


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Il tuo motore funzionerà come generatore, il cosiddetto "freno elettrico". Il circuito sarà formato dalla bobina del motore e da qualunque cosa tu vi colleghi. 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. Questo può portare a una corrente piuttosto elevata che, a seconda del design esatto del motore e della sua velocità nel punto in cui si inizia la frenata, può riscaldare il motore, il che può portare alla combustione o allo scioglimento della bobina. Prendi in considerazione i treni ferroviari: devono usare enormi resistori per la frenata elettrica e questi si riscaldano considerevolmente.


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Se si cortocircuitano i terminali, l'energia cinetica si dissiperà sulle parti del motore.

  • gli avvolgimenti saranno riscaldati
  • l'alta corrente scorrerà attraverso le spazzole e causerà l'arco
  • a lungo termine, le spazzole si decomporranno e creeranno polvere conduttiva sull'anello del commutatore
  • l'anello del commutatore alla fine diventerà un punto di corto circuito permanente causando sovracorrente
  • alla fine gli interruttori di alimentazione, controllando il motore saranno sovraccarichi e falliranno (ad esempio: transistor)

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


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Il tuo "BTW" manca di contesto. Puoi espanderlo un po '?
Kevin Vermeer,

Resistenze rigenerative tipicamente utilizzate in servi con> 100W di potenza 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 55 V> 48 V) o la CPU decide di frenare, il sensore di sovratensione apre il transistor di potenza e la corrente passa attraverso il resistore. Per qualche ragione, quest'area è piena di brevetti inutili, quindi non è facile cercare su Google schemi autoesplicativi.

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Considera cosa succede se applichi la piena tensione del motore quando il motore è fermo. La piena tensione apparirà attraverso la resistenza dell'indotto che dissiperà la massima potenza. Mentre la coppia del motore accelera il carico meccanico, la velocità del motore, quindi il back-emf, aumenta e la corrente, quindi la potenza dell'armatura diminuisce. Alla fine, il back-emf è quasi uguale alla tensione di ingresso e la potenza dissipata dall'armatura raggiunge un livello minimo.

Considerare ora di rimuovere la tensione di ingresso e cortocircuitare l'armatura. Il back-emf completo ora appare attraverso l'armatura che si dissipa quasi quanto ha fatto all'avvio. Alla fine, la coppia del motore rallenta il carico meccanico e alla fine il motore si arresta.

Quindi la dissipazione di potenza dell'armatura segue all'incirca la stessa curva nel tempo all'avvio o all'arresto. Quindi, se il tuo motore può sopravvivere con la piena tensione del motore applicata da riposo, può sopravvivere avendo l'armatura in cortocircuito a tutta velocità.

Come dice sharptooth, nei treni, le resistenze di frenatura possono essere utilizzate per scaricare la potenza di carico, ma la piena tensione del motore non viene applicata dal resto. Non sono un esperto del design dei treni all'avanguardia ma sui vecchi treni della metropolitana di Londra, i resistori di zavorra sono stati collegati in serie con l'armatura e progressivamente disattivati ​​quando il treno ha guadagnato velocità.


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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 / pinza di tensione a resistenza zero (in grado di alimentare o affondare la potenza) la cui polarità e tensione è un multiplo costante della velocità di rotazione. Produrrà la coppia convertita in corrente e viceversa, con la coppia che è un multiplo costante della corrente. Per capire il comportamento in frenata, utilizzare semplicemente il modello con una resistenza uguale alla resistenza CC del motore quando è in stallo; l'induttanza può probabilmente essere ignorata tranne quando si cerca di accendere e spegnere rapidamente la corrente del motore (ad es. con un azionamento PWM).

Il cortocircuito dei cavi di un motore provoca un flusso di corrente pari al rapporto tra la tensione a circuito aperto (alla sua velocità attuale) e la resistenza. Ciò provocherà una coppia frenante all'incirca uguale in grandezza alla coppia risultante se tale tensione fosse applicata esternamente al motore mentre era in stallo; dissiperà anche la stessa quantità di potenza negli avvolgimenti del motore dello scenario di stallo.

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