Hamowanie silnika szczotkowanego prądem stałym

Co by się stało, gdybym zwarł razem zaciski silnika prądu stałego, gdy zasilanie jest odłączone, ale nadal działa swobodnie?

Według kilku źródeł spowodowałoby to hamowanie silnika. To ma sens. Ale wspominają także o użyciu szeregu rezystorów mocy, a nie tylko zwarciu zacisków. Co by się stało, gdybym tylko zwarł zaciski?

Co powiedzieli ... plus / ale:

Gdy zwarcie dotyczy zacisków silnika prądu stałego, wirnik i wszelkie podłączone obciążenia zostaną gwałtownie zahamowane. „Szybko” zależy od systemu, ale ponieważ siła hamowania może być nieco wyższa od szczytowej mocy projektowej silnika, hamowanie będzie zwykle znaczące.

W większości przypadków jest to 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 = utworzona rezystancja obwodu, w tym rezystancja wirnika silnika + okablowanie + rezystancja szczotki, jeśli dotyczy + wszelki opór zewnętrzny.

Zastosowanie zwarcia zapewnia maksymalne hamowanie silnika, które można uzyskać bez zastosowania zewnętrznego wstecznego pola elektromagnetycznego (co robią niektóre systemy). Wiele systemów zatrzymania awaryjnego wykorzystuje zwarcie wirnika w celu osiągnięcia „zatrzymania awaryjnego”. Wynikowy prąd będzie prawdopodobnie ograniczony przez nasycenie rdzenia (z wyjątkiem kilku szczególnych przypadków, w których stosuje się rdzeń powietrzny lub bardzo duże szczeliny powietrzne.) Ponieważ silniki są ogólnie zaprojektowane w celu racjonalnego wykorzystania ich materiału magnetycznego, zwykle jest to maksymalne zwarcie prąd z powodu nasycenia rdzenia nie przekracza znacznie maksymalnego znamionowego prądu roboczego. Jak zauważyli inni, mogą wystąpić sytuacje, w których energia, która może być dostarczona, jest szkodliwa dla zdrowia silników, ale jest mało prawdopodobne, aby sobie z nimi poradzić, chyba że masz silnik z zapasowej lokomotywy elektrycznej,

Możesz „ułatwić sobie to”, stosując poniższą metodę. Podałem 1 om do celów pomiaru prądu, ale możesz użyć dowolnego koloru.

Jako próbę spróbuj użyć opornika 1 om i obserwuj napięcie na nim, gdy jest używane jako hamulec silnikowy. Prąd = I = V / R lub tutaj V / 1, więc I = V. Straty mocy będą wynosić I ^ R lub dla szczytowej mocy 1 omów Moc z kwadratowymi wzmacniaczami kwadratowymi (lub oporności Volty kwadratowe dla rezystora 1 omów, np. Silnik szczytowy 10A prąd będzie chwilowo wytwarzać 100 watów na 1 om. Rezystory mocy, powiedzmy 250 watów, mogą w sklepach z nadwyżkami za bardzo skromne sumy. Nawet ceramiczny rezystor z 10 drutami powinien wytrzymać wielokrotnie moc znamionową przez kilka sekund. Zazwyczaj są one uzwojone drutem, ale indukcyjność powinna być wystarczająco niska, aby nie była istotna w tym zastosowaniu.

Innym doskonałym źródłem elementu rezystorowego jest Nichrom lub Constantan (= miedź niklowa) lub podobny drut - albo z dystrybutora elektrycznego, albo z poprzedniego ze starych elementów grzejnych. Drut grzałki elektrycznej jest zwykle oceniany na ciągły prąd o natężeniu 10 A (gdy świeci się na pasku nagrzewnicy - wiśniowo-czerwonym). Możesz umieścić wiele pasm równolegle, aby zmniejszyć opór. Trudno to lutować w zwykły sposób. Istnieją sposoby, ale łatwe do „odtwarzania” jest zaciskanie długości w przykręcanych blokach zacisków.

Możliwą jest żarówka o prawidłowych ocenach. Zmierz jego odporność na zimno i ustal jej prąd znamionowy o I = Watts_ szacowany / Vrated. Należy pamiętać, że odporność na gorąco będzie kilka do wielu razy większa niż odporność na zimno. Kiedy krok prądu (lub matryca prądowa do kroku napięcia) zostanie przyłożony do żarówki, początkowo wykaże swoją odporność na zimno, która następnie wzrośnie w miarę rozgrzewania. W zależności od dostępnej energii i mocy żarówki żarówka może świecić do pełnej jasności lub ledwo się świecić. np. żarówka 100 W 100 VAC będzie miała moc znamionową 100 W / 110 VAC ~ = 1 Amp. Jego oporność na gorąco będzie wynosić około R = V / I = 110/1 = ~ 100 Ohm. Jego odporność na zimno będzie można zmierzyć, ale może mieścić się w zakresie powiedzmy od 5 do 30 omów. Jeśli początkowa moc żarówki to powiedzmy 100 wat, szybko się „rozjaśni”. Jeśli moc na początku wynosi powiedzmy 10 watów, prawdopodobnie nie przekroczy poziomu światła. Najlepsza analiza tego, co robi żarówka, polega na dwukanałowym rejestratorze danych żarówki Vbulb i I, a następnie wykreśleniu V i I i zsumowaniu produktu VI podczas hamowania silnika. Ostrożnie obchodzący się z oscyloskopem da dobry pomysł i użycie dwóch metrów, a duża ostrożność może być wystarczająca.

Niektóre MAŁE turbiny wiatrowe wykorzystują zwarcie wirnika jako hamulec nadmiernej prędkości, gdy prędkości wiatru stają się zbyt szybkie dla wirnika. Gdy silnik nie jest nasycony, moc wyjściowa rośnie w przybliżeniu jako V x I lub kwadrat prędkości wiatru (lub wirnika). Gdy maszyna nasyca się magnetycznie i staje się źródłem prawie stałego prądu, moc wzrasta w przybliżeniu liniowo wraz z prędkością wirnika lub prędkością wiatru. ALE ponieważ energia wiatru jest proporcjonalna do prędkości obrotowej wirnika, oczywiste jest, że będzie maksymalna prędkość wirnika, powyżej której energia wejściowa przekroczy maksymalną dostępną siłę hamowania. Jeśli zamierzasz polegać na zwarciu wirnika w celu sterowania nadmierną prędkością, to naprawdę naprawdę chcesz rozpocząć hamowanie zwarte wirnika znacznie poniżej prędkości zwrotnej wejścia / wyjścia. Nieprzestrzeganie tego może oznaczać, że nagły podmuch popycha prędkość wirnika powyżej krytycznego limitu, a następnie z radością ucieka. Uciekające turbiny wiatrowe przy dużych prędkościach wiatru mogą być fajne do oglądania, jeśli ich nie posiadasz i stoisz w bardzo bezpiecznym miejscu. Jeśli oba nie mają zastosowania, użyj dużego marginesu bezpieczeństwa.

Prawdopodobny profil hamowania można określić częściowo empirycznie w następujący sposób.

1. To jest najtrudniejsza część :-). Oblicz wirnik i załaduj zgromadzoną energię. To wykracza poza zakres tej odpowiedzi, ale jest standardowym podręcznikiem. Czynniki obejmują masy i moment bezwładności obracających się części. Powstała zgromadzona energia będzie miała wyrażenia w RPM ^ 2 (prawdopodobnie) i kilka innych czynników.

2. wiruj zwarty wirnik przy różnych prędkościach i określ straty przy danej prędkości obrotowej. Można to zrobić za pomocą dynamometru, ale niektóre pomiary prądu i charakterystyka obwodu powinny wystarczyć. Należy pamiętać, że wirnik nagrzewa się podczas hamowania. To może, ale nie musi być znaczące. Ponadto silnik, który pracował przez pewien czas, może mieć ciepłe uzwojenie wirnika przed hamowaniem. Te możliwości muszą zostać uwzględnione.

3. Wykonaj albo analityczne rozwiązanie oparte na powyższym (łatwiejszym) piśmie programu interaktywnego w celu ustalenia krzywej prędkości / utraty mocy. Coś takiego jak arkusz kalkulacyjny programu Excel zrobi to łatwo. Czas można zmienić, aby obserwować wyniki.

Aby zapewnić maksymalne bezpieczeństwo gry, silnik można podłączyć do rezystora 1 omów (powiedzmy) i obrócić za pomocą zewnętrznego napędu - np. Wiertarki, wiertarki ręcznej akumulatora (kontrola prędkości zgrubnej) itp. Napięcie na rezystorze obciążenia daje prąd.

Twój silnik będzie działał jak generator - tak zwane „hamowanie elektryczne”. Obwód zostanie utworzony z cewki silnika i wszystkiego, co do niej podłączysz. Prąd będzie zależeć od tego oporu 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 podgrzać silnik, co może doprowadzić do spalenia lub stopienia cewki. Weźmy pod uwagę pociągi kolejowe - do hamowania elektrycznego muszą używać masywnych rezystorów, które znacznie się nagrzewają.

W przypadku zwarcia zacisków energia kinetyczna rozproszy się na częściach silnika.

• uzwojenia zostaną podgrzane
• przez szczotki przepłynie duży prąd i spowoduje iskrzenie
• w długim okresie czasu szczotki rozkładają się i tworzą przewodzący pył na pierścieniu komutatora
• pierścień komutatora ostatecznie stanie się trwałym punktem zwarcia, powodując przetężenie
• ewentualnie przełączniki zasilania, sterowanie silnikiem będzie przeciążone i zawiedzie (na przykład: tranzystory)

Btw. Typowa normalna elektroniczna przerwa regeneracyjna obejmuje kilka części, takich jak rezystor 68 Ohm, tranzystor mocy oraz niektóre dzielniki napięcia i zenera.

Zastanów się, co się stanie, jeśli przyłożysz pełne napięcie silnika, gdy silnik jest w spoczynku. Pełne napięcie pojawi się na oporniku twornika, co rozproszy maksymalną moc. Gdy moment obrotowy silnika przyspiesza obciążenie mechaniczne, prędkość silnika, a zatem emf wsteczny, rośnie, a prąd, a zatem spada moc w tworniku. Ostatecznie emf wsteczny jest prawie równy napięciu wejściowemu, a moc rozproszona przez zworę osiąga poziom jałowy.

Teraz rozważ usunięcie napięcia wejściowego i zwarcie zwory. Pełny emf wsteczny pojawia się teraz w całej armaturze, która rozprasza się prawie tak samo jak na początku. W końcu moment obrotowy silnika spowalnia obciążenie mechaniczne i ostatecznie silnik zatrzymuje się.

Tak więc rozpraszanie mocy twornika odbywa się w przybliżeniu tą samą krzywą w funkcji czasu podczas uruchamiania lub zatrzymywania. Więc jeśli twój silnik może przetrwać z pełnym napięciem przyłożonym od spoczynku, może przetrwać, gdy jego zwora jest zwarta z pełną prędkością.

Jak mówi sharptooth, w pociągach można użyć rezystorów hamujących, aby zrzucić moc obciążenia, ale pełne napięcie silnika nie jest podawane z położenia spoczynkowego. Nie jestem ekspertem od najnowocześniejszych konstrukcji pociągów, ale w starych londyńskich pociągach rurowych rezystory balastowe były połączone szeregowo ze zworą i stopniowo wyłączane w miarę wzrostu prędkości pociągu.

Typowy silnik szczotkowy może być racjonalnie modelowany jako idealny silnik szeregowy z rezystorem i cewką indukcyjną. Idealny silnik pojawi się elektrycznie jako źródło / zacisk napięcia o zerowej oporności (zdolny do pozyskiwania lub tonięcia mocy), którego biegunowość i napięcie są stałą wielokrotnością prędkości obrotowej. Wytworzy on moment obrotowy konwersji na prąd i odwrotnie, przy czym moment obrotowy jest stałą wielokrotnością prądu. Aby dowiedzieć się, jak działa hamowanie, po prostu użyj modelu z rezystorem równym rezystancji prądu stałego silnika, gdy utkniesz; indukcyjność można prawdopodobnie zignorować, z wyjątkiem sytuacji, gdy próbuje się szybko włączyć i wyłączyć prąd silnika (np. z napędem PWM).

Zwarcie przewodów silnika spowoduje przepływ prądu równy stosunkowi napięcia obwodu otwartego (przy jego obecnej prędkości) do rezystancji. Spowoduje to, że moment hamujący będzie w przybliżeniu równy wartości momentu obrotowego, który powstałby, gdyby napięcie to przyłożyło się zewnętrznie do silnika podczas jego zatrzymania; rozproszy również tyle samo mocy w uzwojeniach silnika, co w tym scenariuszu przeciągnięcia.