DC fırçalı bir motoru frenleme

Bir DC motorunun terminallerini, güç bağlantısı kesilmişken ama yine de serbest hareket ederken birlikte kısa devre yaparsam ne olur?

Birkaç kaynağa göre, motoru frenler. Bu mantıklı. Ancak, sadece terminalleri kısaltmakla kalmayıp bir dizi güç direnci kullandığından da bahsediyorlar. Terminalleri kısa devre yaptırırsam ne olur?

Ne dediler ... artı / ama:

Bir DC motorun terminallerine kısa devre uygulandığında, rotor ve bağlı yük hızla frenlenir. "Hızla" sisteme bağlıdır, ancak frenleme gücü tepe motor tasarım gücünün biraz üzerinde olabileceğinden, frenleme genellikle önemli olacaktır.

Çoğu durumda, sonucu faydalı bulursanız yapılacak katlanılabilir bir şeydir.

Fren gücü yaklaşık I ^ 2R

• burada I = motorun ilk kısa devre fren akımı (aşağıya bakınız) ve

• R = motor-rotor direnci + kablolama + ilgili ise fırça direnci + harici direnç dahil olmak üzere oluşan devrenin direnci.

Kısa devre uygulamak, harici ters EMF (bazı sistemlerin yaptığı) uygulamadan elde edebileceğiniz maksimum motor frenini sağlar. Birçok acil durdurma sistemi, bir "çarpışma durdurması" elde etmek için rotor kısa devre kullanır. Ortaya çıkan akım muhtemelen çekirdek doygunluğu ile sınırlı olacaktır (bir hava çekirdeği veya çok büyük hava boşluklarının kullanıldığı birkaç özel durum hariç.) Motorlar genellikle manyetik malzemelerini makul derecede verimli kullanmak için tasarlandığından, genellikle maksimum kısa devre olduğunu göreceksiniz. Çekirdek doygunluğundan kaynaklanan akım, maksimum nominal tasarım çalışma akımından fazla değildir. Diğerlerinin de belirttiği gibi, verilebilecek enerjinin motor sağlığı için kötü olduğu durumlar elde edebilirsiniz, ancak yedek bir elektrikli lokomotiften bir motorunuz yoksa bunlarla uğraşmanız olası değildir,

Aşağıdaki yöntemi kullanarak "bunu kolaylaştırabilirsiniz". Mevcut ölçüm amaçları için 1 ohm belirledim, ancak uygun olanı kullanabilirsiniz.

Bir test olarak 1 ohm'luk bir direnç kullanmayı deneyin ve motor freni olarak kullanıldığında üzerindeki voltajı gözlemleyin. Akım = I = V / R veya burada V / 1 yani I = V. Güç kaybı I ^ R veya 1 ohm pik için Watt olacak ve tepe amper kareli Watt (veya 1 ohm direnç için direnç Volt karesi. Örn. 10A pik motor Akım geçici olarak 1 ohm'a 100 Watt üretecektir.Çok mütevazı miktarlar için artık 250 Watt derecedeki güç dirençleri çok mütevazı toplamlar için olabilir.Bir seramik gövdeli 10 Watt telli yara direnci bile birkaç saniye boyunca nominal gücünün birçok katına dayanmalıdır. Bunlar genellikle tel sargılardır, ancak endüktans, bu uygulamada uygun olmayacak kadar düşük olmalıdır.

Bir başka mükemmel direnç elemanı kaynağı, bir elektrik distribütöründen veya eski elektrikli ısıtıcı elemanlarından birincisi olan Nichrome veya Constantan (= Nikel Bakır) veya benzer teldir. Elektrikli ısıtıcı eleman kablosu tipik olarak 10 Amper sürekli olarak derecelendirilir (ısıtıcı-bar-kiraz-kırmızı yandığında). Direnci azaltmak için çoklu telleri paralel olarak yerleştirebilirsiniz. Bu normal yollarla lehimlenmesi zordur. Yolları vardır, ancak "oynamak" için kolay vidalı terminal bloklarında uzunlukları kelepçe.

Bir olasılık, doğru derecelendirmelere sahip bir ampuldür. Soğuk direncini ölçün ve nominal akımını I = Watts_rated / Vrated olarak belirleyin. Sıcak direncin, soğuk direncinin birkaç katına kadar olacağını unutmayın. Bir ampule bir akım adımı (veya bir voltaj adımına akım ölmesi) uygulandığında, başlangıçta soğuk direncini gösterecek ve daha sonra ısındığında artacaktır. Mevcut enerjiye ve ampul derecesine bağlı olarak, ampul tam parlaklığa kadar parlayabilir veya neredeyse hiç parlamaz. örneğin 100 Watt 100 VAC akkor ampul 100 Watt / 110 VAC ~ = 1 Amp. Sıcak direnci yaklaşık R = V / I = 110/1 = ~ 100 Ohm olacaktır. Soğuk direnci ölçülebilir ancak 5 ila 30 Ohm aralığında olabilir. Ampulün ilk gücüne 100 Watt dendiği takdirde, hızlı bir şekilde "yanacaktır". Başlangıçta güç 10 Watt ise, muhtemelen bir parıltıyı aşmayacaktır. Bir ampulün ne yaptığının en iyi analizi, Vbulb ve I ampulünün iki kanallı veri kayıt cihazı ve daha sonra V & I'nin çizilmesi ve VI ürününün motor freni olarak toplanmasıyla olacaktır. Dikkatli bir şekilde ele alınan osiloskop, adil bir fikir verecektir ve iki metre kullanımı ve büyük özen yeterince iyi olabilir.

Bazı SMALL rüzgar türbinleri, rüzgar hızları rotor için çok hızlı olduğunda aşırı hız freni olarak rotor kısa devre kullanır. Motor doymamışsa, güç çıkışı yaklaşık olarak V x I veya rüzgar (veya rotor) hızı olarak artar. Makine manyetik olarak doyurulduğunda ve neredeyse sabit bir akım kaynağı haline geldiğinde, güç rotor hızı veya rüzgar hızı ile yaklaşık olarak doğrusal olarak artar. ANCAK rüzgar enerjisi küp rotor hızıyla orantılı olduğundan, giriş enerjisinin mevcut maksimum frenleme çabasını aştığı maksimum rotor hızının olacağı açıktır. Aşırı hız kontrolü için rotor kısalamasına bağlı olacaksanız, gerçekten gerçekten kısa devre kısa devre frenini giriş / çıkış geçiş hızının çok altında başlatmak istersiniz. Bunun yapılmaması, ani bir şiddetin rotor hızını kritik sınırın üzerine ittiği ve daha sonra mutlu bir şekilde kaçacağı anlamına gelebilir. Yüksek hızlı rüzgarlardaki kaçak rüzgar türbinleri, onlara sahip değilseniz ve çok güvenli bir yerde duruyorsanız, izlemek için eğlenceli olabilir. Bunların her ikisi de geçerli değilse, çok fazla güvenlik payı kullanın.

Muhtemelen frenleme profili yarı deneysel olarak aşağıdaki gibi belirlenebilir.

1. Bu zor kısmı :-). Rotor ve yük depolanan enerjiyi hesaplayın. Bu, bu cevabın kapsamı dışındadır, ancak standart ders kitabıdır. Faktörler kütleleri ve dönen parçaların atalet momentini içerir. Elde edilen depolanmış enerjinin RPM ^ 2 (muhtemelen) ve diğer bazı faktörleri içinde terimleri olacaktır.

2. kısa devreli rotoru çeşitli hızlarda döndürün ve verilen RPM'deki kayıpları belirleyin. Bu bir Dinamometre ile yapılabilir, ancak bazı akım ölçümleri ve devre karakteristikleri yeterli olmalıdır. Rotorun frenleme altında ısınacağına dikkat edin. Bu önemli olabilir veya olmayabilir. Ayrıca, bir süredir çalışan bir motor, frenlemeden önce sıcak rotor sargılarına sahip olabilir. Bu olasılıkların dahil edilmesi gerekmektedir.

3. Hız / güç kaybı eğrisini belirlemek için interaktif bir program yazmanın (daha kolay) yukarısına dayanan bir analitik çözüm yapın. Excel forma sayfası gibi bir şey bunu kolayca yapacaktır. Sonuçları gözlemlemek için Timestep değiştirilebilir.

Maksimum çalma emniyeti için motor 1 ohm (diyelim) bir dirence bağlanabilir ve harici bir sürücü (örn. Matkap presi, akü el matkabı (ham hız kontrolü) vb.) Kullanılarak döndürülebilir.

Motorunuz "elektrikli frenleme" adı verilen bir jeneratör olarak çalışacaktır. Devre, motor bobinden ve ona bağladığınız her şeyden oluşacaktır. Akım bu devre direncine bağlı olacaktır.

Bobin ve diğer bileşenler sırayla bağlandığından, akım devrenin tüm kısımlarında eşit olacaktır. Motoru kısa devre yaparsanız, direnç sadece bobin direncine bağlı olacaktır. Bu, tam motor tasarımına ve frenlemeye başladığınız andaki hızına bağlı olarak motoru ısıtarak bobin yanmasına veya erimesine neden olabilecek oldukça yüksek akıma yol açabilir. Demiryolu trenlerini düşünün - elektrikli frenleme için büyük dirençler kullanmak zorundalar ve bunlar önemli ölçüde ısınıyor.

Terminalleri kısa devre yaparsanız, kinetik enerji motor parçalarında dağılır.

• sargılar ısıtılacak
• yüksek akım fırçaların içinden akar ve ark oluşumuna neden olur
• Uzun vadede, fırçalar komütatör halkası üzerinde çürümez ve iletken toz oluşturur.
• komütatör halkası sonunda aşırı akıma neden olan kalıcı kısa devre noktası haline gelecektir
• sonunda güç anahtarları, motorun kontrol edilmesi aşırı gerilecek ve arızalanacaktır (örneğin: transistörler)

Btw. Tipik normal elektronik rejeneratif kopma, 68 Ohm direnç, güç transistörü ve bazı voltaj bölücüler ve zener gibi birkaç parçayı içerir.

Motor dururken tam motor voltajı uygularsanız ne olacağını düşünün. Tam voltaj, maksimum gücü dağıtacak armatür direncinde görünecektir. Motor torku mekanik yükü hızlandırdıkça, motor hızı, dolayısıyla back-emf, yükselir ve akım, dolayısıyla armatürdeki güç düşer. Sonunda, arka emf neredeyse giriş voltajına eşittir ve armatür tarafından harcanan güç boşta bir seviyeye ulaşır.

Şimdi giriş voltajını çıkarmayı ve armatürü kısa devre yapmayı düşünün. Tam back-emf şimdi, neredeyse başlangıçta olduğu gibi dağılan armatür boyunca görünür. Sonunda, motor torku mekanik yükü yavaşlatır ve sonunda motor durur.

Böylece, armatür güç kaybı, başlatma veya durdurma sırasında zamana karşı yaklaşık olarak aynı eğriyi izler. Dolayısıyla, motorunuz tam motor voltajını dinlenmeden yaşayabiliyorsa, armatürü tam hızda kısa devre yaparak hayatta kalabilir.

Sharptooth'in dediği gibi, trenlerde, yük direncini boşaltmak için fren dirençleri kullanılabilir, ancak tam motor gerilimi dinlenmeden uygulanmaz. Son teknoloji tren tasarımı konusunda uzman değilim, ancak eski Londra tüp trenlerinde, balast dirençleri armatürle seri olarak bağlandı ve tren hız kazandıkça kademeli olarak kapatıldı.

Tipik bir fırça motoru, bir direnç ve bir indüktör ile seri olarak ideal bir motor olarak makul bir şekilde modellenebilir. İdeal bir motor, polaritesi ve voltajı dönme hızının sabit bir katı olan sıfır dirençli voltaj kaynağı / kelepçesi (kaynak veya batma gücü) olarak elektriksel olarak görünecektir. Torkun akımın sabit bir katı olduğu, torku akıma ve tersi dönüştürür. Frenleme davranışını anlamak için, modeli durduğunda motorun DC direncine eşit bir dirençle kullanın; endüktans muhtemelen motor akımını hızlı bir şekilde açıp kapatmaya çalışmak dışında (örn. bir PWM sürücüsü ile) göz ardı edilebilir.

Bir motorun uçlarının kısa devre yapılması, akımın açık devre voltajının (mevcut hızında) dirence oranına eşit olarak akmasına neden olur. Bu, fren torkunun kabaca büyüklükte olan torka eşit olmasına neden olur ve bu voltaj dururken motora harici olarak uygulanırsa ortaya çıkar; ayrıca motor sargılarında bu duraklama senaryosuyla aynı miktarda gücü dağıtacaktır.