Торможение щеточным мотором постоянного тока

Что произойдет, если я закрою клеммы двигателя постоянного тока вместе, когда питание отключено, но оно все еще находится в режиме свободного хода?

Согласно нескольким источникам, это будет тормозить двигатель. Это имеет смысл. Но они также упоминают использование множества силовых резисторов, а не только замыкание клемм. Что будет, если я просто замкну клеммы?

Что они сказали ... плюс / но:

Когда к клеммам двигателя постоянного тока применяется короткое замыкание, ротор и любая подключенная нагрузка будут быстро тормозиться. «Быстро» зависит от системы, но, поскольку мощность торможения может быть несколько выше пиковой проектной мощности двигателя, торможение обычно будет значительным.

В большинстве случаев это приемлемо, если вы найдете результат полезным.

Мощность торможения составляет около I ^ 2R

• где I = начальный ток торможения двигателя (см. ниже) и

• R = сопротивление сформированной цепи, включая сопротивление ротора двигателя + проводка + сопротивление щетки, если необходимо + любое внешнее сопротивление.

Применение короткого замыкания обеспечивает максимальное торможение двигателя, которого вы можете достичь, не применяя внешнюю обратную ЭДС (что делают некоторые системы). Многие системы аварийного останова используют короткое замыкание ротора для достижения «аварийного останова». Результирующий ток, вероятно, будет ограничен насыщением активной зоны (за исключением нескольких особых случаев, когда используется воздушный сердечник или очень большие воздушные зазоры). Поскольку двигатели обычно предназначены для разумного эффективного использования их магнитного материала, вы обычно обнаруживаете, что максимальный закорочен ток из-за насыщения сердечника не намного превышает максимально допустимый расчетный рабочий ток. Как отмечали другие, вы можете получить ситуации, когда энергия, которая может быть доставлена, вредна для здоровья двигателей, но вы вряд ли столкнетесь с ними, если у вас нет двигателя от запасного электровоза,

Вы можете "облегчить это", используя метод ниже. Я указал 1 Ом для текущих измерений, но вы можете использовать любые подходящие.

В качестве теста попробуйте использовать, скажем, резистор сопротивлением 1 Ом и наблюдать за напряжением на нем, когда он используется в качестве тормоза двигателя. Ток = I = V / R или здесь V / 1, поэтому I = V. Рассеиваемая мощность будет I ^ R или для пиковой мощности 1 Ом с квадратом пиковых ампер (или вольт-резисторов в квадрате для резистора 1 Ом. Например, пиковый двигатель 10A Ток временно вырабатывает 100 Вт на 1 Ом. За очень скромные суммы вы часто можете потреблять силовые резисторы, скажем, номиналом 250 Вт в избыточных накопителях. Даже проволочный резистор на 10 Вт с керамическим корпусом должен многократно выдерживать номинальную мощность в течение нескольких секунд. Обычно это проволочная обмотка, но индуктивность должна быть достаточно низкой, чтобы не иметь отношения к данному применению.

Другим отличным источником резисторного элемента является Nichrome или Constantan (= никелевая медь) или аналогичный провод - либо от электрического распределителя, либо от старого элемента электрического нагревателя. Провод электронагревательного элемента обычно рассчитан на длительность 10 А (когда светится полоса нагревателя вишнево-красная). Вы можете разместить несколько нитей параллельно, чтобы уменьшить сопротивление. Это трудно паять обычными средствами. Есть способы, но легко «поиграть» - зажать длины в винтовых клеммных колодках.

Возможность - лампочка о правильных оценках. Измерьте его холодное сопротивление и определите его номинальный ток по I = Watts_rated / Vrated. Обратите внимание, что горячее сопротивление будет в несколько раз больше холодного сопротивления. Когда к лампе прикладывается шаг тока (или ток, умирающий от напряжения), он первоначально будет иметь холодное сопротивление, которое затем будет увеличиваться при нагревании. В зависимости от доступной энергии и номинальной мощности лампы лампа может светиться до полной яркости или почти не мерцать. например, лампа накаливания на 100 Вт 100 В переменного тока будет рассчитана на 100 Вт / 110 В ~ = 1 Ампер. Это горячее сопротивление будет около R = V / I = 110/1 = ~ 100 Ом. Его сопротивление холоду можно измерить, но оно может быть в диапазоне от 5 до 30 Ом. Если начальная мощность в лампе равна, скажем, 100 Вт, она быстро «загорится». Если мощность изначально равна 10 Ватт, она, вероятно, не превысит проблеска. Лучший анализ того, что делает лампочка, был бы с помощью двухканального регистратора данных лампочки Vbulb и I с последующим построением графика V & I и суммированием продукта VI как тормоза двигателя. Осциллограф с аккуратными ручками даст правильное представление о том, как использовать два метра, и может быть достаточно хорошей осторожности.

Некоторые малые ветряные турбины используют закорачивание ротора в качестве тормоза при превышении скорости, когда скорость ветра слишком велика для ротора. Когда двигатель не насыщен, выходная мощность возрастает примерно как V x I или квадрат скорости ветра (или ротора). Когда машина магнитно насыщается и становится источником почти постоянного тока, мощность увеличивается приблизительно линейно с скоростью вращения ротора или ветра. НО, поскольку энергия ветра пропорциональна кубу скорости ротора, очевидно, что будет максимальная скорость ротора, после которой входная энергия превышает максимально возможное тормозное усилие. Если вы будете зависеть от закорачивания ротора при управлении превышением скорости, тогда вы действительно действительно хотите начать торможение с коротким замыканием ротора намного ниже скорости кроссовера входа / выхода. Невыполнение этого требования может означать, что внезапный порыв поднимает скорость ротора выше критического предела, и тогда он благополучно убегает. Бегущие ветряные турбины в высокоскоростных ветрах могут быть забавными, если вы не владеете ими и стоите где-то в очень безопасном месте. Если оба из них не применяются, используйте большой запас прочности.

Вероятно, профиль торможения можно определить полуэмпирически следующим образом.

1. Это сложная часть :-). Рассчитайте ротор и загрузите накопленную энергию. Это выходит за рамки этого ответа, но является стандартным учебником. Факторы включают массы и момент инерции вращающихся частей. Полученная запасенная энергия будет иметь значения в RPM ^ 2 (вероятно) и некоторых других факторах.

2. вращать короткозамкнутый ротор на разных скоростях и определять потери при заданных оборотах. Это можно сделать с помощью динамометра, но некоторых измерений тока и характеристик схемы должно быть достаточно. Обратите внимание, что ротор нагревается при торможении. Это может или не может быть значительным. Кроме того, двигатель, который работал некоторое время, может иметь теплые обмотки ротора до торможения. Эти возможности должны быть включены.

3. Выполните аналитическое решение, основанное на вышеприведенном (более простом) написании интерактивной программы для определения кривой скорости / потери мощности. Что-то вроде электронной таблицы Excel сделает это легко. Временной шаг может быть изменен, чтобы наблюдать результаты.

Для максимальной безопасности воспроизведения двигатель может быть подключен к резистору 1 Ом (скажем) и вращаться с помощью внешнего привода - например, сверлильного станка, ручного сверла с аккумулятором (контроль сырой скорости) и т. Д. Напряжение на нагрузочном резисторе дает ток.

Ваш мотор будет работать как генератор - так называемое «электрическое торможение». Схема будет сформирована из катушки двигателя и всего, что вы к нему подключите. Ток будет зависеть от сопротивления этой цепи.

Поскольку катушка и другие компоненты соединены последовательно, ток будет одинаковым во всех частях цепи. Если вы закоротите двигатель, сопротивление будет зависеть исключительно от сопротивления катушки. Это может привести к довольно высокому току, который в зависимости от точной конструкции двигателя и его скорости в момент, когда вы начинаете торможение, может нагреть двигатель, что может привести к возгоранию или плавлению катушки. Рассмотрим железнодорожные поезда - они должны использовать массивные резисторы для электрического торможения, и они значительно нагреваются.

Если вы закоротите клеммы, кинетическая энергия рассеется на деталях двигателя.

• обмотки будут нагреваться
• сильный ток будет течь через щетки и вызывать искрение
• в долгосрочной перспективе щетки будут разлагаться и создавать проводящую пыль на коммутационном кольце
• кольцо коммутатора в конечном итоге станет постоянной точкой короткого замыкания, вызывая перегрузку по току
• в конечном итоге выключатели питания, управляющие двигателем, будут перенапряжены и выйдут из строя (например: транзисторы)

Btw. Типичный нормальный электронный регенеративный разрыв включает в себя несколько частей, таких как резистор на 68 Ом, силовой транзистор и некоторые делители напряжения и стабилитрон.

Подумайте, что произойдет, если вы приложите полное напряжение двигателя, когда он находится в состоянии покоя. Полное напряжение появится на сопротивлении якоря, что рассеивает максимальную мощность. По мере того, как крутящий момент двигателя ускоряет механическую нагрузку, скорость двигателя, а следовательно, и обратная эдс, увеличивается, а ток, следовательно, и мощность в якоре. В конце концов, обратная ЭДС почти равна входному напряжению, и мощность, рассеиваемая якорем, достигает уровня холостого хода.

Теперь рассмотрим снятие входного напряжения и замыкание якоря. Полная обратная ЭДС теперь появляется через якорь, который рассеивается почти так же, как и при запуске. В конце концов, крутящий момент двигателя замедляет механическую нагрузку и в конечном итоге двигатель останавливается.

Таким образом, рассеяние мощности якоря примерно одинаково зависит от времени при запуске или остановке. Таким образом, если ваш двигатель может выжить при полном напряжении, подаваемом от покоя, он может выжить, если его якорь закорочен на полной скорости.

Как гласит диезуб, в поездах тормозные резисторы могут использоваться для снижения мощности нагрузки, но полное напряжение двигателя не подается из состояния покоя. Я не специалист по современному дизайну поездов, но на старых лондонских поездах балластные резисторы были последовательно соединены с арматурой и постепенно отключались, когда поезд набирал скорость.

Типичный щеточный двигатель может быть разумно смоделирован как идеальный двигатель последовательно с резистором и индуктором. Идеальный двигатель будет выглядеть электрически как источник напряжения / зажим с нулевым сопротивлением (способный к источнику или понижающей мощности), чья полярность и напряжение постоянно кратны скорости вращения. Он будет производить преобразование крутящего момента в ток и наоборот, при этом крутящий момент будет постоянно кратным току. Чтобы выяснить поведение при торможении, просто используйте модель с резистором, равным сопротивлению постоянного тока двигателя при остановке; Индуктивность, вероятно, можно игнорировать, за исключением случаев, когда пытаются быстро включить и выключить ток двигателя (например, с помощью ШИМ-привода).

Замыкание выводов двигателя приведет к току, равному отношению напряжения холостого хода (при его текущей скорости) к сопротивлению. Это приведет к тому, что тормозной момент будет примерно равен по величине крутящему моменту, который возник бы, если бы это напряжение было приложено извне к двигателю, когда он остановился; он также рассеивает то же количество энергии в обмотках двигателя, что и в сценарии остановки.