DCブラシ付きモーターのブレーキ


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電源が切断されているにもかかわらず、DCモーターの端子を一緒に短絡させたが、それでもフリーホイールしている場合はどうなりますか?

いくつかの情報源によると、それはモーターにブレーキをかけます。意味あり。しかし、彼らはまた、単に端子を短絡させるだけでなく、電力抵抗器の配列を使用することについても言及しています。端子を短絡しただけではどうなりますか?


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それはモーターのパワーに依存します。それが十分強力であれば、何かを溶かすことができます。
Majenko

回答:


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彼らが言ったこと...プラス/しかし:

DCモーターの端子に短絡が発生すると、ローターおよび取り付けられている負荷が急速に制動されます。「急速に」はシステムに依存しますが、ブレーキ力はピークモーター設計電力をやや上回る可能性があるため、通常はブレーキが重要になります。

ほとんどの場合、結果が有用であるとわかった場合、これは耐えられることです。

ブレーキ力はI ^ 2R程度

  • ここで、I =モーターの初期短絡ブレーキ電流(以下を参照)および

  • R =モーター-回転子抵抗+配線+ブラシ抵抗(該当する場合)+外部抵抗を含む形成された回路の抵抗

短絡を適用すると、外部の逆起電力を適用せずに達成できる最大のモーターブレーキが達成されます(一部のシステムではこれを行います)。多くの緊急停止システムは、ローター短絡を使用して「クラッシュストップ」を実現しています。結果として生じる電流は、おそらくコアの飽和によって制限されます(空芯または非常に大きなエアギャップが使用されるいくつかの特殊な場合を除いて)。モーターは一般に磁性材料を合理的に効率的に使用するように設計されているため、通常、最大短絡はコア飽和による電流は、最大定格設計動作電流を大幅に超えることはありません。他の人が述べたように、あなたが送ることができるエネルギーがモーターの健康に悪い状況を得ることができますが、予備の電気機関車からのモーターを持っていない限り、これらを扱うことはほとんどありません、

以下の方法で「これに慣れる」ことができます。電流測定の目的で1オームを指定しましたが、どんなスーツでも使用できます。

テストとして、たとえば1オームの抵抗器を使用してみて、モーターブレーキとして使用するときの抵抗値を観察します。電流= I = V / RまたはここではV / 1したがってI =V。電力損失はI ^ Rまたは1オームピークのワット数、ピークアンペアの2乗(または1オームの抵抗の場合は抵抗ボルト2乗)。例:10Aピークモーター電流は一時的に1オームに100ワットを生成します。余剰ストアでは、非常に控えめに言っても250ワットの定格の電力抵抗を使用できます。セラミックボディの10ワットの巻線型抵抗でも、数秒間、定格電力の何倍にも耐えることができます。これらは通常巻線されていますが、インダクタンスはこのアプリケーションに関連しないように十分低くなければなりません。

抵抗素子のもう1つの優れた供給源は、ニクロムまたはコンスタンタン(=ニッケル銅)または同様のワイヤーです。電気ヒーターエレメントワイヤの定格は、通常、10 A連続定格です(ヒーターバーチェリーレッドに光ったとき)。複数のストランドを並列に配置して、抵抗を減らすことができます。これは通常の方法でははんだ付けが困難です。方法はいくつかありますが、「演奏」するのは、ネジ留め式端子台で長さを固定するのが簡単です。

可能性は、ほぼ正しい定格の電球です。その耐寒性を測定し、I = Watts_rated / Vratedによって定格電流を確立します。高温抵抗は低温抵抗の数倍から数倍になることに注意してください。電流ステップ(または電流ステップから電圧ステップへ)が電球に適用されると、最初は冷抵抗が現れ、ウォームアップすると増加します。利用可能なエネルギーと電球の定格に応じて、電球は完全な明るさまで光るか、ほとんど輝きません。たとえば、100ワット100 VAC白熱電球の定格は、100ワット/ 110 VAC〜= 1アンペアです。それの熱抵抗は約R = V / I = 110/1 =〜100オームになります。耐寒性は測定できますが、たとえば5から30オームの範囲になる可能性があります。電球への初期電力が100ワットだとすると、急速に「明るく」なります。最初の電源が10ワットだとすると、きらめきを超えないでしょう。電球が行っていることの最良の分析は、VbulbとI電球の2つのチャネルデータロガーと、それに続くV&Iのプロットと、モーターブレーキとしてのVI製品の合計です。オシロスコープを注意深く処理することで、公平なアイデアが得られ、2メートルの使用と細心の注意で十分です。

一部の小型風力タービンは、風速がローターに対して速すぎる場合、過速度ブレーキとしてローター短絡を使用します。モーターが飽和していない場合、出力はおよそV x Iまたは風速(またはローター)の二乗として上昇します。機械が磁気的に飽和し、ほぼ定電流源になると、ローター速度または風速に応じて電力がほぼ直線的に増加します。しかし、風力エネルギーはローター速度の3乗に比例するので、入力エネルギーが利用可能な最大ブレーキ力を超える最大ローター速度が存在することは明らかです。過速度制御をローターの短絡に依存する場合は、本当に入力/出力クロスオーバー速度よりもかなり低い位置でローターの短絡ブレーキを開始する必要があります。これを怠ると、突風によってローターの速度が臨界限界を上回り、幸いにも暴走する可能性があります。高速風の暴走風力タービンは、所有しておらず、非常に安全な場所に立っている場合に見ると楽しいかもしれません。これらの両方が適用されない場合は、多くの安全マージンを使用してください。

ブレーキングの可能性が高いプロファイルは、次のように半経験的に決定できます。

  1. これは難しい部分です:-)。回転子を計算し、蓄積されたエネルギーをロードします。これはこの回答の範囲を超えていますが、標準的な教科書です。要素には、回転部品の質量と慣性モーメントが含まれます。結果として蓄積されるエネルギーには、RPM ^ 2(おそらく)と他のいくつかの要因の項があります。

  2. ショートしたローターをさまざまな速度で回転させ、特定のRPMでの損失を決定します。これはダイナモメーターで行うことができますが、いくつかの現在の測定値と回路特性で十分です。ローターはブレーキがかかると熱くなることに注意してください。これは重要な場合とそうでない場合があります。また、しばらくの間動作しているモーターは、ブレーキをかける前にローターの巻線が温かい場合があります。これらの可能性を含める必要があります。

  3. 速度/電力損失曲線を決定する対話型プログラムを作成する上記(より簡単)に基づく分析ソリューションを実行します。Excelスプレッドシートのようなものはこれを簡単に行います。結果を観察するためにタイムステップを変更できます。

モーターの安全性を最大限に高めるために、1オーム(たとえば)の抵抗に接続し、外部ドライブ(ドリルプレス、バッテリーハンドドリル(原油速度制御)など)を使用してスピンアップできます。負荷抵抗の両端の電圧により電流が流れます。


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モーターは発電機として機能します-いわゆる「電気ブレーキ」。回路はモーターコイルとそれに接続するもので構成されます。電流はその回路抵抗に依存します。

コイルと他のコンポーネントが順番に接続されているので、電流は回路のすべての部分で等しくなります。モーターを短絡させると、抵抗はコイルの抵抗にのみ依存します。これは、かなり高い電流につながる可能性があり、正確なモーター設計と、ブレーキを開始する時点でのその速度に応じて、モーターが加熱され、コイルの燃焼または溶融につながる可能性があります。鉄道列車を考えてください-彼らは電気ブレーキのために巨大な抵抗器を使わなければならず、それらはかなり熱くなります。


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端子を短絡すると、運動エネルギーがモーター部品で消費されます。

  • 巻線が加熱されます
  • 大電流がブラシを流れてアーク放電を引き起こします
  • 長期的には、ブラシは腐食し、整流子リングに導電性ダストを生成します
  • 整流子リングは最終的に永久的な短絡点になり、過電流を引き起こします
  • 最終的には電源スイッチ、モーターの制御に過大な負荷がかかり、故障します(例:トランジスター)

ところで 通常の通常の電子回生ブレークには、68オームの抵抗、パワートランジスタ、一部の分圧器、ツェナーなどの部品がいくつか含まれています。


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「BTW」にはコンテキストがありません。少し拡張できますか?
ケビンフェルメール

通常100W以上の出力を持つサーボで使用される回生抵抗器。DC電源には、3相ブリッジと回生回路が並列に搭載されています。電圧がバスの公称電圧(たとえば55V> 48V)を超えるか、CPUがブレーキをかけると決定すると、過電圧センサーがパワートランジスターを開き、大電流が抵抗に流れます。何らかの理由で、この領域には役に立たない特許がたくさんあるため、自己説明的な回路図をググるのは簡単ではありません。

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モーターが停止しているときにモーターの全電圧を印加するとどうなるかを考えます。最大電力を消費する電機子抵抗の両端に最大電圧が現れます。モータートルクが機械的負荷を加速すると、モーター速度、つまり逆起電力が上昇し、電流、したがって電機子の電力が低下します。最終的に、逆起電力は入力電圧にほぼ等しくなり、アーマチュアによって消費される電力はアイドルレベルに達します。

次に、入力電圧を取り除き、電機子を短絡することを検討してください。完全な逆起電力がアーマチュア全体に現れ、起動時とほぼ同じように散逸します。最終的に、モータートルクにより機械的負荷が低下し、最終的にモーターが停止します。

したがって、アーマチュアの電力消費は、開始時または停止時の時間に対してほぼ同じ曲線に従います。そのため、モーターが静止状態からフルモーター電圧をかけられて生き残ることができる場合、電機子がフルスピードで短絡しても生き残ることができます。

鋭い歯が言うように、列車では、ブレーキ抵抗器を使用して負荷電力をダンプできますが、モーターの全電圧は残りから適用されません。私は最先端の列車設計の専門家ではありませんが、古いロンドンのチューブ列車では、バラスト抵抗器が電機子と直列に接続され、列車が速度を上げるにつれて徐々にスイッチアウトしました。


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典型的なブラシモーターは、抵抗器とインダクターと直列の理想的なモーターとして合理的にモデル化できます。理想的なモーターは、極性と電圧が回転速度の一定の倍数であるゼロ抵抗電圧供給/クランプ(電力の供給またはシンクが可能な)として電気的に表示されます。トルクは電流の定数倍であり、トルクを電流に、またはその逆に変換します。ブレーキの動作を理解するには、ストールしたときのモーターのDC抵抗に等しい抵抗を備えたモデルを使用します。モーター電流のオン/オフをすばやく切り替えようとしている場合(PWMドライブなど)を除いて、インダクタンスはおそらく無視できます。

モーターのリード線を短絡すると、開回路電圧(現在の速度)と抵抗の比に等しい電流が流れます。これにより、モーターの停止中に外部からその電圧が印加された場合に生じるトルクとほぼ同じ大きさのブレーキトルクが発生します。また、ストールのシナリオと同じ量のモーター巻線の電力が消費されます。

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