モーターの失速電流と自由電流は何ですか?


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電気モーターの失速と自由電流は何ですか?たとえば、このVexモーターは、ページの下部にストール電流と自由電流をリストします。

私は一般的なアイデアを理解していると思いますが、詳細な説明が役立つでしょう。

回答:


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短い答え

  • ストール電流とは、モーターが最大トルクを加えているときの最大電流1です。これは、モーターが完全に動くことを妨げられているか、負荷がかかると加速できなくなるためです。

  • フリー電流はモータが無負荷で、最大速度で自由に回転しているときに引き出された電流である2モータ自体に摩擦及び逆EMF力以外。

1:通常の状態では、つまり、モーターが一方の最大速度から他方の最大速度に移動するように求められていません。
2:これは、モーターが外力によって駆動されていないことを前提としています。

長い答え

ストール電流

Stall Torqueの Wikipediaページから:

失速トルクは、出力回転速度がゼロのときにデバイスが生成するトルクです。また、デバイスの出力回転速度をゼロにする、つまりストールを引き起こすトルク負荷も意味します。ストールとは、モーターの回転が停止した状態です。この状態は、負荷トルクがモーターシャフトトルクよりも大きい場合、つまり故障トルク状態の場合に発生します。この状態では、モーターには最大電流が流れますが、モーターは回転しません。この電流は、ストール電流と呼ばれます。

...

電気モーター

電気モーターは、停止してもトルクを供給し続けます。ただし、失速状態に置かれた電気モーターは、これらの条件下で電流が最大になるため、過熱して損傷する可能性があります。

損傷を引き起こすことなく失速したときに電気モーターが長期的に生成できる最大トルクは、最大連続失速トルクと呼ばれます。

したがって、このモーターの仕様から

Stall Torque:  8.6 in-lbs
Stall Current: 2.6 A

モーターに8.6インチポンドを超えるトルクを加える必要がある場合、モーターは移動を停止し(または摩擦に対抗する場合は加速し)、最大2.6Aの電流を引き込むことがわかります。

どんな種類のモーターなのかはわかりませんが、2線式のインターフェースを考えれば、ブラシ付きDC電気モーターになると思います。

無負荷のDCモーターが回転すると、逆流する起電力が発生し、モーターに印加される電流に抵抗します。回転速度が増加するとモーターを流れる電流が低下し、自由回転モーターの電流はほとんどありません。モーターに流れる電流が増加するのは、モーターに負荷がかかってローターが遅くなる場合のみです。

以下からの逆起電力ページウィキペディア:

モータ制御ロボティクス、用語「バックEMF」は、多くの場合、モータの回転速度を推定する回転モータによって生成される電圧を使用してのことをいいます。

ただし、DrFriedPartsが説明しているように、これはストーリーの一部にすぎません。最大連続ストールトルクがよりはるかに低くすることができる最大トルク、したがって電流。たとえば、ある方向の最大トルクから別の方向の最大トルクに切り替える場合。この場合、引き込まれる電流は、連続失速電流の2倍になる可能性があります。モーターのデューティサイクルを超えてこれを十分に頻繁に行うと、モーターを焼損する可能性があります。

自由電流

再び、仕様を見てください:

Free Speed:     100 rpm
Free Current:   0.18 A

したがって、負荷なしで自由に実行すると、最大100 rpmまで急速に加速し、わずか180 mAを消費して摩擦と逆起電力を与えてその速度を維持します。

ただし、DrFriedPartsが説明しているように、これも物語の一部にすぎません。モーターが外力(事実上-ve負荷)によって駆動されているため、モーターが発電機に変わる場合、引き出される電流は、外力によって生成される電流によって相殺される場合があります。


Ian'sが必要な情報を正確に簡潔に答え、あなたが質問に記載されているモーターの拡張情報を提供し、モーターの例を概説しているので、2つの答えを選択できるといいのですが。結局、私はイアンを選んだだけです。なぜなら、この質問に来たときに、ほとんどの将来の視聴者が最初に見たいものになるからです。確かに+1。
golmschenk

さて、今回の更新により、これがより完全で有用な回答になりました。
golmschenk

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ストール電流は、モーターが動かなくなったとき、つまり停止したときにモーターが引き込む量です。自由電流とは、モーターに負荷がないとき、つまり自由に回転するときにどれだけの電流が流れるかです。ご想像のとおり、モーターにかかる負荷が大きいほど、移動するためにより多くの電流が流れます。ストール電流と自由電流はそれぞれ最大値と最小値です。

スタンディングスタートから、モーターは最初は失速電流に近い場所に流れ、その後、動作速度を維持するために必要な電流まで低下します。


ですから、ここが最も明確な説明が必要な場所です。ストール電流と自由電流が最小と最大であると言いました。それでは、自由電流は、モーターが運転中に引く最小電流です。
golmschenk

2
@golmschenk:自由電流は、モーターがこれまでに消費する最小電流です。
マニッシュアース

2
はい...技術的には、丘などを転がり落ちた場合にモーターが引き込む量が少なくなる可能性がありますが、@ Manishearthはそれを打ちました。
イアン

申し訳ありませんが、マークが回答を更新すると、質問の今後の視聴者にとってより完全で便利な回答になります。したがって、私は受け入れられた答えを切り替えました。
golmschenk

心配ない。私はモーターだけに焦点を当て、質問に対してよりシステム中心のアプローチをとる回答を見つけてうれしく思います。
イアン

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@Ian@Markは素晴らしい(そして正しい)答えを提供します。完全を期すために、もう1点追加します...

経験の浅い設計者の間では、失速電流と自由電流はモーターが遭遇する可能性のある最大電流と最小電流に等しいと仮定する傾向があるようです。

彼らはしません。

これらは有効な公称値です。注意しないと、比較的一般的な状況でこれらの制限を超えることができます。

最小値を超える

@Ianと@Markが述べたように。モーターは、外部ソースまたはイベントにより、モーターが適用された電流/電圧よりも速く動くと、発電機に変わる可能性があります(グーグル「回生ブレーキ」)。たとえば、イアンは丘を下って行くか、誰かがモーターをクランキングします。

これらの状況での電流は、自由電流よりも少ないだけでなく、実際に負になる可能性があります(逆方向に進む-負荷ではなくソースのように動作します)。

仕事(エネルギー)の観点から考えると、廊下に衣服の箱を押し込んでいると言います。それをするのに多くの努力は必要ありませんが、あなたのバディがあなたと一緒にプッシュを開始した場合、あなたが費やしていたわずかな努力は軽減されます。これは、モーターがわずかに下がった場合です。

最大値を超えています

モーターの生成機能の2番目の結果は、モーターが勢いを獲得すると、電力が供給されなくなると、そのエネルギーを起電力(電圧)に変換し続けることです。

興味深いケースは、方向を逆にする場合です。モーターを正方向に回転させ、すぐに方向を切り替えると、モーターの逆起電力が電源と直列になっているため、モーターコイルの電圧は一時的に前の供給電圧の約2倍になります。これは、オームの法則から予想されるとおり、失速電流を超える電流になります。

実用的なソリューション

これらの理由から、実用的な双方向モーター制御回路には、図に「フリーホイール」ダイオード(D1-D4)が含まれており、逆起電力関連電流のリターンパスを提供し、電源レール内の電圧をクランプします+ / -順方向ダイオード電圧。独自のモーター制御を構築する場合は、それらも含める必要があります。

ここに画像の説明を入力してください


1
すばらしい回答です。回答を更新して、いくつかの追加のメモと詳細を参照できるようにしました。時間に余裕があれば、緊急遮断のために相を短絡するときにモーターに流れる電流に関するメモを調べます。現時点でそれを賢明に書くのに十分なことを思い出せず、私の経験のほとんどはブラシ付きDCモーターではなくブラシレスでした。
マークブース

4

すべて非常に良い答えですが、物理の教師として、混乱を招く可能性のある誤った同等性について心配しています。

[エネルギー] [1]の1つの形式、たとえば[化学ポテンシャルエネルギー] [2]は、他の形式のエネルギー(たとえば[電気ポテンシャルエネルギー] [3]、[運動エネルギー] [4]、[音エネルギー] ] [5]、[熱エネルギー] [6])。[SIシステム] [7]は、最もわかりやすく最も一貫性があり、[ジュール] [8]で測定されるスカラーの物理量です。[電圧] [9]はエネルギーと同じではありません。電圧は[ボルト] [10]で測定されます。1ボルトは、[クーロン] [11]あたり1ジュールとして定義されます。したがって、エネルギー(ジュールで測定)をボルト(クーロンあたりのジュールで測定)に変換することはできません。

電気機械システム(電気モーターは単なる一例です)の[起電力] [12](EMF)は、ボルトで測定されます。[電流] [13]は[アンペア] [14]で測定されます。[電荷] [15]はクーロンで測定されます。1クーロンは1アンペア秒、つまり、1秒間に1アンペアの電流のポイントを通過して流れる電荷です。

電気機械システムについて知る必要があるのは、システムの電気部分の[電気インピーダンス] [16]と、システムの機械部分の[慣性] [17]または[慣性モーメント] [18]です。 。また、いつでも完全なシステムを駆動する正味の外部[トルク] [19]を知る必要があります。(トルク自体がない場合([モーメント] [20]がないため)、[質量中心] [22]を介して作用する正味の外部[力] [21]のみを知る必要があります)。

どんな瞬間でも、電気システムの電気インピーダンスZは、システムの[電気リアクタンス] [23]、Xの平方の平方根に加えて、システムの[電気抵抗] [24]、Rの平方です。システムの電気リアクタンスは、[誘導リアクタンス] [25]、X(L)と[容量リアクタンス] [26]、X(C)の違いです。ここで、X = X(L)-X(C)

(NB、最初は、回答の26の主要な概念のそれぞれをWikilinkしようとしましたが、システムは、少なくとも10ポイントを獲得するまで、3つ以上のリンクを含めることが許可されていないことを通知しました。)


どうぞ!今すぐリンクを追加できます!PS私は物理学者ではありませんが、あなたの答えに従うことができます。しかし、最後の段落で紹介した用語が「失速電流」と「自由電流」にどのように関係するか理解できませんでした。これが問題です。あなたがそれを少し広げれば役立つでしょう。
シャーバズ14

ロボット工学リチャードへようこそ。ご説明いただきありがとうございます。Shahbazが示唆するように、回答を編集してリンクを再度追加できるようになりました。また、最後の段落の説明に役立つリラクタンス/リアクタンスの基本的な紹介を追加できれば、回答がさらに便利になります。
マークブース
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