Що таке струм затримки і вільний струм двигунів?

Що таке стійкі та вільні струми електродвигуна? Наприклад, цей двигун Vex перелічує свої стійкі та вільні струми внизу сторінки.

Я думаю, що я розумію загальну ідею, але детальний опис був би корисним.

Коротка відповідь

• Струм стійлового руху - це максимальний струм, потягнутий ¹ , коли двигун застосовує свій максимальний крутний момент, або тому, що йому заважають повністю рухатись, або тому, що він більше не може прискорюватися з огляду на навантаження, яке знаходиться під ним.

• Вільний струм - це струм, що виникає, коли двигун вільно обертається з максимальною швидкістю, під жодним навантаженням ^2, крім сил тертя та зворотного випромінювання в самому двигуні.

^{1: У нормальних умовах, тобто двигун не вимагає переходити від максимальної швидкості в одному напрямку до максимальної швидкості в іншій .
2: Це передбачає, що двигун не рухається зовнішніми силами .}

Довга відповідь

Стій струму

Зі сторінки Вікіпедії на момент зупинки :

Крутний крутний момент - крутний момент, який створюється пристроєм, коли вихідна швидкість обертання дорівнює нулю. Це також може означати навантаження на крутний момент, яке призводить до того, що швидкість обертання вихідного пристрою стає нульовою, тобто спричиняє затримку . Затримка - це умова, коли мотор перестає обертатися. Ця умова виникає тоді, коли крутний момент навантаження більший, ніж обертовий момент валу двигуна, тобто стан крутного моменту. У такому стані двигун подає максимальний струм, але двигун не обертається. Струм називається постійним струмом.

...

Електродвигуни

Електродвигуни продовжують надавати крутний момент при застоюванні. Однак електродвигуни, залишені в затримкому стані, схильні до перегріву та можливих пошкоджень, оскільки струм, що протікає, максимальний за цих умов.

Максимальний крутний момент, який електричний двигун може виробляти в довгостроковій перспективі, коли він зупиняється, не завдаючи шкоди, називається максимальним безперервним крутящим моментом .

Таким чином, із специфікації цього двигуна

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

ми можемо побачити, що якщо на двигун потрібно застосувати більше 8,6 дюймового моменту, двигун перестане рухатися (або прискориться, якщо працює проти тертя), і виведе максимум 2,6 А струму.

Хоча це не говорить про те, що це за двигун, я б очікував, що це буде електродвигун Brushed DC, враховуючи, що це двожильний інтерфейс.

Коли вивантажений двигун постійного струму обертається, він створює електрорушійну силу, що подається назад, яка чинить опір струму, який застосовується до двигуна. Струм через мотор падає зі збільшенням швидкості обертання, а мотор вільного обертання має дуже мало струму. Тільки при навантаженні на двигун, який уповільнює ротор, посилюється струм, що проходить через двигун.

На сторінці вікіпедії Counter electromotive force :

У керуванні двигуном та робототехнікою термін "Back-EMF" часто позначає використання напруги, що створюється прядильним двигуном, щоб визначити швидкість обертання двигуна.

Однак зауважте, як пояснює ДрФрідПартс , це лише частина історії. Максимальний безперервний пусковий момент може бути значно нижче , ніж максимальний крутний момент і , отже , струму. Наприклад, якщо ви переходите від повного крутного моменту в одному напрямку до повного крутного моменту в іншому. У цьому випадку струм, що витягується, може бути вдвічі більшим за безперервний стійкий струм. Робіть це досить часто, перевищуючи робочий цикл мотора, і ви можете перегоріти.

Безкоштовний струм

Ще раз, дивлячись на специфікацію:

Free Speed:     100 rpm
Free Current:   0.18 A

Тож, коли вільно працює, без навантаження, він швидко розганятиметься до 100 об / хв, де витягне всього 180 мА, щоб підтримувати цю швидкість із заданим тертям та задньою потужністю.

Знову ж таки, як пояснює ДрФрідПартс , це також лише частина історії. Якщо двигун приводиться в дію від зовнішньої сили (фактично -ве навантаження) і, таким чином, двигун перетворюється на генератор, струм, що витягується, може бути скасований струмом, що створюється зовнішньою силою.

Струм затримки - це те, скільки двигун буде затягувати, коли він застряг, тобто зупинився . Вільний струм - це кількість струму, який він проводить, коли мотор не має навантаження, тобто вільно крутиться . Як і слід було очікувати, чим більше напруга двигуна, тим сильніше буде струм для руху; струм стійлового та вільного струму максимальний і мінімальний відповідно.

З моменту запуску двигун спочатку підводитиметься десь близько до струму стійлості, а потім опускається до струму, необхідного для підтримки незалежної швидкості.

@Ian та @Mark пропонують приголомшливі (і правильні) відповіді. Я додам ще один додатковий бал за повноту ...

Серед менш досвідчених дизайнерів існує тенденція припускати, що струм зупинки і вільний струм прирівнюються до максимальних і мінімальних струмів, з якими може зіткнутися двигун.

Вони ні.

Вони є ефективними номінальними значеннями. Ви можете перевищити ці межі за відносно звичайних обставин, якщо не будете обережні.

Перевищення мінімального

Як відзначили @Ian та @Mark Двигун може перетворитись на генератор (гугле "регенеративне гальмування"), коли зовнішнє джерело чи подія змушує двигун рухатися швидше, ніж його застосовуваний струм / напруга. Наприклад, Ян спускається з пагорба або хтось рукою закручує мотор.

Струм у цих ситуаціях може бути не менше меншим, ніж вільний струм, але фактично йти негативним (йти в зворотному напрямку - діє як джерело, а не навантаження).

Якщо ви думаєте про це з робочої (енергетичної) точки зору, скажіть, що ви штовхаєте коробку одягу вниз передпокою. Для цього не потрібно багато зусиль, але якщо ваш приятель починає наполягати на вас, однак мало зусиль, які ви витратили, зменшується. Це стосується легкого двигуна вниз.

Перевищення максимуму

Вторинним наслідком функції генерації двигуна є те, що щойно він набирає обертів, він продовжує перетворювати цю енергію в електрорушійну силу (напругу), коли потужність більше не застосовується.

Цікавий випадок, коли ви обертаєте напрямки. Якщо ви обертаєте двигун вперед, то негайно перемикайте напрямки, напруга на котушці двигуна на мить приблизно вдвічі перевищує попередню напругу живлення, оскільки задній двигун-ЕРС зараз знаходиться в серії з подачею. Це призводить, як і очікувалося від закону Ома, в струм, що перевищує струм стійла.

Практичне рішення

З цієї причини практичні двонаправлені схеми управління двигуном включають на малюнку діоди "вільного колеса" (D1-D4), щоб забезпечити зворотний шлях для струмів, пов'язаних із зворотним випромінюванням, і тим самим зафіксувати напругу в межах рейки живлення + / - напруга переднього діода. Якщо ви будуєте власне управління двигуном, слід також включити їх.

Усі дуже хороші відповіді, але як вчителя фізики мене турбують деякі невірні еквівалентності, які можуть призвести лише до плутанини.

Одна форма [енергії] [1], наприклад [хімічна потенціальна енергія] [2], може бути перетворена в інші форми енергії (наприклад, [електрична потенціальна енергія] [3], [кінетична енергія] [4], [звукова енергія ] [5], [теплова енергія] [6]). У системі [SI] [7], яка на сьогоднішній день є найпростішою для розуміння та найбільш узгодженою, енергія - це скалярна фізична величина, яка вимірюється в [джоулях] [8]. [Напруга] [9] не є енергією. Напруга вимірюється у [вольт] [10]. Один вольт визначається як один джоуль на [кулон] [11]. Отже, енергія (вимірювана в джоулях) ніколи не може бути перетворена у вольт (вимірюється в джоулях на кулон).

[Електрорушійні сили] [12] (ЕРС) у будь-якій електромеханічній системі (з яких електродвигун - лише один приклад) вимірюються у вольтах. [Електричні струми] [13] вимірюються в [амперах] [14]. [Електричний заряд] [15] вимірюється в кулонах. Один кулон - це один ампер другий, тобто заряд, який протікає повз точку в струмі однієї ампери протягом однієї секунди.

Що потрібно знати для будь-якої електромеханічної системи, це [електричний опір] [16] електричної частини системи, а [інерція] [17] або [момент інерції] [18] механічна частина системи . Також потрібно знати чистий зовнішній [крутний момент] [19], який керує повною системою в будь-який момент. (Коли немає крутного моменту як такого (оскільки немає [моменту] [20]), тоді потрібно знати лише чисту зовнішню [силу] [21], що діє через [центр маси] [22]).

У будь-який момент електричний опір Z будь-якої електричної системи є квадратним коренем квадрата [електричного реактиву] системи [23], X плюс квадрат [електричного опору] системи [24], Р. Електрична реактивність системи - це різниця між [індуктивною реактивністю] [25], X (L) і [ємнісною реактивністю] [26], X (C), де X = X (L) - X (C)

(Зверніть увагу: спочатку я намагався викинути кожну з двадцяти шести ключових концепцій у своїй відповіді, але система повідомила мене, що мені не дозволяється включати більше двох посилань, поки у мене не буде принаймні десять пунктів.)