Ergebnis des Konstantstroms durch den Gleichstrommotor unter verschiedenen Lasten

Ich habe einige Untersuchungen zum bürstenlosen Gleichstrommotor durchgeführt und habe einige Fragen, was passieren würde, wenn ein konstanter Strom an einen Gleichstrommotor gesendet wird.

Nach meinem Verständnis steht der Strom in direktem Zusammenhang mit dem Drehmoment, das der Motor liefert, während sich die Spannung auf die Drehzahl bezieht. Meine Frage ist, was passieren würde, wenn Sie versuchen, den zugeführten Strom unabhängig von der Last / U / min konstant zu halten.

Angenommen, Sie haben ein Gewicht an der Welle des Motors angebracht, wie in diesem Bild dargestellt:

Sie stellen den Strom ein, der an den Motor gesendet werden soll, sodass das aufgebrachte Drehmoment 10 in-lbs ohne Last beträgt. In diesem Szenario ändert sich dieser Strom nicht. Sie befestigen ein Gewicht am Ende der Riemenscheibe. Was passiert, wenn das Drehmoment aus dem Gewicht / der Last 5, 10 und 15 in-lbs beträgt?

Ich gehe davon aus, dass im 5-in-lb-Szenario der Motor das Gewicht nach oben zieht, bei 10 in-lbs der Motor abwürgt und bei 15 in-lbs das Gewicht sinkt und tatsächlich als Generator fungiert.

Jetzt ignoriere ich offensichtlich die Spannung und die Gegen-EMK in diesem Szenario. Wie würden sie eine Rolle spielen? Ohne Spannung fließt kein Strom durch das Gerät, daher wird kein Drehmoment angelegt. Aber würde die Spannung darüber hinaus nur die Beschleunigung beeinflussen?

Es tut uns leid, wenn diese Frage bereits beantwortet wurde, aber das meiste, was ich gefunden habe, bezog sich auf ein konstantes NET-Drehmoment, nicht auf ein konstantes vom Generator aufgebrachtes Drehmoment.

Ein konstanter Strom bedeutet für einen idealen Motor ein konstantes Drehmoment. Dies gilt ungefähr für echte Motoren. Es spielt keine Rolle, was Sie am Motor anbringen oder wie schnell er sich dreht.

Was Sie zu vermissen scheinen, ist Newtons zweites Bewegungsgesetz . Es heißt, dass Kraft das Produkt von Masse und Beschleunigung ist:

Der konstante Strom, den Sie dem Motor zuführen, ist eine Kraft. Das Gewicht widerspricht dieser Kraft. Der Unterschied ist die Nettokraft,$F$ in dieser Gleichung und $m$ ist die Masse des Gewichts plus die Masse des Rotors und der Schnur und alles andere, was der Motor bewegen muss.

Sie stellen den Strom ein, der an den Motor gesendet werden soll, sodass das aufgebrachte Drehmoment 10 in-lbs ohne Last beträgt.

Nicht möglich. Es gibt nichts, gegen das sich der Motor "drehen" könnte. Dies ist das mechanische Äquivalent zu dem Versuch, 10 Volt über einen toten Kurzschluss zu entwickeln. Der Motor dreht sich schnell mit seiner maximalen Drehzahl und die Gegen-EMK steigt auf die Ansteuerspannung an, sodass Ihre Antriebselektronik nicht genug Spannung über der Gegen-EMK liefern kann, um genügend Strom für so viel Drehmoment zu erzeugen.

Nehmen wir einfach an, Sie bestimmen, wie viel Strom für 10 in-lbs Drehmoment benötigt wird, und Sie treiben Ihren Motor mit einer darauf eingestellten Konstantstromversorgung an.

Was passiert, wenn das Drehmoment von Gewicht / Last 5 in-lbs beträgt?

Unter der Annahme, dass der Rotor und die Saite masselos und reibungsfrei sind, wird das Gewicht durch das Nettodrehmoment von 5 in-lbs (10 in-lbs des Motors, abzüglich 5 in-lbs vom Gewicht) nach oben beschleunigt. Die Geschwindigkeit der Beschleunigung wird durch die Masse des Gewichts und das obige Newtonsche Gesetz bestimmt.

Wenn sich die Drehzahl des Motors ändert (das Gewicht beschleunigt sich), ändert sich auch die Gegen-EMK. Ihre Konstantstromversorgung des Motors muss eine zunehmende Spannung anlegen, um den gleichen Strom aufrechtzuerhalten. Die elektrische Leistung steigt somit ebenso wie die mechanische Leistung.

Was passiert, wenn das Drehmoment aus dem Gewicht / der Last 10 in-lbs beträgt?

Das Motordrehmoment gleicht das Gewichtsdrehmoment aus. Egal wie schnell sich das Gewicht bewegt (wenn überhaupt), es macht das weiter. Newtons erstes Gesetz gilt .

Was passiert, wenn das Drehmoment vom Gewicht / der Last 15 in-lbs beträgt?

Das Gewicht beschleunigt nach unten und überfordert den Motor. Es wird jedoch kein freier Fall sein. Der Motor hebt einen Teil der Kraft des Gewichts auf, was zu einer langsameren Beschleunigung nach unten führt.

Wenn das Gewicht den Motor überfordert, kann es schließlich dazu führen, dass der Motor rückwärts läuft, relativ zu der Art und Weise, wie er ohne Last laufen würde. In diesem Fall addiert die Gegen-EMK jetzt die Spannung, die Sie an den Motor anlegen, anstatt sie zu subtrahieren. Irgendwann muss Ihr Controller, der versucht, einen konstanten Strom aufrechtzuerhalten, eine negative Spannung anlegen, um diesen Strom aufrechtzuerhalten. Mit anderen Worten, die Gegen-EMK reicht aus, um das erforderliche Drehmoment selbst zu erzeugen: Ihre Steuerung muss sich dem widersetzen.

Dies ist perfekt symmetrisch mit dem ersten Fall, in dem der Motor das Gewicht überforderte. In diesem Fall stieg die elektrische und mechanische Leistung (ohne Bindung, wenn Sie sie zulassen). In diesem Fall fällt die elektrische und mechanische Leistung ab (negativ, wenn Sie sie zulassen). Energie wird gespart, weil Sie das Gravitationspotential des Gewichts verändern.

Die Notwendigkeit, der Gegen-EMK zu widerstehen, bedeutet normalerweise, elektrische Energie in einem Kondensator oder einer Batterie zu speichern oder sie zum Erwärmen eines Widerstands zu verwenden. Wenn Sie dies nicht schnell genug tun können, erzeugt der Motor mehr Drehmoment als die gewünschten 10 in-lbs, und Sie haben die Grenzen Ihres "Konstantstrom" -Treibers erreicht.

Weiterführende Literatur:

• Wie kann ich ein regeneratives Bremsen eines Gleichstrommotors implementieren?
• Warum sollte ich mir Sorgen machen, dass ein Motor meine Versorgungsspannung in die Höhe treibt, wenn die Gegen-EMK die Versorgungsspannung nicht überschreiten kann?
• Wie kann ich die Gegen-EMK messen, um auf die Drehzahl eines Gleichstrommotors zu schließen?

Unter der Annahme, dass die Kommutierungselektronik keine Probleme mit den beteiligten Spannungen hatte, würde sich ein bürstenloser Motor, der mit einem konstanten Strom gespeist wird, ähnlich wie ein Bürstenmotor verhalten und ein konstantes Drehmoment liefern. Wenn die Kombination aus Drehmoment aufgrund von Gewicht und Reibung gleich und entgegengesetzt zum vom Motor erzeugten Drehmoment wäre, würde sich der Motor mit konstanter Drehzahl drehen. Es würde einen bestimmten Spannungsabfall aufgrund des Gleichstromwiderstands (gleich Widerstand mal Strom) sowie einen zusätzlichen Spannungsabfall proportional zur Drehzahl geben. Wenn das Drehmoment des Motors das Drehmoment aufgrund von Gewicht und Reibung übersteigt, beschleunigt der Motor kontinuierlich, bis dies nicht mehr der Fall ist. Der Spannungsabfall des Motors würde sich in diesem Fall erhöhen. Die Geschwindigkeit würde wahrscheinlich durch die Unfähigkeit der Versorgung (oder Elektronik) begrenzt sein, Strom bei höheren Spannungen zu liefern.

In dem Szenario, in dem das Motordrehmoment plus die Reibung nicht ausreichen, um ein Abfallen des Gewichts zu verhindern, würde das Gewicht nach unten beschleunigen (oder gegebenenfalls die Aufwärtsgeschwindigkeit verringern). Wenn das Gewicht durch Aufwärtsbewegung begann (aufgrund einer äußeren Kraft oder weil der Strom anfangs höher war), würde der Motor dem Gewicht Energie hinzufügen, solange es sich weiter nach oben bewegt. Zwischen dem Zeitpunkt, zu dem das Gewicht nach unten begann und dem Zeitpunkt, zu dem die durch seine Drehzahl erzeugte Spannung gleich dem Spannungsverlust aufgrund des Widerstands war, würde der Motor "verstopfen" - ein Zustand, in dem der Motor die gesamte mechanische und elektrische Leistung aufnimmt, die in den Motor fließt es (wenn der Motor schneller wird, würde die Menge der mechanischen Leistung zunehmen und die elektrische Leistung würde abnehmen). Sobald die Drehzahl den Punkt erreicht, an dem die Spannung an den Motorklemmen Null wäre,