Was sind der Stillstand und die freien Ströme eines Elektromotors? Zum Beispiel listet dieser Vex-Motor seine Blockier- und freien Ströme unten auf der Seite auf.
Ich denke, ich verstehe die allgemeine Idee, aber eine detaillierte Beschreibung wäre hilfreich.
Antworten:
Der Stillstandsstrom ist der maximal entnommene Strom 1 , wenn der Motor sein maximales Drehmoment aufbringt, entweder weil er sich nicht vollständig bewegen kann oder weil er unter der Last, unter der er steht, nicht mehr beschleunigen kann.
Freier Strom ist der Strom, der gezogen wird, wenn sich der Motor bei maximaler Drehzahl frei dreht, und zwar ohne Last 2 außer Reibungs- und Gegen-EMK-Kräften im Motor selbst.
1: Unter normalen Bedingungen, dh der Motor wird nicht aufgefordert , von der Höchstgeschwindigkeit in die eine Richtung zur Höchstgeschwindigkeit in die andere zu wechseln .
2: Dies setzt voraus, dass der Motor nicht durch äußere Kräfte angetrieben wird .
Auf der Wikipedia-Seite zu Stall Torque :
Stillstandsdrehmoment ist das Drehmoment , das von einem Gerät erzeugt wird, wenn die Ausgangsdrehzahl Null ist. Dies kann auch die Drehmomentbelastung bedeuten, die bewirkt, dass die Ausgangsdrehzahl eines Geräts Null wird - dh zum Abwürgen führt . Das Abwürgen ist ein Zustand, in dem der Motor nicht mehr dreht. Dieser Zustand tritt auf, wenn das Lastdrehmoment größer als das Motorwellendrehmoment ist, dh der Zustand des Ausfalldrehmoments. In diesem Zustand zieht der Motor den Maximalstrom, dreht sich jedoch nicht. Der Strom wird als Blockierstrom bezeichnet.
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Elektromotoren
Elektromotoren liefern im Stillstand weiterhin Drehmoment. Im Stillstand befindliche Elektromotoren neigen jedoch zu Überhitzung und möglichen Schäden, da der fließende Strom unter diesen Bedingungen maximal ist.
Das maximale Drehmoment, das ein Elektromotor im Stillstand auf lange Sicht ohne Beschädigung erzeugen kann, wird als maximales Dauerstillstandsdrehmoment bezeichnet .
Also aus der Spezifikation dieses Motors
Stall Torque: 8.6 in-lbs
Stall Current: 2.6 A
Wir können sehen, dass der Motor anhält (oder beschleunigt, wenn er gegen Reibung arbeitet) und den maximalen Strom von 2,6 A aufnimmt, wenn der Motor mehr als 8,6 in-lbs Drehmoment aufbringen muss.
Obwohl es nicht aussagt, um welche Art von Motor es sich handelt, würde ich erwarten, dass es sich bei der Zweidrahtschnittstelle um einen Brushed-DC-Elektromotor handelt .
Wenn sich ein unbelasteter Gleichstrommotor dreht, erzeugt er eine rückwärts fließende elektromotorische Kraft, die dem an den Motor angelegten Strom widersteht. Der Strom durch den Motor nimmt mit zunehmender Drehzahl ab, und ein freidrehender Motor weist sehr wenig Strom auf. Nur wenn eine Last auf den Motor ausgeübt wird, die den Rotor verlangsamt, steigt die Stromaufnahme durch den Motor.
Auf der Wikipedia-Seite Gegen die elektromotorische Kraft :
In der Motorsteuerung und Robotik bezieht sich der Begriff "Gegen-EMK" häufig auf die Verwendung der von einem sich drehenden Motor erzeugten Spannung, um die Drehzahl des Motors abzuleiten.
Beachten Sie jedoch, wie DrFriedParts erklärt , dass dies nur ein Teil der Geschichte ist. Der maximale kontinuierliche Kippmoment kann viel niedriger als das seine maximale Drehmoment und somit Strom. Zum Beispiel, wenn Sie vom vollen Drehmoment in die eine Richtung zum vollen Drehmoment in die andere wechseln. In diesem Fall könnte der entnommene Strom doppelt so groß sein wie der Dauerstrom . Tun Sie dies oft genug und überschreiten Sie die Einschaltdauer des Motors, und Sie könnten Ihren Motor durchbrennen.
Nochmals, unter Berücksichtigung der Spezifikation:
Free Speed: 100 rpm
Free Current: 0.18 A
Wenn es also frei läuft, ohne Last, wird es schnell auf 100 U / min beschleunigt, wo es nur 180 mA zieht, um diese Geschwindigkeit bei gegebener Reibung und Gegen-EMK aufrechtzuerhalten.
Dies ist jedoch, wie DrFriedParts erklärt , auch nur ein Teil der Geschichte. Wenn der Motor durch eine externe Kraft angetrieben wird (effektiv eine Last von 5) und somit der Motor in einen Generator verwandelt wird, kann der entnommene Strom durch den durch die externe Kraft erzeugten Strom aufgehoben werden.
Der Blockierstrom gibt an, wie viel der Motor verbraucht, wenn er blockiert , dh blockiert . Freier Strom ist, wie viel Strom er zieht, wenn der Motor nicht belastet ist, dh sich frei drehen kann . Wie zu erwarten ist, nimmt der Motor umso mehr Strom auf, je stärker er belastet wird. Der Blockierstrom und der freie Strom sind das Maximum bzw. das Minimum.
Bei stehendem Start zieht der Motor zunächst in der Nähe des Stillstandsstroms und fällt dann auf den Strom ab, der erforderlich ist, um die Geschwindigkeit aufrechtzuerhalten, mit der er arbeitet.
@Ian und @Mark bieten fantastische (und korrekte) Antworten. Der Vollständigkeit halber möchte ich noch einen Punkt hinzufügen ...
Es scheint unter weniger erfahrenen Konstrukteuren einen Trend zu geben, anzunehmen, dass der Blockierstrom und der freie Strom den maximalen und minimalen Strömen entsprechen, denen der Motor ausgesetzt sein könnte.
Sie tun es nicht.
Sie sind die effektiven Nennwerte . Sie können diese Grenzwerte unter relativ häufigen Umständen überschreiten, wenn Sie nicht vorsichtig sind.
Wie @Ian und @Mark notiert haben. Der Motor kann sich in einen Generator verwandeln (google "regeneratives Bremsen"), wenn eine externe Quelle oder ein Ereignis dazu führt, dass sich der Motor schneller bewegt als der angelegte Strom / die angelegte Spannung. Zum Beispiel geht Ian einen Hügel hinunter oder jemand dreht den Motor mit der Hand.
Der Strom in diesen Situationen kann nicht nur kleiner als der freie Strom sein, sondern auch negativ werden (in die entgegengesetzte Richtung gehen - wirkt eher wie eine Quelle als wie eine Last).
Wenn Sie es aus einer Arbeitsperspektive (Energie) betrachten, sagen Sie, Sie schieben eine Schachtel Kleider den Flur hinunter. Es ist nicht sehr aufwändig, aber wenn Ihr Kumpel anfängt, mit Ihnen zu pushen, wird der Aufwand, den Sie aufgewendet haben, verringert. Das ist der Fall, wenn ein Motor eine leichte Steigung verliert.
Eine sekundäre Konsequenz der Erzeugungsfunktion des Motors besteht darin, dass er, sobald er einen Impuls erlangt hat, diese Energie weiterhin in eine elektromotorische Kraft (Spannung) umwandelt, sobald keine Leistung mehr angelegt wird.
Der interessante Fall ist, wenn Sie die Richtung umkehren. Wenn Sie den Motor vorwärts drehen und dann sofort die Richtung wechseln, ist die Spannung an der Motorspule momentan ungefähr doppelt so hoch wie die vorherige Versorgungsspannung, da die Motor-Gegen-EMK jetzt mit der Versorgung in Reihe geschaltet ist. Dies führt, wie aus dem Ohmschen Gesetz zu erwarten, zu einem Strom, der über dem Blockierstrom liegt.
Aus diesen Gründen enthalten die praktischen bidirektionalen Motorsteuerschaltungen "Freilauf" -Dioden (D1-D4) in der Figur, um einen Rückweg für die Gegen-EMK-bezogenen Ströme bereitzustellen und dadurch die Spannung auf innerhalb der Versorgungsschienen zu klemmen. - die Vorwärtsdiodenspannung. Wenn Sie Ihre eigene Motorsteuerung bauen, sollten Sie diese ebenfalls einbeziehen.
Alles sehr gute Antworten, aber als Physiklehrer bin ich besorgt über einige falsche Äquivalenzen, die nur zu Verwirrung führen können.
Eine Form von [Energie] [1], z. B. [chemische potentielle Energie] [2], kann in andere Energieformen umgewandelt werden (z. B. [elektrische potentielle Energie] [3], [kinetische Energie] [4], [Schallenergie) ] [5], [thermische Energie] [6]). Im [SI-System] [7], das bei weitem am einfachsten zu verstehen und am kohärentesten ist, ist Energie eine skalare physikalische Größe, die in [Joule] [8] gemessen wird. [Spannung] [9] ist nicht dasselbe wie Energie. Die Spannung wird in [Volt] [10] gemessen. Ein Volt ist definiert als ein Joule pro [Coulomb] [11]. Daher kann Energie (gemessen in Joule) niemals in Volt (gemessen in Joule pro Coulomb) umgewandelt werden.
Die [elektromotorischen Kräfte] [12] (EMK) in jedem elektromechanischen System (für das der Elektromotor nur ein Beispiel ist) werden in Volt gemessen. Die [elektrischen Ströme] [13] werden in [Ampere] [14] gemessen. [Elektrische Ladung] [15] wird in Coulomb gemessen. Ein Coulomb ist eine Ampere-Sekunde, dh die Ladung, die eine Sekunde lang in einem Strom von einem Ampere an einem Punkt vorbeifließt.
Was man für ein elektromechanisches System wissen muss, ist die [elektrische Impedanz] [16] des elektrischen Teils des Systems und die [Trägheit] [17] oder das [Trägheitsmoment] [18] des mechanischen Teils des Systems . Man muss auch das äußere Nettodrehmoment kennen, das das gesamte System zu jedem Zeitpunkt antreibt. (Wenn es an sich kein Drehmoment gibt (weil es kein [Moment] [20] gibt), muss man nur die äußere Nettokraft [21] kennen, die durch den [Massenschwerpunkt] [22] wirkt.)
Zu jedem Zeitpunkt ist die elektrische Impedanz Z eines elektrischen Systems die Quadratwurzel des Quadrats der [elektrischen Reaktanz] des Systems [23], X, plus des Quadrats des [elektrischen Widerstands] des Systems [24], R. Die elektrische Reaktanz des Systems ist die Differenz zwischen der [induktiven Reaktanz] [25], X (L) und der [kapazitiven Reaktanz] [26], X (C), wobei X = X (L) - X (C)
(NB: Ich habe anfangs versucht, jedes der 26 Schlüsselkonzepte in meiner Antwort mit Wikilinks zu verknüpfen, aber das System hat mir mitgeteilt, dass ich nicht mehr als zwei Links einschließen darf, bis ich mindestens zehn Punkte habe.)