Что такое ток остановки и свободный ток двигателей?

Каковы срыв и свободные токи электрического двигателя? Например, этот двигатель Vex перечисляет свои задержки и свободные токи в нижней части страницы.

Я думаю, что понимаю общую идею, но подробное описание было бы полезно.

Краткий ответ

• Ток останова - это максимальный ток, потребляемый ¹ , когда двигатель прикладывает свой максимальный крутящий момент, либо потому, что он не может двигаться полностью, либо потому, что он больше не может ускоряться, учитывая нагрузку, под которой он находится.

• Свободный ток - это ток, потребляемый, когда двигатель свободно вращается на максимальной скорости, без нагрузки ^2, кроме сил трения и противо-ЭДС в самом двигателе.

^{1: При нормальных условиях, то есть двигатель не запрашивается, переходите от максимальной скорости в одном направлении к максимальной скорости в другом .
2: Предполагается, что двигатель не приводится в движение внешними силами .}

Длинный ответ

Течение сваливания

Со страницы Википедии по крутящему моменту в стойле :

Крутящий момент - это крутящий момент, который создается устройством, когда выходная скорость вращения равна нулю. Это также может означать моментную нагрузку, которая приводит к тому, что выходная частота вращения устройства становится равной нулю, то есть вызывает останов . Задержка - это состояние, когда двигатель перестает вращаться. Это условие возникает, когда крутящий момент нагрузки больше, чем крутящий момент на валу двигателя, т.е. В этом состоянии двигатель потребляет максимальный ток, но двигатель не вращается. Ток называется током останова.

...

Электродвигатели

Электродвигатели продолжают обеспечивать крутящий момент в остановленном состоянии. Однако электродвигатели, оставленные в остановленном состоянии, подвержены перегреву и возможному повреждению, поскольку протекающий ток максимален в этих условиях.

Максимальный крутящий момент, который электродвигатель может создать в долгосрочной перспективе при остановке, не причиняя ущерба, называется максимальным непрерывным моментом останова .

Таким образом, из спецификации этого двигателя

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

мы можем видеть, что если требуется, чтобы двигатель прикладывал крутящий момент более 8,6 фунт-силы, двигатель прекращает движение (или ускоряется при работе против трения) и потребляет максимум 2,6А тока.

Хотя он не говорит, что это за двигатель, я ожидал, что это будет электродвигатель с щеткой постоянного тока, учитывая его двухпроводный интерфейс.

Когда электродвигатель постоянного тока без нагрузки вращается, он генерирует электродвижущую силу в обратном направлении, которая противостоит току, приложенному к двигателю. Ток, проходящий через двигатель, падает с увеличением скорости вращения, и у двигателя с вращающимся свободным током ток очень мал. Только когда нагрузка на двигатель замедляет ротор, ток, протекающий через двигатель, увеличивается.

Со страницы Википедии "Противоэлектродвижущая сила" :

В управлении двигателем и робототехнике термин «обратная ЭДС» часто относится к использованию напряжения, генерируемого вращающимся двигателем, для определения скорости вращения двигателя.

Обратите внимание, что, как объясняет DrFriedParts , это только часть истории. Максимальный непрерывный пусковой момент может быть значительно ниже , чем максимальный крутящий момент и , следовательно , тока. Например, если вы переключаетесь с полного крутящего момента в одном направлении на полный крутящий момент в другом. В этом случае потребляемый ток может быть удвоенным непрерывным током срыва. Делайте это достаточно часто, превышая рабочий цикл двигателя, и вы можете перегореть.

Свободный ток

Опять же, глядя на спецификации:

Free Speed:     100 rpm
Free Current:   0.18 A

Поэтому, когда он работает свободно, без нагрузки, он быстро разгоняется до 100 оборотов в минуту, где он набирает всего 180 мА, чтобы поддерживать эту скорость с учетом трения и противо-ЭДС.

Однако, как объясняет DrFriedParts , это тоже только часть истории. Если двигатель приводится в действие внешней силой (фактически нагрузкой), и, таким образом, двигатель превращается в генератор, потребляемый ток может быть нейтрализован током, создаваемым внешней силой.

Ток останова - это то, сколько будет тянуть двигатель, когда он застрял, то есть остановился . Свободный ток - это то, сколько тока он потребляет, когда двигатель не имеет нагрузки, то есть свободно вращается . Как и следовало ожидать, чем больше нагрузка на двигатель, тем больше он будет тянуть, чтобы двигаться; Ток останова и свободный ток являются максимальными и минимальными соответственно.

При постоянном пуске двигатель сначала будет тянуться где-то близко к току останова, а затем падает до тока, необходимого для поддержания любой скорости, на которой он работает.

@Ian и @Mark предлагают потрясающие (и правильные) ответы. Я добавлю еще одно очко для полноты ...

Кажется, среди менее опытных разработчиков существует тенденция полагать, что ток торможения и свободный ток равняются максимальному и минимальному току, с которыми может столкнуться двигатель.

Они не

Они являются эффективными номинальными значениями. Вы можете превысить эти ограничения при относительно общих обстоятельствах, если не будете осторожны.

Превышение минимума

Как отметили @Ian и @Mark. Двигатель может превратиться в генератор (google «рекуперативное торможение»), когда внешний источник или событие заставляет двигатель двигаться быстрее, чем приложенный ток / напряжение. Например, Ян спускается с холма или кто-то провернул мотор.

Ток в этих ситуациях может быть не только меньше, чем свободный ток, но и фактически отрицательным (идти в противоположном направлении - действует как источник, а не нагрузка).

Если вы думаете об этом с точки зрения работы (энергии), скажем, вы толкаете коробку с одеждой по коридору. Для этого не нужно много усилий, но если ваш приятель начинает давить на вас, сколь бы малыми усилиями вы не занимались, он уменьшается. Это тот случай, когда мотор падает на небольшую уклон.

Превышение максимума

Вторичным следствием функции генерации двигателя является то, что, как только он приобретает импульс, он продолжает преобразовывать эту энергию в электродвижущую силу (напряжение), когда мощность больше не подается.

Интересный случай, когда вы меняете направление. Если вы поворачиваете двигатель вперед, а затем сразу переключаете направления, напряжение на катушке двигателя на мгновение примерно вдвое превышает предыдущее напряжение питания, поскольку противо-ЭДС двигателя теперь последовательно с источником питания. Это приводит, как и ожидалось от закона Ома, к току, превышающему ток срыва.

Практическое решение

По этим причинам практические двунаправленные схемы управления двигателем включают в себя диоды с "свободным ходом" (D1-D4) на рисунке, чтобы обеспечить обратный путь для токов, связанных с обратной ЭДС, и тем самым ограничить напряжение внутри питающих шин + / - прямое диодное напряжение. Если вы строите свой собственный моторный контроль, вы должны включить их.

Все очень хорошие ответы, но как учитель физики я обеспокоен некоторыми неправильными эквивалентностями, которые могут привести только к путанице.

Одна форма [энергии] [1], например, [потенциальная химическая энергия] [2], может быть преобразована в другие виды энергии (например, [потенциальная электрическая энергия] [3], [кинетическая энергия] [4], [звуковая энергия] ] [5], [тепловая энергия] [6]). В [системе СИ] [7], которая является наиболее простой для понимания и наиболее последовательной, энергия представляет собой скалярную физическую величину, которая измеряется в [Джоулях] [8]. [Напряжение] [9] не то же самое, что энергия. Напряжение измеряется в [вольт] [10]. Один вольт определяется как один джоул на [кулон] [11]. Следовательно, энергия (измеряется в джоулях) никогда не может быть преобразована в вольт (измеряется в джоулях на кулон).

[Электродвижущие силы] [12] (ЭДС) в любой электромеханической системе (одним из примеров которой является электродвигатель) измеряются в вольтах. [Электрические токи] [13] измеряются в [амперах] [14]. [Электрический заряд] [15] измеряется в кулонах. Один кулон - это одна ампера секунда, то есть заряд, который течет через точку с током в один ампер в течение одной секунды.

Что нужно знать для любой электромеханической системы - это [электрический импеданс] [16] электрической части системы и [инерция] [17] или [момент инерции] [18] механической части системы , Также необходимо знать чистый внешний [крутящий момент] [19], приводящий в движение всю систему в любой момент. (Когда крутящего момента как такового нет (поскольку нет [момента] [20]), тогда нужно знать только чистую внешнюю [силу] [21], действующую через [центр масс] [22]).

В любой момент электрический импеданс Z любой электрической системы является корнем квадратным из квадрата [электрического реактивного сопротивления] системы [23], X плюс квадрат [электрического сопротивления] системы [24], R. Электрическое реактивное сопротивление системы - это разница между [индуктивным сопротивлением] [25], X (L) и [емкостным сопротивлением] [26], X (C), где X = X (L) - X (C)

(NB, изначально я пытался Wikilink каждый из 26 ключевых понятий в моем ответе, но система сообщила мне, что мне не разрешено включать более двух ссылок, пока у меня не будет хотя бы десять баллов.)