直流电机的限流

电器工程 发动机 直流电机
2022-01-29 12:45:59

我已经在互联网上搜索了一个多月,现在我担心我的问题太基本了,以至于我找不到答案。或者我已经看到了答案并认出了它。我想要做的(此时)只是为我从 Radio Shack 购买的小型直流电机供电,该电机是通过“壁式疣”交流/直流转换器。我有一个开/关开关。虽然我知道将所有这些连接在一起,但我不知道如何在不烧毁电机的情况下为电机供电。

电机是 Radio Shack 高速 9-18Vdc 电机,#2730256。Radio Shack 没有提供其组件的规格,但我可以在网上找到这个:“它需要 1.98A 内的 12-18V。电机设计为以 1.98 AMPS MAX 运行!!”

我尝试的第一个电源是一台旧笔记本电脑的壁式电源,额定电压为 19V 3.4A。当电机没有施加任何负载时,这很有效。它的电流约为 0.25 安培。然而,当我给它加负载时,电机的电流超过了 4 安培。

“没问题,”我虽然,我只是购买一个更合适的电源。如果在 eBay 上找到 18V 2A 电源。完美的!当它到达时,我将它连接起来,打开它,然后电机消耗 4.5 安培!

所以现在我迷路了。我天真的假设是 2 安培的电源不会提供超过 2 安培的电流。这不是真的,还是我购买的电源是垃圾?

或者,我真的需要寻找某种将电流限制在 2 安培以下的限流电路吗?这将允许我退回我购买的供应品并使用我拥有的供应品。它还可以保护电机免受电流尖峰的影响。我试图阅读这个,但我读的越多,我就越困惑。

我想到的应用需要很大的扭矩,所以我试图将电流供应保持在安全的最大值附近。我的下一步将是使用带有 555 定时器或 Arduino 板的 PWM 来控制速度。但现在,我很乐意打开它并让它运行 6 小时而不烧坏电机。我该怎么做呢?如何防止直流电机吸收比健康电流更大的电流?

4个回答

重要的是不要使电机或其任何部件(绕组、电刷、轴承等)过热。

电机中的热量来自电流的平方乘以电阻。

如果电机的额定最大电流为 1.95 安培,那么您有三种选择可以避免过热:

  1. 确保负载永远不会太高以至于电机失速或过载。
  2. 确保电压如此之低,以使通过绕组的电流永远不会高于额定值。
  3. 使用电流控制器来驱动可以将电流限制在给定最大值的电机。(通常,平均电流通过 PWM 受到限制。)

您的“2A 电源”没有进行限制的原因是它没有以“连续电流限制”作为功能。存在具有此功能的电源,但它们通常更昂贵,因为构建该功能通常比无限电源(您可以通过过载来破坏)或间歇性限制电源(完全关闭)更难过载或过热。)

电源的安培额定值通常是它可以安全提供多少安培——而不是限制或确切的数字,例如电压额定值。原因是您不会将放大器“推入”负载。负载根据您提供的电压及其内部结构(电阻、阻抗)“吸收”电流。

我给你的建议是使用 12V/2A 的电源,看看如果你让电机停转,会消耗多少电流。如果 < 2A,很好!如果 > 2A,则进一步降低电压,直到停止时汲取的电流可以接受。

如果这还不够好,那么请获得一个可以让您建立电流限制的电源,该电源的响应是降低电压,直到电流低于该限制。您可以从 Jameco 或 Digi-Key 等地方购买这些作为“组件”,或者您可以从亚马逊购买便宜的 18V/3A 台式电源(还带有方便的数字读数器。)

电机相当坚固,您不必担心 - 例如 - 1.98 和 2A 之间的差异。然而,过电流会以两种不同的方式缩短电机的寿命:

1) 从长远来看,电机会过热。额定电流为 2A 的电机具有更高的短期电流额定值并不罕见 - 可能是 4A 的间歇电流,最大。任意半小时10分钟。关键是要降低电机的温度——要么将电流限制在 2A,要么让其冷却,或者通过改进冷却,例如使用风扇。

2) 直流电机通常有电刷——碳块或金属触点与换向器摩擦。后者特别容易因熔化而磨损,无论是火花还是电流过高。碳刷更坚固,但它们也会磨损和过热。在某些电机上,它们很容易更换,这是延长硬驱动电机寿命的一种方法!

在您的情况下,如果您想要连续运行 6 小时,则需要考虑长期电流消耗。

这实际上意味着限制电机的扭矩。

限制电流只会在超过扭矩时使电机停转 - 如果电机有内部冷却风扇,实际上会使电机过热更快!

最好更快地运行电机并将其减速,直到它可以提供您需要的扭矩而不会产生过多的电流。

您需要做的是准确确定将磁盘加速到您希望它旋转的速度所需的扭矩,然后适当地调整电机的大小。这是一个相当简单的物理问题,您只需要知道负载的惯性矩以及您想要加速它的速度。对于一个相当简单的物体,比如一个大磁盘,你需要更多的扭矩来让它加速,而不是让它保持移动。

扭矩公式为τ=Iα, 在哪里τ是扭矩,I是转动惯量,并且α是角加速度。圆盘的转动惯量与圆柱相同,I=12mr2, 在哪里m是你的光盘的质量和r是半径。

所以当你打开你的马达时,它会消耗尽可能多的电流来加速这个磁盘。如果您想出某种方法将电流限制在 2 安培(对于给定的电机,这相当于将扭矩限制在某个值),那么这相当于限制负载的加速度(α=τI)。您的另一个选择是限制加速负载的速度,这将限制您需要多少扭矩。这可以像在一段时间内缓慢施加更多电压一样简单,而不是瞬间以 18 V 电压撞击电机。由于听起来您无论如何都计划控制速度,因此这可能是您想要尝试的事情。

当然,这一切都假设您的电机尺寸正确。我鼓励您进行计算以计算出您的转动惯量,然后使用您的加速度要求来确定您需要的扭矩。很有可能您的电机根本无法为此工作(即,即使负载达到最高速度,它也需要更多的扭矩来保持其移动,而不是您的电机一次可以安全地为您提供 6 小时)。

此外,这里是关于电机额定值的说明。大多数电机制造商根据其内部温度相对于环境温度的变化以及它使用的绝缘类型来评估他们的电机。因此,对于给定类型的绝缘,电机制造商将加载电机,使电机绕组上升(例如)85C 长期超过环境空气温度。铭牌上的扭矩、电流、速度等都是该测试的数据。因此,如果电机说它的额定电流为 2 安培,这意味着如果您长时间以 2 安培的电流运行它(例如 6 小时),那么您应该预计电机的绕组会变得像绝缘体一样热被评为。这也意味着只要电机绕组的温度不高于该温度,您可能会在短时间内使电机过载。对您而言,问题是您不知道电机中的绝缘类型,并且您可能没有测试设备来正确确定电机过载的程度。基本上我想说的是,在短时间内(比如 1 分钟)绘制 4.5 安培不是

为什么没有人只是告诉他使用抵抗者?这就是汽车交流系统中的鼓风机如何受到安全限制。您找出在给定电压下通过电流量所需的电阻值。这将防止电机消耗的电流超过电阻通过的电流。