Giới hạn dòng điện cho động cơ DC

Tôi đã tìm kiếm trên internet trong và hơn một tháng nay và tôi sợ câu hỏi của tôi rất cơ bản đến nỗi tôi không thể tìm thấy câu trả lời. Hoặc tôi đã thấy câu trả lời và chỉ cần nhận ra nó. Tất cả những gì tôi đang cố gắng làm (tại thời điểm này) là cung cấp năng lượng cho một động cơ dc nhỏ mà tôi đã mua từ Radio Shack từ bộ chuyển đổi ac / dc "mụn cóc trên tường". Tôi có một công tắc bật / tắt. Và trong khi tôi biết đủ để kết nối tất cả những thứ này lại với nhau, tôi không biết làm thế nào để cung cấp năng lượng cho động cơ mà không đốt cháy nó.

Động cơ là Motor Shack 9-18Vdc Motor Radio Shack, # 2730256. Radio Shack không cung cấp thông số kỹ thuật với các thành phần của nó, nhưng tôi đã có thể tìm thấy điều này trực tuyến: "12-18V trong 1.98A mà nó yêu cầu. Động cơ được thiết kế để chạy ở mức 1.98 AMPS MAX !!"

Nguồn cung cấp năng lượng đầu tiên mà tôi đã thử là mụn cóc trên tường từ một chiếc máy tính xách tay cũ được đánh giá ở mức 19V 3,4A. Điều này làm việc rất tốt khi động cơ không có bất kỳ tải nào được áp dụng. Nó kéo khoảng 0,25 ampe. Tuy nhiên, khi tôi đặt một tải lên nó, động cơ sau đó kéo hơn 4 ampe.

"Không sao," tôi nghĩ, tôi sẽ chỉ mua một bộ nguồn phù hợp hơn. Trên eBay nếu tìm thấy nguồn điện 2A 18V. Hoàn hảo! Khi nó đến, tôi móc nó lên, bật nó lên và động cơ sau đó rút ra 4,5 amper!

Vì vậy, bây giờ tôi bị mất. Giả định ngây thơ của tôi là nguồn cung cấp 2 ampe sẽ không cung cấp nhiều hơn 2 ampe. Đây không phải là sự thật, hoặc là nguồn cung cấp năng lượng tôi đã mua rác?

Hoặc, tôi có thực sự cần phải tìm kiếm một số loại mạch giới hạn dòng giới hạn dòng điện chỉ dưới 2 ampe không? Điều này sẽ cho phép tôi trả lại nguồn cung cấp mà tôi đã mua và chỉ sử dụng nguồn cung cấp mà tôi có. Nó cũng sẽ bảo vệ động cơ từ gai hiện tại. Tôi đã cố gắng đọc lên điều này, nhưng càng đọc, tôi càng bối rối.

Ứng dụng tôi có trong đầu sẽ cần rất nhiều mô-men xoắn, vì vậy tôi đang cố gắng giữ nguồn cung hiện tại càng gần mức tối đa của nó càng an toàn. Bước tiếp theo của tôi sẽ là kiểm soát tốc độ bằng cách sử dụng bộ định thời 555 hoặc bo mạch Arduino. Nhưng bây giờ, tôi rất vui khi bật nó lên và cho nó chạy trong 6 giờ và không làm cháy động cơ. Làm thế nào để tôi làm điều này? Làm thế nào để tôi giữ cho động cơ dc không vẽ nhiều hơn là tốt cho nó?

Điều quan trọng là không quá nóng động cơ hoặc bất kỳ bộ phận nào của nó (cuộn dây, bàn chải, vòng bi, v.v.)

Nhiệt trong động cơ đến từ sức đề kháng bình phương hiện tại.

Nếu động cơ được đánh giá tối đa 1,95 amps, thì bạn có ba tùy chọn để tránh quá nóng nó:

1. Hãy chắc chắn rằng tải không bao giờ cao đến mức động cơ bị quá tải hoặc quá tải.
2. Hãy chắc chắn rằng điện áp thấp đến mức dòng điện qua cuộn dây sẽ không bao giờ cao hơn định mức.
3. Sử dụng bộ điều khiển hiện tại để điều khiển động cơ có thể giới hạn dòng điện ở mức tối đa nhất định. (Thông thường, dòng điện trung bình bị giới hạn thông qua PWM.)

Lý do "bộ nguồn 2A" của bạn không thực hiện giới hạn là vì nó không được chế tạo với "giới hạn dòng liên tục" như một tính năng. Có nguồn cung cấp năng lượng có tính năng này, nhưng chúng thường đắt hơn vì thường khó xây dựng tính năng đó hơn là nguồn cung cấp năng lượng không giới hạn (mà bạn có thể phá hủy bằng cách làm quá tải nó) hoặc nguồn cung cấp hạn chế không liên tục (tắt hoàn toàn quá tải hoặc quá nóng.)

Xếp hạng amp cho nguồn cung cấp thường là bao nhiêu ampe có thể cung cấp một cách an toàn - KHÔNG phải là giới hạn hoặc số chính xác, như xếp hạng điện áp. Lý do là bạn không "đẩy" amps vào tải; các ampe "tải" dựa trên điện áp bạn cung cấp và kết cấu bên trong của nó (điện trở, trở kháng.)

Lời khuyên của tôi dành cho bạn là hãy cung cấp nguồn điện 12V / 2A và xem mức độ dòng điện được rút ra nếu bạn đặt động cơ. Nếu <2A, thật tuyệt! Nếu> 2A, giảm điện áp hơn nữa, cho đến khi dòng điện rút ra khi bị đình trệ là chấp nhận được.

Nếu điều đó không đủ tốt, thì hãy lấy một bộ nguồn cho phép bạn thiết lập giới hạn hiện tại, trong đó phản ứng của nguồn cung cấp đó là giảm điện áp cho đến khi dòng điện nằm dưới giới hạn đó. Bạn có thể mua chúng dưới dạng "linh kiện" từ những nơi như Jameco hoặc Digi-Key hoặc bạn có thể mua bộ nguồn benctop 18V / 3A giá rẻ từ Amazon (cũng sẽ đi kèm với đầu đọc kỹ thuật số tiện dụng.)

Động cơ khá mạnh mẽ và bạn không cần phải lo lắng về sự khác biệt giữa - ví dụ - 1,98 và 2A. Tuy nhiên, quá dòng có thể rút ngắn tuổi thọ của động cơ theo hai cách riêng biệt:

1) Về lâu dài, động cơ có thể quá nóng. Không có gì lạ khi một động cơ được xếp hạng 2A liên tục có xếp hạng hiện tại ngắn hạn cao hơn - có thể là 4A không liên tục, tối đa. 10 phút trong bất kỳ nửa giờ. Điều quan trọng là giữ nhiệt độ của động cơ xuống - bằng cách giới hạn dòng điện ở mức 2A, hoặc cho phép nó hạ nhiệt, hoặc bằng cách cải thiện khả năng làm mát, ví dụ như bằng quạt.

2) Động cơ DC thường có chổi than - khối carbon hoặc tiếp xúc kim loại cọ xát với cổ góp. Loại thứ hai đặc biệt dễ bị mòn khi tan chảy, hoặc do tia lửa hoặc đơn giản là dòng điện quá cao. Bàn chải carbon khó khăn hơn, nhưng chúng cũng có thể mòn và quá nóng. Trên một số động cơ, chúng có thể dễ dàng thay thế, đó là một cách để tăng tuổi thọ từ động cơ điều khiển cứng!

Trong trường hợp của bạn, nếu bạn muốn chạy liên tục 6 giờ, bạn cần xem xét rút thăm hiện tại dài hạn.

Và điều đó thực sự có nghĩa là, hạn chế mô-men xoắn trên động cơ.

Việc giới hạn dòng điện sẽ chỉ làm chòng chành động cơ khi vượt quá mô-men xoắn - điều đó thực sự có thể làm cho động cơ quá nóng nhanh hơn nếu có quạt làm mát bên trong!

Tốt hơn là chạy động cơ nhanh hơn và giảm tốc độ cho đến khi nó có thể cung cấp mô-men xoắn bạn cần mà không có dòng điện quá mức.

Những gì bạn cần làm là xác định chính xác bao nhiêu mô-men xoắn bạn cần để tăng tốc đĩa của bạn đến tốc độ bạn muốn nó quay và sau đó kích thước động cơ của bạn một cách thích hợp. Đây là một vấn đề vật lý khá đơn giản và tất cả những gì bạn cần biết là thời điểm quán tính của tải và tốc độ bạn muốn tăng tốc. Đối với một đối tượng khá đơn giản như một đĩa lớn, bạn sẽ cần nhiều mô-men xoắn hơn để tăng tốc độ hơn mức bạn có thể giữ cho nó di chuyển.

Công thức cho mô-men xoắn là , trong đó là mô-men xoắn, là mô-men quán tính và là gia tốc góc. Thời điểm quán tính của một đĩa giống như đối với hình trụ, , trong đó là khối lượng của đĩa của bạn và là bán kính. τ tôi α I = $\tau = I*\alpha$$\tau$$I$$\alpha$m$I = \frac{1}{2} m*r^2$$m$$r$

Vì vậy, khi bạn bật động cơ của bạn, nó sẽ rút ra càng nhiều càng tốt để tăng tốc đĩa này. Nếu bạn đưa ra một số phương pháp để giới hạn dòng điện ở mức 2 ampe (mà đối với một động cơ nhất định, tương đương với việc giới hạn mô-men xoắn ở một giá trị nhất định) thì điều đó tương đương với việc giới hạn gia tốc tải của bạn ( ). Tùy chọn khác của bạn sẽ là giới hạn tốc độ bạn tăng tốc tải, điều này sẽ giới hạn mức mô-men xoắn bạn cần. Điều này có thể đơn giản như việc từ từ áp dụng nhiều điện áp hơn trong một khoảng thời gian thay vì chạm vào động cơ với 18 V ngay lập tức. Vì có vẻ như bạn có kế hoạch kiểm soát tốc độ, nên đây có thể là điều bạn muốn thử.$\alpha = \frac{\tau}{I}$

Và tất cả điều này giả định, tất nhiên, động cơ của bạn có kích thước chính xác. Tôi khuyến khích bạn chạy các tính toán để tìm ra thời điểm quán tính của bạn và sau đó sử dụng yêu cầu gia tốc của bạn để xác định mô-men xoắn bạn cần. Rất có khả năng động cơ bạn hoàn toàn không hoạt động vì điều này (nghĩa là ngay cả khi tải lên đến tốc độ, nó đòi hỏi nhiều mô-men xoắn hơn để giữ cho nó chuyển động hơn những gì động cơ của bạn có thể cung cấp cho bạn trong 6 giờ một cách an toàn ).

Ngoài ra, đây là một lưu ý về xếp hạng động cơ. Hầu hết các nhà sản xuất động cơ đánh giá động cơ của họ dựa trên cách nhiệt độ bên trong của nó thay đổi liên quan đến nhiệt độ môi trường xung quanh và loại cách nhiệt mà nó sử dụng. Vì vậy, đối với một loại cách điện nhất định, nhà sản xuất động cơ sẽ tải động cơ sao cho cuộn dây động cơ tăng (giả sử) 85$^{\circ}$C trên nhiệt độ không khí xung quanh trong một khoảng thời gian dài. Mô-men xoắn, dòng điện, tốc độ, vv trên bảng tên dữ liệu từ bài kiểm tra đó. Vì vậy, nếu một động cơ nói rằng nó được xếp hạng 2 Amps, điều đó có nghĩa là nếu bạn chạy nó ở tốc độ 2 amps trong thời gian dài (giống như bạn ở mức 6 giờ) thì bạn nên hy vọng các cuộn dây của động cơ sẽ nóng như cách nhiệt được đánh giá cho. Điều đó cũng có nghĩa là bạn có thể quá tải động cơ trong một khoảng thời gian ngắn miễn là cuộn dây động cơ không nóng hơn nhiệt độ đó. Vấn đề đối với bạn là bạn không biết loại cách điện nào trong động cơ của mình và có lẽ bạn không có thiết bị kiểm tra để xác định chính xác mức độ bạn có thể làm quá tải động cơ. Về cơ bản tất cả những gì tôi đang nói là vẽ 4,5 Amps trong một khoảng thời gian ngắn (giả sử, 1 phút) không phải là '

Tại sao không ai chỉ bảo anh ta sử dụng resister? Đây là cách quạt gió trong hệ thống AC của xe hơi bị hạn chế một cách an toàn. Bạn tìm ra giá trị điện trở nào bạn cần để vượt qua dòng điện ở một điện áp nhất định. Điều này sẽ ngăn động cơ không bao giờ vẽ nhiều dòng điện hơn so với resister sẽ đi qua.