¿Qué es la corriente de parada y la corriente libre de los motores?


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¿Cuáles son las paradas y las corrientes libres de un motor eléctrico? Por ejemplo, este motor Vex enumera sus paradas y corrientes libres en la parte inferior de la página.

Creo que entiendo la idea general, pero una descripción detallada sería útil.

Respuestas:


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Respuesta corta

  • La corriente de parada es la corriente máxima consumida 1 , cuando el motor está aplicando su par máximo, ya sea porque se le impide moverse por completo o porque ya no puede acelerar dada la carga bajo la cual se encuentra.

  • La corriente libre es la corriente que se consume cuando el motor gira libremente a la velocidad máxima, sin ninguna carga 2 que no sea la fricción y las fuerzas de retroceso en el propio motor.

1: En condiciones normales, es decir, no se le pide al motor que pase de la velocidad máxima en una dirección a la velocidad máxima en la otra .
2: Esto supone que el motor no está siendo impulsado por fuerzas externas .

Respuesta larga

Actual puesto de

Desde la página de Wikipedia en Stall Torque :

El par de parada es el par que produce un dispositivo cuando la velocidad de rotación de salida es cero. También puede significar la carga de par que hace que la velocidad de rotación de salida de un dispositivo sea cero, es decir, que se detenga . El bloqueo es una condición cuando el motor deja de girar. Esta condición se produce cuando el par de carga es mayor que el par del eje del motor, es decir, la condición del par de ruptura. En esta condición, el motor consume la corriente máxima pero el motor no gira. La corriente se llama corriente de estancamiento.

...

Motor electrico

Los motores eléctricos continúan proporcionando torque cuando están parados. Sin embargo, los motores eléctricos que se dejan en estado estancado son propensos al sobrecalentamiento y a posibles daños ya que el flujo de corriente es máximo en estas condiciones.

El par máximo que puede producir un motor eléctrico a largo plazo cuando está parado sin causar daños se llama el par de parada continua máxima .

Así de la especificación de este motor

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

podemos ver que si se requiere que el motor aplique más de 8.6 in-lb de torque, el motor dejará de moverse (o acelerará si trabaja contra la fricción) y extraerá el máximo 2.6A de corriente.

Aunque no dice qué tipo de motor es, esperaría que fuera un motor eléctrico de CC cepillado dado que tiene una interfaz de dos cables.

Cuando un motor de CC descargado gira, genera una fuerza electromotriz que fluye hacia atrás y que resiste la corriente que se aplica al motor. La corriente a través del motor cae a medida que aumenta la velocidad de rotación, y un motor de giro libre tiene muy poca corriente. Solo cuando se aplica una carga al motor que reduce la velocidad del rotor, aumenta la corriente que atraviesa el motor.

Desde la página de Wikipedia de Counter electromotive force :

En el control del motor y la robótica , el término "Back-EMF" a menudo se refiere al uso del voltaje generado por un motor giratorio para inferir la velocidad de rotación del motor.

Sin embargo, tenga en cuenta que, como explica DrFriedParts , esto es solo una parte de la historia. La máxima continua par de bloqueo puede ser mucho menor que el par máximo y de este modo actual. Por ejemplo, si cambia del par completo en una dirección al par completo en la otra. En este caso, la corriente consumida podría ser el doble de la corriente de pérdida continua . Haga esto con la frecuencia suficiente, superando el ciclo de trabajo del motor y podría quemarlo.

Corriente libre

Nuevamente, mirando la especificación:

Free Speed:     100 rpm
Free Current:   0.18 A

Entonces, cuando se ejecuta libremente, sin carga, acelerará rápidamente hasta 100 rpm, donde consumirá solo 180 mA para mantener esa velocidad dada la fricción y la fem.

Sin embargo, una vez más, como explica DrFriedParts , esto también es solo una parte de la historia. Si el motor está siendo impulsado por una fuerza externa (efectivamente una carga de -ve) y, por lo tanto, el motor se convierte en un generador, la corriente generada por la fuerza externa puede cancelar la corriente consumida.


Desearía poder seleccionar dos respuestas, ya que Ian da una respuesta concisa con exactamente la información necesaria, mientras que la suya proporciona información extendida y describe un ejemplo para el motor mencionado en la pregunta. Al final, solo elijo Ian's porque será lo que la mayoría de los futuros espectadores querrán ver primero cuando lleguen a esta pregunta. +1 seguro sin embargo.
golmschenk

Ok, la actualización ahora hace que esta sea la respuesta más completa y útil.
golmschenk

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La corriente de bloqueo es la cantidad de consumo del motor cuando está atascado, es decir, bloqueado . La corriente libre es la cantidad de corriente que consume cuando el motor no tiene carga, es decir, libre de girar . Como era de esperar, cuanto más tensión ejerza sobre el motor, más corriente consumirá para moverse; La corriente de pérdida y la corriente libre son el máximo y el mínimo, respectivamente.

Desde un arranque constante, el motor se acercará a la corriente de pérdida al principio y luego caerá a la corriente requerida para mantener la velocidad a la que esté funcionando.


Así que aquí es donde necesitaba la mayor aclaración. Dijiste que la corriente de pérdida y la corriente libre son el mínimo y el máximo. Entonces, ¿la corriente libre es la corriente mínima que el motor extraerá mientras está funcionando?
golmschenk

2
@golmschenk: La corriente libre es la corriente mínima que el motor utilizará.
Manishearth

2
Sí ... es técnicamente posible que el motor dibuje menos si rodaras una colina o algo así, pero @Manishearth lo logró.
Ian

Lo sentimos, pero una vez que Mark actualizó su respuesta, ahora es la respuesta más completa y útil para los futuros espectadores de la pregunta. Por lo tanto, he cambiado la respuesta aceptada.
golmschenk

Sin preocupaciones. Me concentré más en el motor por sí mismo, y me alegra ver respuestas que toman un enfoque más centrado en el sistema para la pregunta.
Ian

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@Ian y @Mark ofrecen respuestas impresionantes (y correctas). Agregaré un punto extra para completar ...

Parece que existe una tendencia entre los diseñadores menos experimentados a suponer que la corriente de parada y la corriente libre equivalen a las corrientes máximas y mínimas que el motor podría encontrar.

Ellos no.

Son los valores nominales efectivos . Puede exceder estos límites en circunstancias relativamente comunes si no tiene cuidado.

Exceder el mínimo

Como han señalado @Ian y @Mark. El motor puede convertirse en un generador ("frenado regenerativo" de Google) cuando una fuente o evento externo hace que el motor se mueva más rápido que su corriente / voltaje aplicado. Por ejemplo, Ian está bajando una colina o alguien arranca el motor con la mano.

La corriente en estas situaciones no solo puede ser menor que la corriente libre, sino que en realidad se vuelve negativa (ir en la dirección opuesta, actúa como una fuente en lugar de una carga).

Si lo piensa desde una perspectiva de trabajo (energía), digamos que está empujando una caja de ropa por un pasillo. No hace falta mucho esfuerzo para hacer eso, pero si su amigo comienza a empujar con usted, se reduce el poco esfuerzo que estaba gastando. Ese es el caso de un motor que baja un poco.

Exceder el máximo

Una consecuencia secundaria de la función de generación del motor es que una vez que adquiere impulso, continúa convirtiendo esa energía en fuerza electromotriz (voltaje) una vez que ya no se aplica energía.

El caso interesante es cuando estás invirtiendo direcciones. Si aceleras el motor hacia adelante, luego cambias de dirección inmediatamente, el voltaje en la bobina del motor es momentáneamente aproximadamente el doble del voltaje de suministro anterior ya que el EMF de retorno del motor ahora está en serie con el suministro. Esto resulta, como se esperaba de la ley de Ohm, en una corriente superior a la corriente de pérdida.

Solución práctica

Por estas razones, los prácticos circuitos de control de motor bidireccionales incluyen diodos de "rueda libre" (D1-D4) en la figura para proporcionar una ruta de retorno para las corrientes relacionadas con la fem de retorno y, por lo tanto, sujetar el voltaje dentro de los rieles de suministro + / - la tensión del diodo directo. Si está construyendo su propio control de motor, debe incluirlos también.

ingrese la descripción de la imagen aquí


1
Gran respuesta, he actualizado mi respuesta con algunas notas adicionales y una referencia a la suya para obtener más información. Si tengo tiempo, buscaré mis notas sobre las corrientes que puede obtener en el motor al acortar las fases para la interrupción de emergencia. No puedo recordar lo suficiente como para escribirlo con sensatez en este momento y la mayor parte de mi experiencia fue con motores de CC sin escobillas en lugar de cepillados.
Mark Booth

4

Todas son muy buenas respuestas, pero como profesor de física me preocupan algunas equivalencias incorrectas que solo pueden generar confusión.

Una forma de [energía] [1], por ejemplo, [energía potencial química] [2], puede convertirse en otras formas de energía (por ejemplo, [energía potencial eléctrica] [3], [energía cinética] [4], [energía sonora ] [5], [energía térmica] [6]). En el [sistema SI] [7], que es, con mucho, el más fácil de entender y más coherente, la energía es una cantidad física escalar que se mide en [julios] [8]. [Voltaje] [9] no es lo mismo que energía. El voltaje se mide en [voltios] [10]. Un voltio se define como un julio por [coulomb] [11]. Por lo tanto, la energía (medida en julios) nunca se puede convertir en voltios (medida en julios por culombio).

Las [Fuerzas electromotrices] [12] (EMF) en cualquier sistema electromecánico (del cual el motor eléctrico es simplemente un ejemplo) se miden en voltios. Las [corrientes eléctricas] [13] se miden en [amperios] [14]. [Carga eléctrica] [15] se mide en culombios. Un culombio es un segundo de amperios, es decir, la carga que fluye más allá de un punto en una corriente de un amperio durante un segundo.

Lo que uno necesita saber para cualquier sistema electromecánico es la [impedancia eléctrica] [16] de la parte eléctrica del sistema y la [inercia] [17] o [momento de inercia] [18] de la parte mecánica del sistema . También es necesario conocer el [torque] [19] externo neto que impulsa el sistema completo en cualquier momento. (Cuando no hay torque por sí mismo (porque no hay [momento] [20]), entonces uno necesita saber solo la fuerza externa neta [21] que actúa a través del [centro de masa] [22]).

En cualquier momento, la impedancia eléctrica, Z, de cualquier sistema eléctrico es la raíz cuadrada del cuadrado de la [reactancia eléctrica] [23], X, más el cuadrado de la [resistencia eléctrica] [24], R. La reactancia eléctrica del sistema es la diferencia entre la [reactancia inductiva] [25], X (L) y la [reactancia capacitiva] [26], X (C), donde X = X (L) - X (C)

(NB, inicialmente, intenté Wikilink cada uno de los veintiséis conceptos clave en mi respuesta, pero el sistema me ha informado que no se me permite incluir más de dos enlaces hasta que tenga al menos diez puntos).


¡Aqui tienes! ¡Puedes agregar tus enlaces ahora! PD: No soy físico, pero puedo seguir tu respuesta. Sin embargo, no entendía cómo los términos que introdujo en el último párrafo se relacionan con "corriente de pérdida" y "corriente libre", que es la pregunta. Sería útil si te expandieras un poco en eso.
Shahbaz

Bienvenido a la robótica Richard. Gracias por sus aclaraciones Como sugiere Shahbaz, ahora debería poder editar su respuesta para agregar los enlaces nuevamente, y si pudiera agregar una introducción básica a la renuencia / reactancia para ayudar a explicar su último párrafo, su respuesta sería aún más útil.
Mark Booth